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CSDM-1AM-01BX1

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前段時間和大家談過幾款伺服驅(qū)動器，我們發(fā)現(xiàn)很多驅(qū)動器都集成安全功能，而且這貌似已經(jīng)成為一個趨勢了，那么驅(qū)動器集成安全控制對我們的設(shè)備生產(chǎn)有何影響，為什么要使用帶集成安全的驅(qū)動器呢？今天我們就簡單探討下。

首先需要澄清的是，我們今天討論的不是關(guān)于設(shè)備安全的重要性的問題，設(shè)備安全的重要性已經(jīng)不言而喻了，相關(guān)安全風險評估以及實施標準都已經(jīng)定義的非常清楚了（有機會我們可以單獨探討）；我們要探討的是關(guān)于為什么要將安全功能集成到驅(qū)動器上，以及與沒有集成安全的傳統(tǒng)驅(qū)動器相比較，集成安全有哪些優(yōu)點和益處。

為了能更簡單的將這個問題說清楚，我們今天會以安全功能中最基本的“安全停止”功能為例，如果能理解這個基本功能，那么一些增強型的安全功能在驅(qū)動器上的集成也就不難理解了。

我們知道，讓設(shè)備停止運行的*****的方法就是關(guān)斷電源、切斷電機輸入電流，所以通常在設(shè)備檢修、需要有人進入設(shè)備運行區(qū)域時，需要切斷相應(yīng)的電機和驅(qū)動器的電源，而我們通常的方法是按下急停E-Stop，急停的的觸點會斷開驅(qū)動器的電源主開關(guān)。

而這種切斷電源的停車方式，又分為好幾種不同的級別，比如斷電后自由停車或主動停車后再斷電等。我們今天的例子則是最簡單最基本的斷電自由停車，即急停直接切斷電源后運動部件仍會靠慣性繼續(xù)滑行一段時間，稱為停止級別“CAT 0”。

通過上圖幾種安全線路，是可以基本做到這樣的安全停車的，這通常需要在急停回路中使用安全繼電器、安全接觸器開關(guān)等器件。

從安全停車的功能上看，這樣切斷驅(qū)動器的電源，往往并不能快速關(guān)斷驅(qū)動器的電流輸出和電機的扭矩輸出，因為驅(qū)動器的直流母線上會儲存一定的能量，在驅(qū)動器主電源斷開后，一部分直流母線殘余的能量仍然可以讓驅(qū)動器再運轉(zhuǎn)一段時間（時間長短取決于系統(tǒng)容量），直到直流母線電壓過低為止。所以，這樣的切斷驅(qū)動器電源的方式其實并不能確保安全停車的性能的一致性。

從安全功能的集成和實施角度看，正如上圖所示，無論是在驅(qū)動器電源側(cè)還是輸出側(cè)使用安全開關(guān)，整個系統(tǒng)都由于安全功能的增加變得更復(fù)雜，元器件的數(shù)量、接線數(shù)量，以及因此帶來的工程設(shè)計實施量也因此而增加，想象一下隨著設(shè)備自動化程度的提高，傳動和運動軸數(shù)不斷增加會對系統(tǒng)的安全性要求不斷提高，這樣安全系統(tǒng)的集成成本自然也會倍增。

再看設(shè)備生產(chǎn)運行，由于這樣的安全功能是通過硬接線方式實現(xiàn)的，當在生產(chǎn)過程中發(fā)生安全停車的故障時，如果對系統(tǒng)不熟悉（尤其是那些大型系統(tǒng)），排查和區(qū)分安全故障點的難度是很大，這就無形中增加了設(shè)備的停機時間。另外，對于很多傳動控制系統(tǒng)，如伺服傳動，切斷動力電源必須斷開驅(qū)動器輸入主電源，這樣，每次安全停機后的設(shè)備恢復(fù)生產(chǎn)，不得不重復(fù)驅(qū)動器的上電初始化過程，這樣便進一步延長了設(shè)備故障停機的時間，影響了設(shè)備生產(chǎn)效率和開機率。

所以，這樣看來，使用傳統(tǒng)的驅(qū)動器產(chǎn)品完成 CAT0 的安全停車，會提高系統(tǒng)實施成本和降低設(shè)備生產(chǎn)效率，影響設(shè)備生產(chǎn)的總體擁有成本，而且不能確保停車性能的一致性。

