Взрывозащищенный коллаборативный робот — это кобот, специально разработанный и сертифицированный для безопасной работы в средах, где присутствуют легковоспламеняющиеся газы, горючая пыль или легковоспламеняющиеся волокна. В отличие от стандартных промышленных коботов, эти специализированные машины имеют двойную взрывозащищенную сертификацию — как национальную (например, китайские стандарты Ex), так и международную (европейские ATEX/IECEx) — и герметизированы до уровня защиты IP68, что делает их пригодными для использования в опасных зонах 1 и 2. Поскольку такие отрасли, как нефтегазовая, химическая промышленность и обработка боеприпасов, стремятся автоматизировать опасные ручные задачи, взрывозащищенные коботы становятся критически важной — и до сих пор во многом неиспользованной — категорией автоматизации.
Зачем в опасных средах нужны взрывозащищенные коллаборативные роботы?
Проблема: физический труд в опасных зонах
Рабочие на нефтехимических заводах, нефтеперерабатывающих предприятиях, в цехах покраски и на предприятиях по производству боеприпасов ежедневно подвергаются воздействию взрывоопасных сред. Выполнение ручных работ в этих условиях, включая перемещение материалов, эксплуатацию оборудования, нанесение покрытий и контроль качества, сопряжено с риском возгорания от электрических искр, горячих поверхностей или статического разряда.
Традиционные решения в области автоматизации испытывают трудности в подобных условиях. Стандартные промышленные роботы не сертифицированы для работы в опасных зонах, а их модернизация с установкой взрывозащищенных корпусов является сложной, дорогостоящей и зачастую нецелесообразной задачей. В результате многие опасные задачи во взрывоопасных средах по-прежнему выполняются человеческим трудом.
Решение: Специально разработанные взрывозащищенные коллаборативные роботы.
Взрывозащищенные коллаборативные роботы устраняют этот пробел, интегрируя защиту от взрывоопасных зон непосредственно в конструкцию робота — от обмоток двигателя и энкодеров до кабельных вводов и управляющей электроники. Каждый компонент, который потенциально может вызвать искру или превысить безопасную температуру поверхности, спроектирован таким образом, чтобы предотвратить возгорание.
Эти коллаборативные роботы сохраняют основные преимущества роботов-партнеров — интуитивно понятное программирование, гибкое развертывание, безопасное взаимодействие с человеком — и при этом обеспечивают специализированную защиту, необходимую для работы в опасных зонах с высоким уровнем опасности.
Понимание стандартов и сертификатов взрывозащиты
Классификация опасных зон
В соответствии с международными стандартами (см. стандарты безопасности OSHA для робототехники (Согласно рекомендациям США) взрывоопасные среды классифицируются по типу и вероятности наличия опасных материалов:
| классификация | Описание | Типичные местоположения |
|---|---|---|
| Зона 0 / Дивизион 1 | Взрывоопасная атмосфера присутствует постоянно | Внутри резервуаров, сосудов |
| Зона 1 / Дивизион 1 | Вероятность образования взрывоопасной атмосферы при нормальной эксплуатации. | Вблизи отверстий резервуаров, заправочных станций |
| Зона 2 / Дивизион 2 | Взрыв атмосферы маловероятен, только при нештатных условиях. | Общие производственные зоны, складские помещения |
Взрывозащищенные коллаборативные роботы, как правило, сертифицированы для зон 1 и 2 (газовые атмосферы) и 21/22 (пылевые атмосферы), что охватывает подавляющее большинство сценариев их применения на перерабатывающих предприятиях и промышленных объектах.
Методы защиты: объяснение
Сертификационные знаки взрывозащиты указывают на конкретные используемые методы защиты. Типичная маркировка, например, «Ex db eb ib pxb IIC T5 Gb», указывает на многоуровневую защиту:
- db (огнезащищенный корпус): Предотвращает внутренний взрыв и воспламенение окружающей атмосферы.
- eb (повышенная безопасность): Обеспечивает повышенную надежность, предотвращая искрение и перегрев.
- ib (искробезопасность): Ограничивает потребление электроэнергии ниже пороговых значений воспламенения.
- pxb (герметичный корпус): Поддерживает положительное внутреннее давление для предотвращения утечки взрывоопасных газов.
- ИИК: Подходит для самых требовательных групп газов (включая водород и ацетилен).
- T5: Максимальная температура поверхности составляет 100 °C — значительно ниже точки воспламенения большинства промышленных газов.
Европейский аналог маркировки «Ex II 2G Ex db pxb IIC T4 Gb» подтверждает соответствие директиве ATEX для оборудования группы II (не горнодобывающего) в газовых средах зоны 1.
Двойная сертификация: почему это важно
Передовые взрывозащищенные коллаборативные роботы одновременно имеют национальную и европейскую сертификацию. Двойная сертификация позволяет использовать продукт по всему миру без дополнительной проверки на соответствие нормативным требованиям — это крайне важно для транснациональных нефтегазовых компаний и EPC-подрядчиков, работающих в разных регулирующих юрисдикциях.
