圖片來源：Synapticon

Synapticon的CEO Nikolai Ensslen和Brinkmann Electronic的CEO Peter Brinkmann解釋了Fail Safe over EtherCAT（FSoE）如何確保機器人的功能安全。

Fail Safe over EtherCAT（FSoE）是一種通過EtherCAT傳輸安全相關數據的協議，可以確保機器人技術的功能安全。Synapticon的首席執行官Nikolai Ensslen和Brinkmann Electronic的首席執行官Peter Brinkmann解釋了在實踐中的重要性。

自主移動機器人（AMR）、自動導引車（AGV）和自動導引車（AGS）在復雜的生產線和大型倉庫中正變得越來越普遍。然而，自主自駕系統也可以在其他環境中提供有價值的服務，例如，顯著提高工作流程的效率。

然而，傳統的AGV，即第一代系統，通常都是由各種各樣的部件和電纜組成。除此之外，還有電池所需的空間。然后，這往往導致內部空間不足，或者必須對系統進行相應的設計。眾多不同的組件也需要在能源管理、控制和施工方面進行大量的協調工作。這也使得維護成本很高，而且這些系統在遠離大型生產和物流設施的地方使用并不經濟。它們的規模和復雜性使較小的空間或經濟實力較弱的公司難以應用方案。因此，技術需要變得更精簡。然而，到目前為止，一個重要的方面和一個主要的挑戰是安全功能不可或缺的整合。

通過EtherCAT集成運動和故障安全功能，結構緊湊，效率高

下一代AGVs現在可以擴大應用范圍。決定性的創新在于通過單一電纜和協議簡單連接所有組件。通過EtherCAT實現故障安全。在緊湊而節能的系統中，齒輪箱、電機、編碼器、伺服控制器、激光掃描儀、控制硬件和軟件以這樣一種方式協調和連接，在顯著減少資源和空間使用的情況下實現了智能和安全的運動控制。

下一代AGV需要更少的組件以及更少的內部布線--這與傳統的解決方案有很大的區別。這簡化了開發，使制造更精簡，維護更容易。節省下來的體積可以用來使AGV整體更小，或安裝更強大的電池。因此，這樣的系統具有更遠的范圍，需要更少的停機時間。

Brinkmann Electronic 首席執行官 Peter Brinkmann：“我從許多對話中了解到，當前眾多創新產品開發從一開始就依賴于 EtherCAT 和 FSoE。”

圖片來源：Brinkmann Electronic

AGV和機器人技術的安全性

安全仍然是一個關鍵問題。機器人系統正在向人類靠攏。這對于cobots來說尤其如此，但對于經典的工業機器人來說也是如此。特別是在移動機器人和人類工人的路徑交叉的地方，功能安全是不可缺少的。FSoE技術允許簡單集成可靠的安全功能，如安全限速（SLS）、安全限位（SLP）、安全停車1（SS1）和安全停車2（SS2）。

因此，EtherCAT的故障安全功能正在從數字方面推進，成為高效安全的最重要的構建模塊；這被稱為現場總線安全。如果沒有FSoE，安全功能的集成需要大量的電纜和I/O。在傳統的AGV中，除了標準編碼器外，每個軸上都有一個安全編碼器，每個編碼器都有一根電纜，還有一個安全制動器，也有相應的電纜。Cobot也有力/力矩傳感器和用于教學的輸入按鈕，這也需要大量的電纜。

有了FSoE，所有的功能都能以更少的精力整合。然而，直到現在，還沒有一個通用的完整解決方案來實現這一點，盡管一些AGV和協作機器人的制造商已經開發了專有解決方案。嵌入式系統專家Synapticon作為集成運動領域的首批供應商之一，最近已將這種方法實現為適合大規模生產的標準產品。因此，FSoE現在可用于嵌入式控制器類，適用于協作機器人和AGV。

Synapticon 首席執行官 Nikolai Ensslen。圖片來源：Synapticon

安全架構，尤其適用于帶有機械手的移動機器人

FSoE 是一種相對較新的、不太復雜的架構，適用于所有機器人，特別是帶有機械手的移動機器人。這使得從 Cobot 和 AGV 構建混合系統成為可能，即只有一個控制器的移動平臺上的機械臂。以前 FSoE 的替代方案是PROFIsafe（安全控制器）或CAN 總線作為串行總線系統在安全關鍵系統中。然而，EtherCAT 已成為機器人領域機器人控制的標準。現在，FSoE 不僅在理論上，而且在實踐中都使 EtherCAT 具備安全性。與 CAN 不同，EtherCAT 支持低延遲的高帶寬和數據速率，這對于靠近或與人一起使用機器人系統至關重要。

