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Synapticon的CEO Nikolai Ensslen和Brinkmann Electronic的CEO Peter Brinkmann解释了Fail Safe over EtherCAT（FSoE）如何确保机器人的功能安全。

Fail Safe over EtherCAT（FSoE）是一种通过EtherCAT传输安全相关数据的协议，可以确保机器人技术的功能安全。Synapticon的首席执行官Nikolai Ensslen和Brinkmann Electronic的首席执行官Peter Brinkmann解释了在实践中的重要性。

自主移动机器人（AMR）、自动导引车（AGV）和自动导引车（AGS）在复杂的生产线和大型仓库中正变得越来越普遍。然而，自主自驾系统也可以在其他环境中提供有价值的服务，例如，显著提高工作流程的效率。

然而，传统的AGV，即第一代系统，通常都是由各种各样的部件和电缆组成。除此之外，还有电池所需的空间。然后，这往往导致内部空间不足，或者必须对系统进行相应的设计。众多不同的组件也需要在能源管理、控制和施工方面进行大量的协调工作。这也使得维护成本很高，而且这些系统在远离大型生产和物流设施的地方使用并不经济。它们的规模和复杂性使较小的空间或经济实力较弱的公司难以应用方案。因此，技术需要变得更精简。然而，到目前为止，一个重要的方面和一个主要的挑战是安全功能不可或缺的整合。

通过EtherCAT集成运动和故障安全功能，结构紧凑，效率高

下一代AGVs现在可以扩大应用范围。决定性的创新在于通过单一电缆和协议简单连接所有组件。通过EtherCAT实现故障安全。在紧凑而节能的系统中，齿轮箱、电机、编码器、伺服控制器、激光扫描仪、控制硬件和软件以这样一种方式协调和连接，在显著减少资源和空间使用的情况下实现了智能和安全的运动控制。

下一代AGV需要更少的组件以及更少的内部布线--这与传统的解决方案有很大的区别。这简化了开发，使制造更精简，维护更容易。节省下来的体积可以用来使AGV整体更小，或安装更强大的电池。因此，这样的系统具有更远的范围，需要更少的停机时间。

Brinkmann Electronic 首席执行官 Peter Brinkmann：“我从许多对话中了解到，当前众多创新产品开发从一开始就依赖于 EtherCAT 和 FSoE。”

图片来源：Brinkmann Electronic

AGV和机器人技术的安全性

安全仍然是一个关键问题。机器人系统正在向人类靠拢。这对于cobots来说尤其如此，但对于经典的工业机器人来说也是如此。特别是在移动机器人和人类工人的路径交叉的地方，功能安全是不可缺少的。FSoE技术允许简单集成可靠的安全功能，如安全限速（SLS）、安全限位（SLP）、安全停车1（SS1）和安全停车2（SS2）。

因此，EtherCAT的故障安全功能正在从数字方面推进，成为高效安全的最重要的构建模块；这被称为现场总线安全。如果没有FSoE，安全功能的集成需要大量的电缆和I/O。在传统的AGV中，除了标准编码器外，每个轴上都有一个安全编码器，每个编码器都有一根电缆，还有一个安全制动器，也有相应的电缆。Cobot也有力/力矩传感器和用于教学的输入按钮，这也需要大量的电缆。

有了FSoE，所有的功能都能以更少的精力整合。然而，直到现在，还没有一个通用的完整解决方案来实现这一点，尽管一些AGV和协作机器人的制造商已经开发了专有解决方案。嵌入式系统专家Synapticon作为集成运动领域的首批供应商之一，最近已将这种方法实现为适合大规模生产的标准产品。因此，FSoE现在可用于嵌入式控制器类，适用于协作机器人和AGV。

Synapticon 首席执行官 Nikolai Ensslen。图片来源：Synapticon

安全架构，尤其适用于带有机械手的移动机器人

FSoE 是一种相对较新的、不太复杂的架构，适用于所有机器人，特别是带有机械手的移动机器人。这使得从 Cobot 和 AGV 构建混合系统成为可能，即只有一个控制器的移动平台上的机械臂。以前 FSoE 的替代方案是PROFIsafe（安全控制器）或CAN 总线作为串行总线系统在安全关键系统中。然而，EtherCAT 已成为机器人领域机器人控制的标准。现在，FSoE 不仅在理论上，而且在实践中都使 EtherCAT 具备安全性。与 CAN 不同，EtherCAT 支持低延迟的高带宽和数据速率，这对于靠近或与人一起使用机器人系统至关重要。