那么，如果使用集成安全功能的驅(qū)動器是怎樣的呢？

對于集成了安全功能的驅(qū)動器，上述的安全停止功能通常稱為“安全扭矩關(guān)斷 STO ”。具備集成STO的驅(qū)動器，通常在其驅(qū)動器上會有一副雙觸點的常閉的安全信號端子，設(shè)備的外部安全信號可以通過這副安全信號觸點控制關(guān)斷驅(qū)動器的放大器動力回路輸出。只有當這兩副觸點都處于導(dǎo)通的狀態(tài)，驅(qū)動器才能正常工作；而當任意一副觸點斷開，驅(qū)動器的交流輸出都會被關(guān)斷，這樣電機沒有了電流輸入，就處于無扭矩自由狀態(tài)了。這和前面說的“CAT 0”的停車功能是一樣的。

這樣的安全關(guān)斷扭矩的方式，是直接切斷驅(qū)動器電流輸出的，比切斷驅(qū)動器電源的方式更為直接、快捷，可以做到在STO 觸發(fā)的瞬間立即切斷電機電源，使其失去扭矩輸出。所以從安全功能的角度看，這樣的安全停車的性能會更可靠。

由于這種停車是通過關(guān)閉驅(qū)動器動力回路輸出的方式實現(xiàn)的，因此其安全控制回路中就不再需要接觸器，安全信號（如安全繼電器和急停開關(guān)）可以直接接入驅(qū)動器的STO端子。省去安全接觸器和相關(guān)的接線，將使得安全系統(tǒng)得到極大的簡化，元器件的數(shù)量、接線數(shù)量，以及相關(guān)的工程設(shè)計和實施都將被極大的節(jié)省。因此，從工程實施的角度看，系統(tǒng)集成和使用的成本不會因為安全性和自動化的性能的提升而倍增。

那么設(shè)備運行時呢？

在安全扭矩關(guān)斷出發(fā)后，通常集成STO的驅(qū)動器都可以將其安全故障狀態(tài)通過其集成的顯示器顯示出來（有的還可以將此故障信息通過網(wǎng)絡(luò)推送到操作員HMI 終端顯示），這樣就極大的節(jié)省了安全故障的診斷實現(xiàn)，縮短了設(shè)備的停機時間。

另外，集成 STO 后，在安全停車的時候僅僅是切斷了驅(qū)動器的動力輸出回路，驅(qū)動器電源并沒有被切斷，這樣，在安全停機后恢復(fù)運行時，驅(qū)動器不需要重新進行上電初始化，這樣可以縮短設(shè)備安全恢復(fù)生產(chǎn)的時間，提升了生產(chǎn)效率和開機率。

通過上面的比較我們可以看到，使用集成STO安全扭矩關(guān)斷的驅(qū)動器產(chǎn)品，可以通過更加簡單、快捷**的方法實現(xiàn) CAT0 的安全停車功能，而且相較于傳統(tǒng)的驅(qū)動器，在設(shè)備設(shè)計、集成、實施和運行維護上的總體成本會更低。

如果我們能夠理解上述驅(qū)動器集成安全 STO 的價值，就不難理解今天的主題“為什么驅(qū)動器要集成安全功能”了。CAT 0 的安全停止只是設(shè)備安全中，最基本最簡單的安全控制方式了。而當設(shè)備安全的功能和級別不斷提高，其在設(shè)備設(shè)計、集成、實施和運維上都將更加復(fù)雜，比如更高的安全停車方式、安全運行區(qū)域、安全停車監(jiān)控、安全運行速度和方向等等，如果在驅(qū)動器上集成這些**別的安全功能，配合集成化的安全控制系統(tǒng)，將更加顯著的幫助簡化安全系統(tǒng)、減少元器件和提升設(shè)備運營效率。

所以，當我們談設(shè)備安全，目標并不只是更安全，而關(guān)鍵在于讓安全的投入帶來更多收益、更高產(chǎn)能和更加可持續(xù)。我們希望設(shè)備更安全，降低我們的生產(chǎn)制造風險，但同時需要考慮達到這樣的安全所需要承擔的總體成本。



資訊來源：汕頭羅克自動化