EtherCAT 和 FSoE 不僅是標準化的，而且在產品種類方面也是市場領導者。國際 EtherCAT 社區不斷發展壯大，具有安全功能和 FSoE 的 EtherCAT 產品數量也在不斷增加。今年的貿易展覽會，例如漢諾威博覽會或Automatica，已經證明了這一點。

由于產品種類繁多，用戶可以在不同的供應商之間進行選擇，而不是局限于一個制造商。用戶變得更加獨立，這是當今市場情況下的主要優勢，在這種情況下，能夠更換組件具有重要的戰略意義。

“我從許多對話中了解到，許多當前和創新的產品開發從一開始就依賴于 EtherCAT 和 FSoE。”Brinkmann Electronic 的首席執行官 Peter Brinkmann 說道。

節省電纜、組件、空間和重量

Synapticon 擁有全面的高度緊湊型伺服驅動器產品組合，其安全性已通過 TüV SüD 認證。最新證書現在還確認了STO（安全扭矩關閉）和SBC（安全制動控制）方面的功能安全新的 Somanet Circulo 系列。Fail Safe over EtherCAT 可確保更高的效率和安全性，無論傳感器的集成目的如何，例如溫度、濕度、力或速度。特殊的控制和調節技術確保即使在最小的區域運行時也能產生盡可能少的熱量。性能水平和能源效率受益于此。這對于機器人和自動化組件制造商很重要，對于依賴經過認證的安全技術的機器制造商也很重要。

Synapticon 驅動器以機械方式集成到電機和齒輪裝置中。這是節省空間、重量、電纜和安裝的另一個步驟。制造過程經過優化，工作步驟更少。另一方面，減少組件數量可以降低采購和倉儲的復雜性。

安全地將驅動器和傳感器相互連接

Brinkmann Electronic是一家在運動和安全方面擁有豐富經驗的服務開發商。憑借 Bel.guard 產品，Brinkmann Electronic 提供了一個安全運動控制平臺。Bel.guard 有一個 FSoE 主站，因此可以以安全的方式集中評估和控制大量傳感器和驅動器。用于監控、停止功能和簡單邏輯的集成安全功能可以最佳地適應多軸系統。例如，這構成了整個機器人或 AGV 安全架構的基礎。

Synapticon 和 Brinkmann Electronic 的技術協調良好，可以優化協同工作。此外，bel.guard 還能夠集成更多第三方傳感器和 EtherCAT 技術。

演示系統展示了組件的交互

為 SPS 2021 設置的演示系統展示了這些組件如何與硬件和軟件結合使用。在這里，Synapticon 的伺服驅動器和編碼器與 Brinkmann Electronic 的安全軟件一起使用。該系統由安全傳感器、工業 PC 和電機/齒輪裝置組成。Synapticon的基本Integrated Motion 技術和Brinkmann Electronic Berlin 的評估平臺 bel.guard 在這方面發揮了核心作用，事實證明在這種情況下特別靈活。與來自其他知名制造商的帶或不帶齒輪的完整車軸的多種組合也是可能的。

“通過共同努力和使用開放式界面，該演示展示了一種新的解決方案質量，它支持一種全新的思維方式。”Peter Brinkmann 解釋說。

經認證的功能安全現在也使用基于 EtherCAT 的故障安全

未來，低壓環境將需要結合經認證的 STO 和 SBC 安全功能的解決方案。因此，使用 FSoE 將 SLS（安全限速）、SP（安全位置）、SLT（安全限轉矩）等安全運動功能的認證功能安全擴展到現場總線安全是正確的一步。一些制造商已經在開發基于這一下一個安全級別的產品。

超緊湊、功能強大的伺服驅動器旨在用于機器人技術中的集成軸設計和要求苛刻的機械工程中的運動組件。它們用于機器人手臂、服務機器人、越來越多的機器以及自動化物流解決方案。FSoE 現在在安全方面提供了決定性優勢。FSoE 在機器人技術中的出現意味著不再需要專有系統。FSoE 專門在安全領域提供的選項現在實際上已作為標準提供。這降低了系統級成本，同時提高了可擴展性和靈活性。這些是最終在實踐中很重要的因素。