隨著額外的自動化系統(tǒng)被包裝到工廠車間，通?？拷祟惞と?，設備設計人員必須注意滿足適用的設備指令。

預計工業(yè)機器人的采用增加將實現(xiàn)生產(chǎn)力目標，并幫助工人在 COVID-19 大流行后重返制造業(yè)工作。隨著額外的自動化系統(tǒng)被塞進工廠車間，通?？拷祟惞と?，設備設計人員必須注意滿足涵蓋電磁兼容性和功能安全的適用設備指令。

自動化，提高安全性和生產(chǎn)力

機器人自動化將繼續(xù)滲透到企業(yè)中。雖然眾所周知，工業(yè)流程自動化可以提高生產(chǎn)力，但其他當務之急正在出現(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力安全。

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

為了確保這些豐富的電氣系統(tǒng)可以共存，同時保持安全和高效，設備設計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。

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器人系統(tǒng)正常運行。一臺機器與另一臺機器電磁干擾引起的故障可能會導致諸如頻繁的系統(tǒng)重啟、機器人未編程和意外移動以及可能對功能安全系統(tǒng)造成干擾等影響。這可能包括錯誤觸發(fā)安全機制，導致不必要的設備停機，或在需要時無法運行安全保護。工件可能會變質，導致生產(chǎn)損失以及與故障修復時停機相關的額外成本。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器人附近工作的情況下。

工業(yè)機器人的安全和EMC標準

擁有和運行任何類型的機器的企業(yè)需要保證這些機器對其員工是安全的。無論是直接與機器交互，例如使用或修理設備，還是只是在機器附近工作。歐盟機械指令 2006/42/EC 等標準定義了安全要求，包括機器和特定安全組件的設計。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被整合到機器中，例如無線連接，一些機器人可能需要遵守歐盟無線電設備指令（RED）等立法的各個方面。對于設備制造商來說，證明已考慮所有可能的危險并且已應用適當?shù)臉藴蕘碜C明符合性非常重要。

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

隨著最近協(xié)作機器人（cobots）的出現(xiàn)，它們旨在與人類工人在相同的環(huán)境中運行，并且通常直接進行交互和協(xié)助，新的安全挑戰(zhàn)出現(xiàn)了。常見的傷害危險，例如移動的機器人手臂與人類相撞，無法通過防護或篩查排除人類來避免。因此，需要接近感應等安全機制，以便在即將發(fā)生撞擊時自動停止機制，從而將碰撞風險降至最低。還可能出現(xiàn)工人可能只是簡單地走進工作區(qū)域的協(xié)作機器人的情況，這可能需要設計師消除鋒利的邊緣或使用可變形材料覆蓋機器人的某些部分。與ISO 10218標準相關的ISO/TS 15066標準專門涵蓋協(xié)作機器人。

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IEC標準專門針對有關功能安全的EMC要求：技術規(guī)范IEC/TS 61000-1-2和IEC 61326-3-1。這些在主要功能安全標準IEC 61508的第二版中有所提及。

IEC 61000-1-2提出了實現(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)應用于機器人。此外，適用的是，IEC 61000-6-2 和 61000-6-4 是 EMC 標準，分別定義了工業(yè)環(huán)境中使用的電氣和電子設備的抗擾度和輻射要求。

針對 EMC 和安全的設計

需要結合電容器濾波和明智地放置電感扼流圈，以將傳導電磁干擾降低到符合EMC標準所需的水平以下，并證明機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)（例如安裝在機器人上的開關轉換器）發(fā)射輻射。

電源通常代表對抗傳導干擾的前線。X 和 Y 電容器是確保不受外部噪聲影響并防止機器人電源將干擾傳輸回線路所需的基本組件。濾波器的預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。

為了濾除電源線上的共模和差模噪聲電流，X個電容器放置在跨線（相間或相間至中性線）位置，Y個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)應用一樣，用于機器人自動化系統(tǒng)的 X 和 Y 電容器需要能夠承受明顯高于標稱電源電壓的施加電壓。它們還必須能夠應對高溫，并在整個工作范圍內保持穩(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。它們相對較低的成本和自愈特性可確保器件長時間保持其電容，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)機器人應用。兩者都符合 AEC–Q200 汽車認證要求，證實了它們能夠在惡劣的環(huán)境條件下可靠運行。R41T 系列可用于 Y2 和 X1“線對地”和“跨線”連接，特別適用于電容器故障可能導致觸電危險的情況。

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

不斷增長的工業(yè)機器人自動化市場為設備設計人員提供了提供滿足功能安全和電磁兼容性適用標準的下一代解決方案的機會。適用于EMI靜噪濾波器的尖端電容器隨時可用，并輔以在線工具，以協(xié)助設計和壽命計算。

審核編輯：郭婷