安全集成伺服驱动技术

　　3.3 安全集成伺服驱动技术的实现

　　围绕伺服驱动的安全性要求，安全集成伺服驱动最基本的安全功能就是要求在各种异常状态下，能够及时地进行反馈，并进一步控制电动机的停止、电动机的转速和电动机的位置，实现安全驱动要求。因此STO、SSI和SBC作为驱动的基本功能被直接集成嵌入到驱动控制器内部，并且由驱动控制器直接控制电动机实现安全功能。

　　而SS2、SIS、sLA、SLP、SOS、SDI等安全功能可被抽象成安全逻辑，将其集成到安全集成NC中，并通过在电动机运行过程中，对机器运行状态进行检测监视，同时将各个安全功能对应的安全信号和相关数据周期性地反馈给安全集成系统，从而最终通过驱动器内置的安全集成功能(STO、SSl和SBC)进行控制，实现功能安全。

　　对于安全集成伺服驱动技术的应用，国际上已有相关的安全集成驱动产品．如西门子对安全集成技术的典型应用就是SINUMERIK 8dOD sl／S1NAMICSS120。它是通过将安全功能集成到NC和驱动系统当中，从而实现功能安全的目的。此产品的安全等级满足IEC61508标准的安全完整性等级(SIL)2级和IS013849一l标准的性能等级(PL)d级。

　　再如科尔摩根公司的安全驱动产品是s700伺服驱动，该产品满足的安全等级是IEC62061 SIL2，其主要应用于高动态性和高精度的加工任务。对于安全集成技术的实现，我们可以借鉴西门子安全集成产品的实现机制：

　　(1)双通道监视结构

　　所有与安全集成功能相关的主要硬件和软件，以相互独立的双通道模式执行。并且两个驱动监视通道通过控制单元NC和驱动系统的电动机模块或电源模块执行。

　　每个监视通道的工作原理：在每个操作执行之前，首先预定义所要求的状态，并且在动作执行之后要有相关的反馈信号。如果通过比较监视通道的反馈信号发现所期望的响应并未满足，驱动就会进入停止响应模式，并输出相关的警示信息。

　　(2)关断信号路径

　　在安全集成系统中有两个独立的关断路径，并且所有的关断信号都是低电平有效。这样，可以保证在器件失效或线路故障时能够使系统立即进入安全模式。

　　(3)循环监视机制

　　驱动执行过程中，相关安全功能会以监视周期的方式对电动机的运行状态进行循环监视，以保证时刻将反馈信息通过双通道返回，以保证功能安全。

　　(4)安全相关的输入信号

　　安全相关的输入信号就是通过相关的安全检测，将以上介绍的安全功能进行信号化，作为过程的输入。另外，这些数据信号能够被传递到双通道，并用来选择或取消安全功能。

　　(5)交叉数据比较

　　在双监视通道中，安全相关的数据信号被循环地交叉比较。如果任何数据不一致的话，就会通过任意的安全功能激活安全停止功能，进入安全模式。通过建立这样的安全机制后，就可以应用安全集成驱动技术，将STO、SSl和SBC基本安全功能直接集成嵌入到驱动控制器内部，并在安全集成NC的协同控制下，实现安全集成伺服驱动控制。

　　安全集成驱动设计原理方案如图2所示。其中，其他的安全相关功能集成到安全集成NC中，并将其用一定的极限值进行量化，通过检测部件将安全相关的数据信号周期性地反馈给安全集成NC和安全伺服驱动控制系统，然后通过双通道监视机制将反馈回来的数据信号进行交叉比较，一旦发现双通道的数据比较不一致，就会引发相应的安全功能响应，并最终通过驱动器内置的安全功能响应实现安全控制。

图2安全集成驱动设计原理方案

4 结语

　　图2安全集成驱动设计原理方案本文在进一步分析了功能安全的概念和理论特点后，阐述了安全集成技术的原理和特点，对安全集成伺服驱动技术进行了描述，最后结合安全集成伺服驱动技术的应用实例，给出了安全集成伺服驱动的设计方案。

　　安全集成伺服驱动技术的研究可以说是方兴未艾，但尽管如此，它的前途是光明的，正如功能安全一样，安全集成驱动技术代表了一次机器安全的革命，相信不久的明天，功能安全将渗透到各行各业。