隨著額外的自動(dòng)化系統(tǒng)被包裝到工廠車間，通常靠近人類工人，設(shè)備設(shè)計(jì)人員必須注意滿足適用的設(shè)備指令。

預(yù)計(jì)工業(yè)機(jī)器人的采用增加將實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力目標(biāo)，并幫助工人在 COVID-19 大流行后重返制造業(yè)工作。隨著額外的自動(dòng)化系統(tǒng)被塞進(jìn)工廠車間，通常靠近人類工人，設(shè)備設(shè)計(jì)人員必須注意滿足涵蓋電磁兼容性和功能安全的適用設(shè)備指令。

自動(dòng)化，提高安全性和生產(chǎn)力

機(jī)器人自動(dòng)化將繼續(xù)滲透到企業(yè)中。雖然眾所周知，工業(yè)流程自動(dòng)化可以提高生產(chǎn)力，但其他當(dāng)務(wù)之急正在出現(xiàn)。鑒于最近發(fā)生的事件，減少工作空間中的人數(shù)也可以通過放松社交距離來幫助提高勞動(dòng)力安全。

未來的工廠可能會(huì)包含更多各種類型的機(jī)器人，包括可能包含SCARA，笛卡爾和線性機(jī)器人混合的獨(dú)立制造單元，以及旨在靠近人類工作的協(xié)作機(jī)器人（cobot）。移動(dòng)機(jī)器人，如自動(dòng)導(dǎo)引車，也將成為組合的一部分，用于在不同地點(diǎn)之間移動(dòng)組件和成品。

為了確保這些豐富的電氣系統(tǒng)可以共存，同時(shí)保持安全和高效，設(shè)備設(shè)計(jì)人員需要考慮電磁輻射和抗干擾能力，以符合電磁兼容性（EMC）要求，并確保功能安全系統(tǒng)提供所需的保護(hù)。

電磁干擾的危害

生產(chǎn)率和安全性都取決于工廠工作空間中的所有機(jī)器人系統(tǒng)正常運(yùn)行。一臺(tái)機(jī)器與另一臺(tái)機(jī)器電磁干擾引起的故障可能會(huì)導(dǎo)致諸如頻繁的系統(tǒng)重啟、機(jī)器人未編程和意外移動(dòng)以及可能對(duì)功能安全系統(tǒng)造成干擾等影響。這可能包括錯(cuò)誤觸發(fā)安全機(jī)制，導(dǎo)致不必要的設(shè)備停機(jī)，或在需要時(shí)無法運(yùn)行安全保護(hù)。工件可能會(huì)變質(zhì)，導(dǎo)致生產(chǎn)損失以及與故障修復(fù)時(shí)停機(jī)相關(guān)的額外成本。更糟糕的是身體傷害的可能性，特別是在人類在無人看守的機(jī)器人附近工作的情況下。

工業(yè)機(jī)器人的安全和EMC標(biāo)準(zhǔn)

擁有和運(yùn)行任何類型的機(jī)器的企業(yè)需要保證這些機(jī)器對(duì)其員工是安全的。無論是直接與機(jī)器交互，例如使用或修理設(shè)備，還是只是在機(jī)器附近工作。歐盟機(jī)械指令 2006/42/EC 等標(biāo)準(zhǔn)定義了安全要求，包括機(jī)器和特定安全組件的設(shè)計(jì)。還涵蓋了確保符合要求而必須使用的程序。

隨著越來越多的技術(shù)被整合到機(jī)器中，例如無線連接，一些機(jī)器人可能需要遵守歐盟無線電設(shè)備指令（RED）等立法的各個(gè)方面。對(duì)于設(shè)備制造商來說，證明已考慮所有可能的危險(xiǎn)并且已應(yīng)用適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)來證明符合性非常重要。

ISO 10218-1：2011定義了工業(yè)機(jī)器人的安全要求，涵蓋了固有的安全設(shè)計(jì)和保護(hù)措施。ISO 10218-2：2011 與機(jī)器人系統(tǒng)有關(guān)，涵蓋機(jī)器人系統(tǒng)或單元的設(shè)計(jì)、安裝、操作和維護(hù)等方面。

隨著最近協(xié)作機(jī)器人（cobots）的出現(xiàn)，它們旨在與人類工人在相同的環(huán)境中運(yùn)行，并且通常直接進(jìn)行交互和協(xié)助，新的安全挑戰(zhàn)出現(xiàn)了。常見的傷害危險(xiǎn)，例如移動(dòng)的機(jī)器人手臂與人類相撞，無法通過防護(hù)或篩查排除人類來避免。因此，需要接近感應(yīng)等安全機(jī)制，以便在即將發(fā)生撞擊時(shí)自動(dòng)停止機(jī)制，從而將碰撞風(fēng)險(xiǎn)降至最低。還可能出現(xiàn)工人可能只是簡(jiǎn)單地走進(jìn)工作區(qū)域的協(xié)作機(jī)器人的情況，這可能需要設(shè)計(jì)師消除鋒利的邊緣或使用可變形材料覆蓋機(jī)器人的某些部分。與ISO 10218標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的ISO/TS 15066標(biāo)準(zhǔn)專門涵蓋協(xié)作機(jī)器人。

