淺談內(nèi)置STO安全電路功能

STO，或“Safe Torque Off”，是一種專用的內(nèi)置安全電路功能，可使工業(yè)機(jī)器人等運(yùn)動(dòng)設(shè)備的安全管理更加輕松。它是整個(gè)安全系統(tǒng)的一部分。

STO 電路首先在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中引入，是驅(qū)動(dòng)器的專用功能，可防止電機(jī)意外運(yùn)動(dòng)。這有助于防止在機(jī)器人或機(jī)器附近工作的操作員受傷。使用內(nèi)置STO功能的驅(qū)動(dòng)器的好處是可以減少外圍設(shè)備，簡化布線，節(jié)省空間。

內(nèi)置 STO 功能的好處：

減少外圍設(shè)備

簡化布線

節(jié)省空間

近年來，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及三相交流電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)器也采用了 STO 功能。Oriental Motor 的 AZ 系列交流輸入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)在提供此經(jīng)過認(rèn)證的安全功能，使安全更容易。AZ 系列 STO 功能符合 IEC 61800-5-2 和 IEC 60204-1（停止類別 0）的要求。

它是如何工作的？

查看上面的 CN1 連接器端子和底部兩根藍(lán)色跳線所在的位置。這些端子標(biāo)記為 HWTO1+、HWTO1-、HWTO2+ 和 HWTO2-。當(dāng)集成到外部安全系統(tǒng)時(shí)，這些藍(lán)色跳線將被連接到外部安全系統(tǒng)的電線所取代。但是，如果在運(yùn)行期間檢測到 STO 電路開路，它將強(qiáng)制切斷電機(jī)的電源并防止意外運(yùn)動(dòng)。

真的有必要嗎？

在設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)，制造商 (OEM) 需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以說明設(shè)備的安全級(jí)別。如果現(xiàn)有設(shè)計(jì)不符合安全標(biāo)準(zhǔn)，則必須添加額外的保護(hù)裝置。安全系統(tǒng)可以包括多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和連接到電路的其他設(shè)備，例如開關(guān)或按鈕。

機(jī)器人或機(jī)械沒有絕對(duì)的、有保證的安全。每臺(tái)機(jī)器最終都會(huì)出故障，人類也不是一直都是完美的。設(shè)計(jì)工程師需要實(shí)施一個(gè)安全系統(tǒng)，以保證電機(jī)在停止時(shí)發(fā)生意外運(yùn)動(dòng)的可能性在可接受范圍內(nèi)。這種機(jī)會(huì)或發(fā)生頻率由安全完整性級(jí)別或安全指數(shù)定義。這將在本文后面介紹。

它有什么幫助？

當(dāng)使用沒有內(nèi)置 STO 安全功能的驅(qū)動(dòng)器時(shí)，需要額外的接觸器來切斷驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的電源。使用內(nèi)置STO安全功能的AZ系列驅(qū)動(dòng)器時(shí)，無需接觸器，直接切斷電機(jī)電源。通過使用 AZ 系列驅(qū)動(dòng)器，可以減少布線并節(jié)省空間。

STO 安全電路功能設(shè)計(jì)為在電機(jī)已經(jīng)處于停止?fàn)顟B(tài)后使用。它不打算在正常操作期間用作 E-STOP（緊急停止）。要連接安全相關(guān)設(shè)備以采取額外措施，請使用 EDM 輸出（來自 STO 電路）。

安全指數(shù)

為了幫助 OEM 進(jìn)行產(chǎn)品選擇，設(shè)備制造商可以提供基于以下監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的“功能安全”規(guī)范。總括標(biāo)準(zhǔn)，或者說主要標(biāo)準(zhǔn)，是IEC 61508，然后還有更具體的子標(biāo)準(zhǔn)。IEC IEC 62061 指定的機(jī)器標(biāo)準(zhǔn)指定用于 SIL。ISO 指定的機(jī)器標(biāo)準(zhǔn) ISO 13849 指定用于 PL。SIL 和 PL 是由 IEC 或 ISO 指定的分類安全標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于 SIL（安全完整性等級(jí)）和 PL（性能等級(jí)），這些安全等級(jí)的范圍有一點(diǎn)重疊，但它們非常相似。例如，額定為 SIL 2 的安全系統(tǒng)與 PL d 相同。

設(shè)備的安全等級(jí)由設(shè)計(jì)者決定。例如，對(duì)于大型機(jī)器人設(shè)施，如果大型機(jī)器人在操作員在其附近工作時(shí)意外移動(dòng)，則可能會(huì)致命。想一想宇航員在 NASA 中使用 G 力訓(xùn)練自己的離心機(jī)。想象一下，如果有人正在維修機(jī)器的某個(gè)部件，它會(huì)意外啟動(dòng)。

對(duì)于大型機(jī)器人，最好使用 SIL 3 或 PL e 安全等級(jí)產(chǎn)品。額定為 SIL 3 或 PL e 的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可能會(huì)在 1,140 到 11,400 年（估計(jì)）內(nèi)發(fā)生一次故障事件。

緊急停止類別

停止類別也由監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)定義。在這種情況下，它們在 IEC 60204-1 中定義。停止類別 0 等同于拔下電機(jī)的插頭。停止類別 1 使電機(jī)受控停止，然后拔下插頭。停止類別 2 使電機(jī)受控停止，然后保持通電。

停止類別 0 - 因不受控制的停止和立即斷電而停止

停止類別 1 - 通過帶電的受控停止停止，然后在停止時(shí)斷開電源

停止類別 2 - 通過帶電的受控停止停止，然后保持電源打開

AZ 系列驅(qū)動(dòng)器的 STO 功能與 IEC 60204-1 定義的停止類別 0 直接相關(guān)。在停止類別 0 下，電機(jī)通過強(qiáng)制和立即切斷機(jī)器執(zhí)行器的電源而停止，例如不受控制的停止（無減速）。

類似安全功能的其他類似縮寫詞有 SS1（安全停止 1）、SS2（安全停止 2）、SOS（安全操作停止）、SSE（安全緊急停止）和 SBC（安全制動(dòng)控制）。其中，只有 STO 被評(píng)為停止類別 0，SS1 被評(píng)為停止類別 1，SS2 被評(píng)為停止類別 2。

安全標(biāo)準(zhǔn)和適用產(chǎn)品

STO電路適用的標(biāo)準(zhǔn)有IEC 61800-5-2、EN 61800-5-2、IEC 61508-1、EN 61508-1、IEC 61508-2、EN61508-2、IEC 62061、EN 62061、ISO 13849- 1 和 EN/ISO 13849-1。AZ 系列驅(qū)動(dòng)器的 STO 功能額定為 SIL 3 和 PL e（類別 3）。

STO電路是AZ系列驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)置功能，包括控制器內(nèi)置型、RS-485通訊脈沖輸入型、脈沖輸入型。

以下是AZ系列內(nèi)置STO電路功能驅(qū)動(dòng)器的安全參數(shù)。每小時(shí)危險(xiǎn)故障的平均頻率 (PFH = 2.96x10^-9)。安全完整性等級(jí)為 SIL 3。性能等級(jí)為 PL e，停止類別為 0。這優(yōu)于業(yè)內(nèi)提供的其他一些 STO 功能。

審核編輯黃宇