安全集成伺服驱动技术

3 安全集成伺服驱动系统

　　3.1 安全集成驱动原理

　　安全集成驱动是通过将安全功能(对应于传统继电器控制系统中的安全逻辑)集成到驱动控制系统中，也就是将安全逻辑集成到NC中，同时利用安全总线技术完成控制通信和安全通信的集成。当驱动达到一些设定的安全极限(如极限速度、极限位置、极限力矩等)时，相关安全功能信号通过相应的通道可以直接作用于驱动控制器中的功率半导体器件，使驱动进入安全模式。这样驱动系统在执行工作任务的同时兼顾安全功能，从而使驱动更安全、更快捷、更有效。安全集成驱动技术实现原理如图1所示。

图1安全集成驱动技术实现原理

　　3.2 安全集成功能介绍

　　根据IEC61800—5—2规定，安全集成功能包括：安全转矩截止(STO)、安全停车l(SSI)、安全抱闸控制(SBC)、安全停车2(SS2)、安全速度限制(SLS)、安全位置限制(SLP)、安全转矩限制(SLT)、安全运行停车(SOS)、安全方向(SDI)、安全增量限制(SLI)、安全软件凸轮(SCA)、安全速度监控(SSM)和安全加速度限制(SLA)等。

这些安全功能或者直接嵌入到驱动终端由驱动器直接完成，或者集成到NC中，通过将驱动终端的信号反馈到NC中，进而间接由安全集成驱动器实现安全功能。下面对上述的安全功能日。进行介绍：

　　(1)安全转矩截止(STO)

　　通过对电动机输出转矩进行监控，并将其功能作为标准集成到电动机的驱动器内部；同时对电动机的运行状态时刻进行监控，当配合执行电动机的某一功能故障或一旦出现危险状况时，便激活安全功能切断功率部分电源，使电动机平稳过渡到停止状态，确保人身安全；同时STO还防止驱动器意外重启而造成的人身伤亡或机器损坏。

　　另外，实现这一功能的基础是，STO激活后，能够通过脉冲信号经过指定的关断路径切断功率部分的电源，并将这一功能集成到电动机的驱动模块中。

　　(2)安全停车1(SSI)

　　用于激活电动机减速停车功能，并且一定的延时后引发安全转矩截止功能，从而使驱动安全停车。另外，出现任何安全故障时，安全转矩截止功能都会通过此功能得以启动。

　　需要注意的是：安全停车1功能只能结合安全转矩截止功能一起实现，并且在一定的时延后自动启动STO功能或SBC功能；如果在指定时延之内SSI被取消，延时到达后，STO或SSI功能依然自动启动，并且随机自行关断。

　　(3)安全抱闸控制(sBc)

　　当安全转矩截止功能启动后，或当任一安全监视功能响应后，驱动器就会进入安全抱闸控制功能。并且此功能的执行通过双通道执行，在功能执行的过程中还要对抱闸的状态进行监视。

　　(4)安全运行停车(SOS)

　　当电动机处于静止状态时，系统以闭环的位置控制或速度控制方式监视电动机的位置状态，保证电动机处于安全的停车状态，并维持外负载所需的动力。例如塔吊下的重物被吊在空中的某一位置，就需要电动机提供恒定的力矩以保证安全。

　　(5)安全速度限制(sis)

　　设定某一速度值，并且当电动机的速度超过此设定值时，就会引发相应的安全停止功能响应，进而激活安全集成驱动功能响应。

　　(6)安全停车2(SS2)

　　当电动机达到某一设定的速度限定值时，启动电动机减速功能，并在减速过程中对电动机进行监控，同时启动计时器，当电动机静止时或指定的延时后引发SOS功能。

　　(7)安全加速度限制(SLA)

　　安全加速度设置就是对电动机加速和减速过程进行监控，防止加速度超过给定的安全值，从而减小机械的振动，避免机械碰撞，杜绝事故的发生。

　　(8)安全位置限制(SLP)

　　在机器运行过程中，对机器运动的绝对位置进行监控．防止运动超越给定的位置极限，从而较少碰刀、设计与机械碰撞等事故的发生。

　　(9)安全方向(SDI)

　　保证电动机只能以某一指定的方向运行，而不能由于人为的误操作而出现反向运转的情况，从而有效地保障机械安全，避免事故的发生。

　　(10)安全软件凸轮(SCA)

　　用来执行安全电子凸轮、安全范围检测或指定工作区域／受保护区域的功能，并且当电动机进入指定的安全范围时，输出相应的安全信号。另外，响应SCA功能的安全信号是唯一被认为安全的。