然而，如果不考慮電磁干擾的潛在影響，就無法保證功能安全。ISO 10218或15066中沒有涵蓋噪聲，相反，有兩個(gè)IEC標(biāo)準(zhǔn)專門針對(duì)有關(guān)功能安全的EMC要求：技術(shù)規(guī)范IEC/TS 61000-1-2和IEC 61326-3-1。這些在主要功能安全標(biāo)準(zhǔn)IEC 61508的第二版中有所提及。

IEC 61000-1-2提出了實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)功能安全的方法，并明確涵蓋了電磁現(xiàn)象。它可以作為電氣系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)器人。此外，適用的是，IEC 61000-6-2 和 61000-6-4 是 EMC 標(biāo)準(zhǔn)，分別定義了工業(yè)環(huán)境中使用的電氣和電子設(shè)備的抗擾度和輻射要求。

針對(duì) EMC 和安全的設(shè)計(jì)

需要結(jié)合電容器濾波和明智地放置電感扼流圈，以將傳導(dǎo)電磁干擾降低到符合EMC標(biāo)準(zhǔn)所需的水平以下，并證明機(jī)器人滿足所有功能安全要求。此外，可能需要電磁屏蔽，以確保對(duì)外部來源的輻射干擾免疫力，并防止子系統(tǒng)（例如安裝在機(jī)器人上的開關(guān)轉(zhuǎn)換器）發(fā)射輻射。

電源通常代表對(duì)抗傳導(dǎo)干擾的前線。X 和 Y 電容器是確保不受外部噪聲影響并防止機(jī)器人電源將干擾傳輸回線路所需的基本組件。濾波器的預(yù)期效果是消除高頻噪聲，如圖1所示。

（圖1.不帶（左）和（右）X 和 Y 濾波電容器的線路電壓信號(hào)。

為了濾除電源線上的共模和差模噪聲電流，X個(gè)電容器放置在跨線（相間或相間至中性線）位置，Y個(gè)電容器從相地到地連接，如圖2所示。

（圖2.X 和 Y 電容器連接。

與任何工業(yè)應(yīng)用一樣，用于機(jī)器人自動(dòng)化系統(tǒng)的 X 和 Y 電容器需要能夠承受明顯高于標(biāo)稱電源電壓的施加電壓。它們還必須能夠應(yīng)對(duì)高溫，并在整個(gè)工作范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的特性。聚丙烯薄膜電容器的特性使這些器件成為用作 X 和 Y 濾波電容器的有力選擇。它們相對(duì)較低的成本和自愈特性可確保器件長時(shí)間保持其電容，這是額外的吸引力屬性。

KEMET 的 F862-V054 金屬化聚丙烯薄膜 X2 電容器和 R41T Y 電容器可承受惡劣環(huán)境中的使用，因此適用于工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用。兩者都符合 AEC–Q200 汽車認(rèn)證要求，證實(shí)了它們能夠在惡劣的環(huán)境條件下可靠運(yùn)行。R41T 系列可用于 Y2 和 X1“線對(duì)地”和“跨線”連接，特別適用于電容器故障可能導(dǎo)致觸電危險(xiǎn)的情況。

計(jì)算電容器壽命，以選擇合適的組件，使機(jī)器人能夠滿足適用的可靠性目標(biāo)，可能很難僅使用數(shù)據(jù)表信息來實(shí)現(xiàn)。特別是，在預(yù)期溫度、濕度和偏置（THB）條件下的壽命是無法預(yù)測(cè)的。為了解決這個(gè)問題，KEMET 開發(fā)了 KEMET 預(yù)期壽命模型 （K-LEM）。在 KEMET 工程中心網(wǎng)站上作為薄膜壽命計(jì)算器在線提供，它是同類工具中第一個(gè)允許用戶在計(jì)算電容器壽命時(shí)考慮 THB 效應(yīng)的工具。

不斷增長的工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化市場(chǎng)為設(shè)備設(shè)計(jì)人員提供了提供滿足功能安全和電磁兼容性適用標(biāo)準(zhǔn)的下一代解決方案的機(jī)會(huì)。適用于EMI靜噪濾波器的尖端電容器隨時(shí)可用，并輔以在線工具，以協(xié)助設(shè)計(jì)和壽命計(jì)算。

審核編輯：郭婷