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皮爾磁:安全小百科之安全的運動控制(下)

時間:2019-02-20 14:52:03來源:皮爾磁工業自動化貿易(上海)有限公司

導語:?皮爾磁:安全小百科之安全的運動控制(下)

安全運動控制的組成

安全運動控制的目的是要避免危險的運動。傳統伺服驅動器是由非安全相關的部件組成的,要實現安全運動只能通過額外的安全元件來保證電機斷電,或對電機的運動進行安全監控。當今的市場正朝著往驅動器內部實現安全功能的方向發展,主要由安全隔離、安全檢測和安全控制(確保無不安全運動)組成。

安全運動控制的組成

安全隔離

伺服驅動器分為電力回路和控制回路兩部分。其中,電力回路主要由整流、電容濾波和逆變組成;控制回路主要由指令或參考變量、閉環控制、PWM調制脈沖組成。另外,電力回路和控制回路都是通過光電耦合器隔離的。

伺服驅動器的原理結構圖

把伺服驅動器的結構圖轉化為信號路徑圖,如下圖所示。在這個圖中,光電耦合器安全禁止(圖注3)、設定值或參考值開關(圖注4)和控制使能(圖注5)被用做安全運動控制的安全隔離。由于實施難度、驅動器技術等原因,通常不用電機接觸器(圖注2)作為安全隔離的一部分。由于電力回路中的大電容的放電時間很長,通常在5-10分鐘以上。因此供電主接觸器(圖注1)的斷開是無法保證伺服電機是斷電的。

通常情況下,只有安全檢測和控制功能引發故障時,才會觸發安全隔離。

伺服驅動器的信號路徑圖

1、    電力回路供電主接觸器,用于隔離驅動器的輸入供電;

2、    電機接觸器,用于隔離電動機的輸入供電;

3、    光電耦合器安全禁止器,光電耦合器用于隔離電力回路和控制回路;

4、    設定值或參考值開關,設定值將被設置為0;

5、    控制使能,控制光耦的信號將被禁止;

安全運動檢測和控制

安全檢測和控制不能夠按照傳統的檢測和控制去理解,他們最大的區別在于是否能有效應對失效風險方面。在實施過程中,傳統的檢測和控制是不考慮檢測機制及診斷范圍、共因、元件高可靠性、安全系統設計等方面的。

在標準EN/IEC 61800-5-2中列出的安全功能中,需要對運動學的加速度、速度和位置進行安全監控。由于驅動器中通常使用的是非安全相關部件,因此實施過程中,除了監控驅動器的運行和狀態外,還需要結合傳感器技術,比如安全編碼器。

安全運動控制需要的不僅僅是安全檢測,更需要對運動的安全控制。最常見的安全控制是安全運動限制,安全限制有三種方式:固定值式、設定值選擇式和動態修改式。固定值式是通過配置軟件,事先設定好限定值,在運動中,限定值是不可改變的。選擇式則是多個固定值,在運行中可以通過安全IO或安全總線切換固定值。動態修改式是運行中可修改的,比如在上次提到的機械手和人的安全示例中,安全功能根據人和機械手的距離進行安全降速,人距離機械手的危險距離越近,機械手的速度越慢。

人和機械手

為了滿足安全控制的需要,皮爾磁提供了驅動器PMCprotego D系列集成Protego S1/S2安全卡,提供了SS1、SS2、SOS、SLS等安全功能, 幫助客戶在保證安全生產的同時,還能提升生產效率。

皮爾磁中國

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