在疫情下，預(yù)計工業(yè)機器人數(shù)量還會增加，以實現(xiàn)生產(chǎn)率目標(biāo)，并幫助工人重返制造業(yè)崗位。隨著額外的自動化系統(tǒng)被使用，通常靠近工人，設(shè)備設(shè)計者必須設(shè)定正確的設(shè)備指令，這些指令包括電磁兼容性和功能安全。

自動化實現(xiàn)安全性和生產(chǎn)率

假定機器人自動化將繼續(xù)滲透到企業(yè)中。雖然，實現(xiàn)工業(yè)流程自動化可以提高生產(chǎn)率，但其他的要求也正在出現(xiàn)。鑒于最近發(fā)生的事件，減少工作空間中的人員數(shù)量還可以通過緩解社會疏離來幫助改善勞動力安全。

未來的工廠可能會包含更多類型的機器人，包括獨立的制造單元，其中可能包含SCARA，笛卡爾和線性機器人的混合體，以及旨在緊密合作的協(xié)作機器人（cobot）對人類。諸如自動駕駛車輛之類的移動機器人也將成為其中的一部分，用于在各個位置之間移動組件和成品。

為確保電氣系統(tǒng)可以共存并保持安全和高效，設(shè)備設(shè)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區(qū)中所有正常工作的機器人系統(tǒng)。一臺機器與另一臺機器發(fā)生電磁干擾而引起的故障可能會導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁重啟，機器人的未編程和意外運動以及對功能安全系統(tǒng)的干擾之類的影響。這可能包括錯誤觸發(fā)安全機制，導(dǎo)致不必要的設(shè)備停機或在需要時安全保護裝置無法運行。修復(fù)故障后，工件可能會變質(zhì)，從而導(dǎo)致生產(chǎn)損失以及與停機相關(guān)的額外成本。更嚴(yán)重的是可能會造成人身傷害，尤其是在人類在沒有人看管的機器人附近工作的情況下。

工業(yè)機器人的安全和EMC標(biāo)準(zhǔn)

擁有和運行任何類型的機器的企業(yè)都需要確保這些機器對其員工而言是安全的。他們是直接與機器交互（例如使用或維修設(shè)備），還是只是在機器附近工作。諸如歐盟機械指令2006/42 / EC之類的標(biāo)準(zhǔn)定義了安全要求，包括機器的設(shè)計和特定的安全組件。

隨著越來越多的技術(shù)集成到機器中，例如無線連接，某些機器人可能需要遵守法規(guī)的各個方面，例如歐盟無線電設(shè)備指令（RED）。對于設(shè)備生產(chǎn)商而言，重要的是要證明已經(jīng)考慮了所有可能的危害，并且已經(jīng)應(yīng)用了適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)來證明符合性。

ISO 10218-1：2011中定義了工業(yè)機器人的安全要求，其中涵蓋了固有的安全設(shè)計和保護措施。ISO 10218-2：2011與機器人系統(tǒng)有關(guān)，涵蓋了包括機器人系統(tǒng)或單元的設(shè)計，安裝，操作和維護在內(nèi)的各個方面。

隨著協(xié)作機器人（cobot）的出現(xiàn)，協(xié)作機器人旨在與人類工人在相同的環(huán)境中運行，并且通常進行交互和直接協(xié)助，因此出現(xiàn)了新的安全挑戰(zhàn)。通過排除配備警衛(wèi)或進行檢查的人員，無法避免常見的傷害危險，例如移動的機械臂與人碰撞。因此，需要安全機制，例如接近感測，以在碰撞即將來臨時通過自動停止該機制來最小化碰撞的風(fēng)險。還可能出現(xiàn)工人可能只是在工作區(qū)域走進協(xié)作機器人的情況，這可能要求設(shè)計人員使用可變形的材料消除鋒利的邊緣或覆蓋機器人的某些部分。與ISO 10218標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)ISO / TS 15066特別涵蓋了協(xié)作機器人。

但是，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并未涵蓋噪聲，相反，有兩個IEC標(biāo)準(zhǔn)專門解決了有關(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)的第二版IEC 61508中進行了引用。

IEC 61000-1-2提出了一種實現(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(yīng)用于機器人技術(shù)。同樣，適用的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)備的抗擾性和發(fā)射要求。

EMC和安全性設(shè)計

需要結(jié)合使用電容器濾波和明智地放置電感扼流圈，以將傳導(dǎo)的電磁干擾降低到符合EMC標(biāo)準(zhǔn)所需的水平，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不受外部源輻射干擾的影響，并防止來自子系統(tǒng)（例如安裝在機器人上的開關(guān)轉(zhuǎn)換器）的輻射。

電源通常代表與傳導(dǎo)干擾作斗爭的最前沿。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遞回線路的基本組件。濾波器的理想效果是消除高頻噪聲，如圖1所示。

（圖1.沒有（左）和有（右）X和Y濾波電容器的電源電壓信號。）

為了過濾電力線上的共模和差模噪聲電流，將X個電容器放置在跨線（相間或相間到中性）位置，并將Y電容器接地，如圖2所示。 

（圖2. X和Y電容器連接。）

與所有的工業(yè)應(yīng)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(biāo)稱電源電壓的施加電壓。它們還必須承受高溫并在整個工作范圍內(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X和Y濾波電容器的理想選擇。另外，它們具有相對較低的成本和自愈特性，可確保器件在較長的時間內(nèi)保持其電容量，這是其他誘人的特性。

KEMET的F862-V054金屬化聚丙烯薄膜X2電容器和R41T Y電容器可在惡劣環(huán)境下使用，因此適合工業(yè)機器人應(yīng)用。兩者均符合AEC–Q200的汽車認證要求，從而確認了它們在惡劣環(huán)境條件下可靠運行的能力。R41T系列可用于Y2和X1的“線對地”和“跨線”連接，特別適合在電容器故障可能導(dǎo)致電擊危險的情況下使用（圖3）。

（圖3.適用于市電連接的應(yīng)用的金屬化聚丙烯和紙膜安全電容器的概述，以最大程度地減少許多電氣設(shè)備中的傳導(dǎo)共模和差模電磁干擾。）

僅通過數(shù)據(jù)表信息很難計算電容器的使用壽命，以選擇合適的組件，使機器人能夠滿足適用的可靠性目標(biāo)。特別是，在預(yù)期的溫度，濕度和偏壓（THB）條件下的壽命是無法預(yù)測的。為了解決這個問題，KEMET開發(fā)了KEMET預(yù)期壽命模型（K-LEM）。可以通過KEMET工程中心網(wǎng)站在線獲得膠片壽命計算器，它是同類工具中的第一個工具，允許用戶在計算電容器壽命時考慮THB效應(yīng)。

（圖4. KEMET的K-LEM計算器提供了在各種條件下（包括溫度，濕度和偏壓的影響）的薄膜電容器壽命預(yù)測。）

不斷增長的工業(yè)機器人自動化市場為設(shè)備設(shè)計師提供了提供滿足功能安全性和電磁兼容性適用標(biāo)準(zhǔn)的下一代解決方案的機會。易于獲得適用于EMI抑制濾波器的尖端電容器，并由在線工具支持以協(xié)助設(shè)計和壽命計算。