安全運(yùn)動(dòng)控制的組成

安全運(yùn)動(dòng)控制的目的是要避免危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)。傳統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)器是由非安全相關(guān)的部件組成的，要實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)動(dòng)只能通過(guò)額外的安全元件來(lái)保證電機(jī)斷電，或?qū)﹄姍C(jī)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行安全監(jiān)控。當(dāng)今的市場(chǎng)正朝著往驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)安全功能的方向發(fā)展，主要由安全隔離、安全檢測(cè)和安全控制（確保無(wú)不安全運(yùn)動(dòng)）組成。

安全運(yùn)動(dòng)控制的組成

安全隔離

伺服驅(qū)動(dòng)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(huán)控制、PWM調(diào)制脈沖組成。另外，電力回路和控制回路都是通過(guò)光電耦合器隔離的。

伺服驅(qū)動(dòng)器的原理結(jié)構(gòu)圖

把伺服驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)化為信號(hào)路徑圖，如下圖所示。在這個(gè)圖中，光電耦合器安全禁止（圖注3）、設(shè)定值或參考值開關(guān)（圖注4）和控制使能（圖注5）被用做安全運(yùn)動(dòng)控制的安全隔離。由于實(shí)施難度、驅(qū)動(dòng)器技術(shù)等原因，通常不用電機(jī)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(shí)間很長(zhǎng)，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(wú)法保證伺服電機(jī)是斷電的。

通常情況下，只有安全檢測(cè)和控制功能引發(fā)故障時(shí)，才會(huì)觸發(fā)安全隔離。

伺服驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)路徑圖

1、    電力回路供電主接觸器，用于隔離驅(qū)動(dòng)器的輸入供電；

2、    電機(jī)接觸器，用于隔離電動(dòng)機(jī)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(shè)定值或參考值開關(guān)，設(shè)定值將被設(shè)置為0；

5、    控制使能，控制光耦的信號(hào)將被禁止；

安全運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和控制

安全檢測(cè)和控制不能夠按照傳統(tǒng)的檢測(cè)和控制去理解，他們最大的區(qū)別在于是否能有效應(yīng)對(duì)失效風(fēng)險(xiǎn)方面。在實(shí)施過(guò)程中，傳統(tǒng)的檢測(cè)和控制是不考慮檢測(cè)機(jī)制及診斷范圍、共因、元件高可靠性、安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的。

在標(biāo)準(zhǔn)EN/IEC 61800-5-2中列出的安全功能中，需要對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)的加速度、速度和位置進(jìn)行安全監(jiān)控。由于驅(qū)動(dòng)器中通常使用的是非安全相關(guān)部件，因此實(shí)施過(guò)程中，除了監(jiān)控驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行和狀態(tài)外，還需要結(jié)合傳感器技術(shù)，比如安全編碼器。

安全運(yùn)動(dòng)控制需要的不僅僅是安全檢測(cè)，更需要對(duì)運(yùn)動(dòng)的安全控制。最常見的安全控制是安全運(yùn)動(dòng)限制，安全限制有三種方式：固定值式、設(shè)定值選擇式和動(dòng)態(tài)修改式。固定值式是通過(guò)配置軟件，事先設(shè)定好限定值，在運(yùn)動(dòng)中，限定值是不可改變的。選擇式則是多個(gè)固定值，在運(yùn)行中可以通過(guò)安全I(xiàn)O或安全總線切換固定值。動(dòng)態(tài)修改式是運(yùn)行中可修改的，比如在上次提到的機(jī)械手和人的安全示例中，安全功能根據(jù)人和機(jī)械手的距離進(jìn)行安全降速，人距離機(jī)械手的危險(xiǎn)距離越近，機(jī)械手的速度越慢。

人和機(jī)械手

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