EtherCAT 和 FSoE 不仅是标准化的，而且在产品种类方面也是市场领导者。国际 EtherCAT 社区不断发展壮大，具有安全功能和 FSoE 的 EtherCAT 产品数量也在不断增加。今年的贸易展览会，例如汉诺威博览会或Automatica，已经证明了这一点。

由于产品种类繁多，用户可以在不同的供应商之间进行选择，而不是局限于一个制造商。用户变得更加独立，这是当今市场情况下的主要优势，在这种情况下，能够更换组件具有重要的战略意义。

“我从许多对话中了解到，许多当前和创新的产品开发从一开始就依赖于 EtherCAT 和 FSoE。”Brinkmann Electronic 的首席执行官 Peter Brinkmann 说道。

节省电缆、组件、空间和重量

Synapticon 拥有全面的高度紧凑型伺服驱动器产品组合，其安全性已通过 TÜV SÜD 认证。最新证书现在还确认了STO（安全扭矩关闭）和SBC（安全制动控制）方面的功能安全新的 Somanet Circulo 系列。Fail Safe over EtherCAT 可确保更高的效率和安全性，无论传感器的集成目的如何，例如温度、湿度、力或速度。特殊的控制和调节技术确保即使在最小的区域运行时也能产生尽可能少的热量。性能水平和能源效率受益于此。这对于机器人和自动化组件制造商很重要，对于依赖经过认证的安全技术的机器制造商也很重要。

Synapticon 驱动器以机械方式集成到电机和齿轮装置中。这是节省空间、重量、电缆和安装的另一个步骤。制造过程经过优化，工作步骤更少。另一方面，减少组件数量可以降低采购和仓储的复杂性。

安全地将驱动器和传感器相互连接

Brinkmann Electronic是一家在运动和安全方面拥有丰富经验的服务开发商。凭借 Bel.guard 产品，Brinkmann Electronic 提供了一个安全运动控制平台。Bel.guard 有一个 FSoE 主站，因此可以以安全的方式集中评估和控制大量传感器和驱动器。用于监控、停止功能和简单逻辑的集成安全功能可以最佳地适应多轴系统。例如，这构成了整个机器人或 AGV 安全架构的基础。

Synapticon 和 Brinkmann Electronic 的技术协调良好，可以优化协同工作。此外，bel.guard 还能够集成更多第三方传感器和 EtherCAT 技术。

演示系统展示了组件的交互

为 SPS 2021 设置的演示系统展示了这些组件如何与硬件和软件结合使用。在这里，Synapticon 的伺服驱动器和编码器与 Brinkmann Electronic 的安全软件一起使用。该系统由安全传感器、工业 PC 和电机/齿轮装置组成。Synapticon的基本Integrated Motion 技术和Brinkmann Electronic Berlin 的评估平台 bel.guard 在这方面发挥了核心作用，事实证明在这种情况下特别灵活。与来自其他知名制造商的带或不带齿轮的完整车轴的多种组合也是可能的。

“通过共同努力和使用开放式界面，该演示展示了一种新的解决方案质量，它支持一种全新的思维方式。”Peter Brinkmann 解释说。

经认证的功能安全现在也使用基于 EtherCAT 的故障安全

未来，低压环境将需要结合经认证的 STO 和 SBC 安全功能的解决方案。因此，使用 FSoE 将 SLS（安全限速）、SP（安全位置）、SLT（安全限转矩）等安全运动功能的认证功能安全扩展到现场总线安全是正确的一步。一些制造商已经在开发基于这一下一个安全级别的产品。

超紧凑、功能强大的伺服驱动器旨在用于机器人技术中的集成轴设计和要求苛刻的机械工程中的运动组件。它们用于机器人手臂、服务机器人、越来越多的机器以及自动化物流解决方案。FSoE 现在在安全方面提供了决定性优势。FSoE 在机器人技术中的出现意味着不再需要专有系统。FSoE 专门在安全领域提供的选项现在实际上已作为标准提供。这降低了系统级成本，同时提高了可扩展性和灵活性。这些是最终在实践中很重要的因素。