Что такое функция безопасного отключения момента (STO)
Безопасность является одним из наиболее важных аспектов конструкции промышленных машин и механизмов. Сегодня, при наличии сетевых подключений между различными машинами и центрами управления, сигналы безопасности должны логически и надежно передаваться по сетям.
Любая система, связанная с перемещением инструментов или компонентов с использованием двигателей, сопряжена с присущими ей возможными опасностями, но существуют системы для снижения вероятности проявления этих опасностей. Почти каждое устройство управления движением включает в себя концепцию, известную как функция безопасного отключения момента (она же функция безопасного торможения выбегом, safe torque off или STO), которая, по сути, представляет собой цифровой сигнал для дополнительного управления двигателем.
Если сигнал STO включен, крутящий момент больше не будет прикладываться к двигателю. Функция безопасного отключения момента гарантирует, что двигатель и окружающая среда безопасны для выполнения технического обслуживания или входа в зону, где находится двигатель. Функция безопасного отключения момента также упоминается в стандарте IEC 60204-1. В стандарте функция STO упоминается как один из способов предотвращения неожиданных запусков. Например, представленная на следующем рисунке серия сервоприводов Kinetix от Rockwell Automation является одним из примеров системы, содержащей сигналы безопасного отключения крутящего момента.
Сигнал STO обычно представляет собой сигнал 24 В постоянного тока, поступающий от системы управления, такой как ПЛК или реле безопасности. Это может быть одиночный или двойной сигнал, который должен изменить состояние вместе с небольшой ошибкой во времени. Сигнал сообщает электроприводу, что система безопасна в эксплуатации. Если сигнал становится низким в любое время (0 В пост. тока), то привод перестанет подавать питание на двигатель, что означает, что двигатель больше не сможет создавать крутящий момент. Любой источник питания на 24 В удовлетворит требованиям STO, но для того, чтобы система была признана безопасной сторонними проверками безопасности, сигнал должен проходить через контакт предохранительного устройства или исходить от безопасного выхода, защитного ПЛК или защитного реле.
Как работает функция безопасного отключения момента
Функция безопасного отключения момента работает так же, как сигнал от обычной кнопки или переключателя. Когда переключатель разомкнут, питание от привода, идущее к двигателю, физически отключается или размыкается. Отключение питания не приводит к резкой остановке двигателя, но позволяет двигателю работать по инерции без крутящего момента. В зависимости от трения и инерции системы время торможения двигателя может варьироваться. Некоторые системы отслеживают сигнал STO и разрешают прерывание, когда сигнал становится низким. STO фактически не отключает и не переключает входную мощность на привод сам по себе, как это может происходить при перегрузке двигателя. Если электрические компоненты привода необходимо обслуживать, то перед началом работ с приводом необходимо отключить (и заблокировать) основную электрическую сеть.
Поскольку сигнал STO вызывает свободное вращение двигателя без крутящего момента, обычно перед активацией функции STO в программу безопасности добавляется задержка, как в случае с Siemens SIMOTICS S, приведенном выше. Эта задержка используется для остановки двигателя и позволяет двигателю остановиться. Задержка обычно составляет менее одной секунды, что более чем достаточно для полной остановки большинства двигателей.
Как устройства безопасности работают с сигналами STO
Есть несколько разных способов генерировать «безопасный» сигнал – самый простой способ – использовать защитное реле. Реле будет иметь цепь контроля, которая будет определять, не нажаты ли все кнопки E-Stop и закрыты ли все двери охраны, путем подачи сигнала через нормально замкнутые контакты всех устройств. Когда сигнал с выхода монитора достигает входа монитора, цепочка мониторинга удовлетворяется, и можно нажать кнопку сброса, что приведет к замыканию контактов безопасности. Это позволяет напряжению проходить через защитное реле в приводные системы, сигнализируя сигнал STO. Стандартные методы подключения могут использоваться при подключении сигнала STO таким образом.
Как защитные ПЛК и защитные реле используют функцию безопасного отключения момента
Защитные ПЛК используют стандартную релейную логику или язык лестничных диаграмм для создания программ безопасности, которые контролируют безопасные входы и устанавливают безопасные выходы. Входы можно использовать для создания условий для включения разных выходов в разное время. Код в программе безопасности использует специальные функциональные блоки для сравнения двух входов, чтобы убедиться, что они переключаются одновременно.
Программист должен будет определить безопасное состояние устройств перемещения. Затем, как только эти условия будут выполнены, сигнал STO может быть отправлен непосредственно с платы безопасного вывода или активировать контактор безопасности, который будет передавать напряжение на порты STO на требуемых приводах. Можно использовать те же способы подключения, что и в случае с защитным реле. Преимущество использования защитного ПЛК безопасности в гибкости изменения вводов/выводов и диагностики ошибок на подключенных устройствах. Представленное на следующем изображении реле безопасности Guardmaster компании Rockwell Automation служат связующим звеном между конечными устройствами безопасности и сетями контроллеров.
Как протоколы промышленной безопасности используют функцию безопасного отключения момента
В наши дни все больше сервоприводов управляются с помощью промышленных протоколов, таких как CIP или ProfiSafe. Эти протоколы поддерживают передачу сигналов безопасности по инфраструктуре Ethernet, что устраняет необходимость в дополнительных защитных платах ввода/вывода. Для использования этой технологии требуется защитный ПЛК. После того как привод добавлен в сопоставление устройств Ethernet, можно использовать специальные функциональные блоки для установки сигналов STO в безопасных условиях.
Выше приведено изображение от ассоциации ODVA, обеспечивающее визуальное объяснение сигналов безопасности и сигналов STO, которые можно безопасно передавать с использованием общепринятых промышленных протоколов.
Большинство современных устройств движения с моторным приводом используют сигналы STO. К таким устройствам относятся серводвигатели, шаговые двигатели, двигатели с частотно-регулируемым приводом, роботы и линейные транспортные системы. Другие устройства движения могут использовать аналогичный сигнал, чтобы убедиться, что система находится в безопасном состоянии перед подачей питания, но некоторые из более частных систем могут использовать термин, отличный от STO. И Rockwell, и Siemens используют протокольную версию функции STO на своих сервоприводах. С учетом того, что все больше устройств управляется промышленным протоколом, мы, безусловно, можем предположить, что не пройдет много времени, прежде чем большинство сигналов безопасности будет передаваться по более стандартизированным промышленным протоколам.
© digitrode.ru