Линейка взрывозащищенных коллаборативных роботов
Широкий ассортимент взрывозащищенных коллаборативных роботов включает в себя различные конфигурации полезной нагрузки и дальности действия, соответствующие требованиям разных областей применения:
| Модель | полезная нагрузка | Вылет | Повторяемость | Макс. скорость | Вес | Рейтинг IP |
|---|---|---|---|---|---|---|
| XR6 | 6 кг | 924 мм | ±0.02 мм | 3 м / с | 21 кг | IP68 |
| XR9 | 9 кг | 1,500 мм | ±0.05 мм | 3 м / с | 37 кг | IP68 |
| XR12 | 12 кг | 1,300 мм | ±0.03 мм | 3 м / с | 36 кг | IP68 |
| XR18 | 18 кг | 900 мм | ±0.02 мм | 3 м / с | 35 кг | IP68 |
| XR20 | 20 кг | 1,800 мм | ±0.05 мм | 4 м / с | 68 кг | IP68 |
Все модели имеют 6 степеней свободы, шину управления EtherCAT/1 кГц и диапазон рабочих температур от -5°C до 55°C. Уровень шума остается на уровне 60 дБ или ниже во всем диапазоне.
Взрывозащищенные шкафы управления
Роботизированная рука — лишь часть системы. Для взрывозащищенных систем требуется соответствующая инфраструктура управления:
Взрывозащищенный шкаф управления: Полноразмерный корпус со степенью защиты IP65, сигнальной подсветкой и широкими возможностями расширения ввода/вывода. Широкий набор внешних интерфейсов подходит для работы в зонах 1 и 2, где воздействуют газ и пыль. Подходит для сложных инсталляций, требующих множества цифровых и аналоговых каналов ввода/вывода.
Шкаф управления избыточным давлением: Компактная конструкция, степень защиты IP65, упрощена в установке. Поддерживает избыточное внутреннее давление для предотвращения проникновения взрывоопасной атмосферы. Идеально подходит для установок с ограниченным пространством, где требуется меньшая площадь опоры.
Оба типа шкафов поддерживают полевые шины EtherCAT, Modbus-TCP, связь RS485 и обеспечивают аварийную остановку, безопасную остановку, цифровые входы/выходы и входы для дифференциального энкодера.
Ключевые сценарии применения
Автоматизация заправки автомобилей
Роботизированные системы заправки исключают воздействие паров бензина на человека во время процесса заправки. Взрывозащищенная сертификация робота-заправщика гарантирует безопасную работу в зоне с высокой концентрацией паров вокруг топливораздаточных колонок, а его точность позволяет точно позиционировать заправочные пистолеты для различных типов транспортных средств.
Промышленная покраска и порошковая покраска
Окраска распылением При порошковой покраске пары растворителей и горючие частицы пыли создают взрывоопасную атмосферу. Взрывозащищенные коллаборативные роботы с программированием по принципу «перетаскивание и обучение» позволяют операторам интуитивно определять траектории распыления, а программирование с использованием виртуальной реальности еще больше снижает потребность в квалифицированных специалистах в опасной зоне.
Обращение с боеприпасами и порохом
Производство боеприпасов и заряжание пороха включают в себя работу с материалами, обладающими чрезвычайно низким порогом воспламенения. Взрывозащищенные коллаборативные роботы выполняют задачи по наполнению, сборке и проверке с точностью и повторяемостью, необходимыми для обеспечения качества, при этом сохраняя безопасное расстояние между людьми-работниками.
Операции химической переработки
На химических заводах коллаборативные роботы выполняют отбор проб, управление клапанами, очистку емкостей и перекачку материалов в зонах, классифицируемых как Зона 1 или Зона 2. Их компактные размеры позволяют использовать их в ограниченных пространствах, характерных для планировок технологических установок.
Коботы для работы в экстремальных температурах: расширение границ возможностей
Помимо взрывозащищенности, теперь доступны специализированные коллаборативные роботы для работы в экстремальных температурных условиях — это первое подобное решение в отрасли. Эти модели, рассчитанные на экстремальные температуры, работают в диапазоне от -30°C до 80°C (по сравнению со стандартным диапазоном от -5°C до 55°C) и имеют степень защиты IP68.
| Модель | полезная нагрузка | Вылет | Повторяемость | Диапазон темпов | Рейтинг IP |
|---|---|---|---|---|---|
| AL6 | 6 кг | 924 мм | ±0.02 мм | -30 80 ° C до ° C | IP68 |
| AL9 | 9 кг | 1,500 мм | ±0.05 мм | -30 80 ° C до ° C | IP68 |
| AL12 | 12 кг | 1,300 мм | ±0.03 мм | -30 80 ° C до ° C | IP68 |
Применение в системах холодовой цепи и заморозки.
