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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動器，我們發現很多驅動器都集成安全功能，而且這貌似已經成為一個趨勢了，那么驅動器集成安全控制對我們的設備生產有何影響，為什么要使用帶集成安全的驅動器呢？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于設備安全的重要性的問題，設備安全的重要性已經不言而喻了，相關安全風險評估以及實施標準都已經定義的非常清楚了（有機會我們可以單獨探討）；我們要探討的是關于為什么要將安全功能集成到驅動器上，以及與沒有集成安全的傳統驅動器相比較，集成安全有哪些優點和益處。

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動器上的集成也就不難理解了。

我們知道，讓設備停止運行的*****的方法就是關斷電源、切斷電機輸入電流，所以通常在設備檢修、需要有人進入設備運行區域時，需要切斷相應的電機和驅動器的電源，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動器的電源主開關。

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、安全接觸器開關等器件。

從安全停車的功能上看，這樣切斷驅動器的電源，往往并不能快速關斷驅動器的電流輸出和電機的扭矩輸出，因為驅動器的直流母線上會儲存一定的能量，在驅動器主電源斷開后，一部分直流母線殘余的能量仍然可以讓驅動器再運轉一段時間（時間長短取決于系統容量），直到直流母線電壓過低為止。所以，這樣的切斷驅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，無論是在驅動器電源側還是輸出側使用安全開關，整個系統都由于安全功能的增加變得更復雜，元器件的數量、接線數量，以及因此帶來的工程設計實施量也因此而增加，想象一下隨著設備自動化程度的提高，傳動和運動軸數不斷增加會對系統的安全性要求不斷提高，這樣安全系統的集成成本自然也會倍增。

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

所以，這樣看來，使用傳統的驅動器產品完成 CAT0 的安全停車，會提高系統實施成本和降低設備生產效率，影響設備生產的總體擁有成本，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動器是怎樣的呢？

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

這樣的安全關斷扭矩的方式，是直接切斷驅動器電流輸出的，比切斷驅動器電源的方式更為直接、快捷，可以做到在STO 觸發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閉驅動器動力回路輸出的方式實現的，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）可以直接接入驅動器的STO端子。省去安全接觸器和相關的接線，將使得安全系統得到極大的簡化，元器件的數量、接線數量，以及相關的工程設計和實施都將被極大的節省。因此，從工程實施的角度看，系統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。

那么設備運行時呢？

在安全扭矩關斷出發后，通常集成STO的驅動器都可以將其安全故障狀態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絡推送到操作員HMI 終端顯示），這樣就極大的節省了安全故障的診斷實現，縮短了設備的停機時間。

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

通過上面的比較我們可以看到，使用集成STO安全扭矩關斷的驅動器產品，可以通過更加簡單、快捷**的方法實現 CAT0 的安全停車功能，而且相較于傳統的驅動器，在設備設計、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動器集成安全 STO 的價值，就不難理解今天的主題“為什么驅動器要集成安全功能”了。CAT 0 的安全停止只是設備安全中，最基本最簡單的安全控制方式了。而當設備安全的功能和級別不斷提高，其在設備設計、集成、實施和運維上都將更加復雜，比如更高的安全停車方式、安全運行區域、安全停車監控、安全運行速度和方向等等，如果在驅動器上集成這些**別的安全功能，配合集成化的安全控制系統，將更加顯著的幫助簡化安全系統、減少元器件和提升設備運營效率。

所以，當我們談設備安全，目標并不只是更安全，而關鍵在于讓安全的投入帶來更多收益、更高產能和更加可持續。我們希望設備更安全，降低我們的生產制造風險，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