安全机能

✍ dations ◷ 2025-04-04 23:52:10 #安全工程

安全机能(safety function)是功能安全中的概念,是指一些有助于设备安全性的机能,在IEC 61508《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》法规中有提到这类的概念,但实际的安全机能会随着应用而不同。

以下是EN IEC 61800-5-2: 2007《可调速电机驱动系统,Part 5-2:安全需求-机能》 (Adjustable speed electrical power drive systems - Part 5-2: Safety requirements – Functional)中提到的一些安全机能,对应机能也可以应用在气压电动机及油压电动机。

STO(Safe torque off,安全转矩关闭)对应EN 60204的停止类别0。电动机的电源切断,电动机以不受控的方式停止。在电源切断后,电动机就不输出转矩。不过也不会输出制动转矩,因此需要靠其他方式(例如机械刹车)提供刹车,以免设备非预期的拖拽或过冲超过预期停止位置。若系统有外力(例如弹簧或是重物),需在无转矩输出时避免对电动机施力。安全机能STO 的一般应用包括输送带的停止、由主电源或是接触器移除电源的紧急停止机能、借由一个耦合设备进行的转矩分离机能。

SS1(Safe stop 1,安全停止1)对应EN 60204的停止类别1。驱动器出力使电动机减速静止,并且停止不动,之后就驱动STO的安全机能。安全停止可以没有监控机能(用时序控制的方式启动STO,不论当时电动机是否静止都启动STO),也可以有监控机能(一直到电动机静止时才启动STO)。若进入驱动STO的安全机能后,对外力的反应就和STO安全机能中的相同(不出力,不会抵抗外力)。此机能多半是整合在变频器或是伺服驱动器中,其效果则和系统整体设计及电动机/驱动器组态而定。若电动机减速时间太短,或是刹车的转矩太高,可能会让STO机能过早动作,让电动机处于旋转中,随自由运转而停止的状态下。

SS1(Safe stop 2,安全停止2)对应EN 60204的停止类别2。此安全机能下,电动机会减速停止,而且停止不动。此停止不动的状态会由安全机能加以监控(安全受控停止,SOS)。实务上,因为电动机在控制时会有微幅的控制扰动,因此会允许在停止时,电动机位置有微小的变化,这个变化可能会造成危险。若安全监控发现电动机位置偏差已超过允许值,会依适当的故障反应(例如依STO的作法,让电动机不出力,不抵抗外力)。此一机能一般会整合在变频器、伺服驱动器或是机械手臂控制器中。安全机能SS2的好处是变频器仍持续输出电力,电动机随时都可以再继续运转。若是用来设定驱动有效/无效的模式,相当方便。

SOS(Safe operation stop,安全受控停止)时,电动机会维持静止,但其位置允许有微幅的变化,安全机能会监控电动机位置,若已超过设定允许值,会依适当的故障反应(例如依STO的作法,让电动机不出力,不抵抗外力)。依照位置变化的允许值不同,可以监控电动机是否静止,或是是否在一定范围内变化。

SLS(Safely limited speed,安全限制速度)会监控电动机是否超过最高允许速度,若是有,会启动像SS1、STO或是刹车等故障处理机制。SLS可以整合在变频器、伺服驱动器或是由外部速度监控设备来实现。

SSM(Safely speed monitor,安全速度监控)会监控电动机是否低于最低允许速度,若是有,会由上一层的安全控制启动适合的故障处机制。例如若泵浦已低于最低速度,会由STO让驱动泵浦的电动机不输出。

SSR(Safe speed range,安全速度范围)结合了SLS和SSM机能。

SLT(Safely Limited Torque,安全限制转矩)会限制电动机的转矩,避免超过一定值,而STR(Safe Torque Range,安全转矩范围)会限制电动机的转矩在一定范围内。一般的驱动器不会加装转矩感测器,因此此应用会用电流来估算转矩。

SLP(Safe limited position,安全限制位置)会控制电动机(及所带动负载)不超过事先定义的停止位置,此一机能对应极限开关。一开始是用在限制机械手臂的位置,后来也用在工业应用的驱动器中。

SP(Safe position,安全位置)会由安全的总线提供电动机的安全位置资料,可以供安全控制器使用(停止位置监侧,依位置启动的安全机能等)。

SDI(Safe direction,安全方向)会监控电动机只能运转在指定的位置,例如一个只能顺时针旋转的转轴,或是一个在危险位置的装置,只能打开,不能关闭。此一机能可以整合在变频器、伺服驱动器或是由外部速度监控设备来实现。

SCA(Safe CAM,安全凸轮)会监控电动机只能在指定的位置范围内定位。

SDI(Safely Limited Increment,安全限制增量)会限制电动机在启动后的位置只能在一定范围内。若超过此范围,需要启动安全停止机能。

这二个机能会一起使用。SBC(Safe brake control,安全刹车控制)控制一个或是多个机械刹车。因此可以确保在STO启动时,重物不会下滑或是掉落,会及时被刹车刹住。SBT(Safe brake test,安全刹车测试)会周期性的测试刹车,此一机能可以整合在变频器、伺服驱动器或是安全机械手臂控制器中。

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