Логистика холодовой цепи — хранение замороженных продуктов, хранение фармацевтической продукции в холодильных камерах, производство мороженого — требует роботов, которые надежно работают при длительных отрицательных температурах. Стандартные коллаборативные роботы подвержены загустению смазки, дрейфу датчиков и хрупкости кабелей при температурах ниже -5°C. Модели для экстремальных температур разработаны с нуля и способны поддерживать производительность при -30°C.
Горячая ковка и высокотемпературные процессы
На другом полюсе находятся коллаборативные роботы, используемые для закалки при горячей ковке при температурах около 1,200 °C. В одном из задокументированных случаев коллаборативный робот выполнял распыление разделительного агента в процессе горячей ковки, подвергаясь экстремальным термическим циклам, электромагнитным помехам мощностью 40 кВт от индукционных нагревателей и длительной перегрузке, превышающей номинальную полезную нагрузку, — и работал непрерывно более двух лет без сбоев.
Критерии выбора оборудования для работы в опасных средах
При выборе взрывозащищенного коллаборативного робота следует учитывать следующие факторы, помимо стандартных критериев отбора:
Классификация зон: Подтвердите конкретную классификацию опасной зоны (зона 1, зона 2, зона 21, зона 22) и убедитесь, что маркировка Ex коллаборативного робота соответствует вашим требованиям.
Совместимость газовых групп: Сертификация IIC охватывает самый широкий спектр газов (включая водород). Если в вашем применении используются менее требовательные группы газов (IIA или IIB), оборудование, сертифицированное по стандарту IIC, обеспечивает встроенный запас прочности.
Температурный класс: Убедитесь, что максимальная допустимая температура поверхности (класс Т) коллаборативного робота ниже температуры самовоспламенения всех материалов, находящихся в рабочей зоне.
Выбор шкафа управления: Подберите тип шкафа в соответствии с вашими потребностями: взрывозащищенный — для полнофункциональных систем с широкими возможностями ввода/вывода, с избыточным давлением — для компактных установок.
Прокладка кабелей: Для монтажа оборудования во взрывоопасных зонах требуются сертифицированные кабельные вводы, кабелепроводы и методы прокладки кабелей, обеспечивающие целостность взрывозащищенной зоны.
Часто задаваемые вопросы
Можно ли использовать стандартные коллаборативные роботы в опасных средах?
Нет. Стандартные коллаборативные роботы не предназначены и не сертифицированы для работы во взрывоопасных средах. Их электрические компоненты, двигатели и разъемы могут генерировать искры или превышать безопасные температуры поверхности, создавая риск возгорания. В опасных зонах следует использовать только коллаборативные роботы, имеющие специальную взрывозащищенную маркировку (Ex).
Что означает IP68 для взрывозащищенного коллаборативного робота?
IP68 — это наивысший уровень защиты от проникновения пыли и влаги, означающий полную пыленепроницаемость и способность выдерживать длительное погружение в воду. Для взрывозащищенных коллаборативных роботов IP68 гарантирует полную герметизацию внутренней электроники от окружающей атмосферы — никакие взрывоопасные газы или пыль не могут попасть внутрь корпуса при любых условиях эксплуатации.
Какую стоимость взрывозащищенных коллаборативных роботов можно сравнить со стоимостью стандартных моделей?
Взрывозащищенные коллаборативные роботы стоят дороже стандартных промышленных моделей из-за специализированных корпусов, сертифицированных компонентов и двойной сертификации. Однако это необходимо сопоставить с альтернативами: стоимостью ручного труда в опасных зонах (включая надбавки за работу в опасных условиях, обучение, СИЗ и риск инцидентов), нецелесообразностью модернизации стандартных роботов и бременем соблюдения нормативных требований. Для применений, где целью является автоматизация опасных задач, специально разработанные взрывозащищенные коллаборативные роботы, как правило, представляют собой наиболее экономически выгодный вариант.
Резюме
Взрывозащищенные коллаборативные роботы заполняют важный пробел в промышленной автоматизации, предоставляя преимущества гибкости и простоты использования коллаборативных роботов в условиях, где стандартные роботы просто не могут работать. Благодаря двойной сертификации методов защиты, герметизации IP68 и вариантам полезной нагрузки от 6 до 20 кг, эти специализированные коллаборативные роботы готовы к применению в нефтегазовой отрасли, химической промышленности, автомобильной покраске и обращении с боеприпасами.
Для предприятий, также сталкивающихся с экстремальными температурными условиями, новейшие модели коллаборативных роботов, предназначенные для работы в экстремальных температурах, расширяют диапазон рабочих температур до -30°C – 80°C, открывая возможности автоматизации в логистике холодовой цепи и процессах горячей ковки.
Связанные чтения:
– Полное руководство по коллаборативным роботам — типы, выбор и области применения.
– Калькулятор рентабельности инвестиций в коботов — обоснование ваших вложений для малого и среднего бизнеса в производстве.
– Коботы автомобильного класса — что означает стандарт IATF16949 для качества роботов.
Последнее обновление: март 2026 г. Информация о сертификации и маркировке защиты, упомянутая в данной статье, основана на общедоступных технических характеристиках продукции и международных стандартах.