安全运动控制的组成

安全运动控制的目的是要避免危险的运动。传统伺服驱动器是由非安全相关的部件组成的，要实现安全运动只能通过额外的安全元件来保证电机断电，或对电机的运动进行安全监控。当今的市场正朝着往驱动器内部实现安全功能的方向发展，主要由安全隔离、安全检测和安全控制（确保无不安全运动）组成。

安全运动控制的组成

安全隔离

伺服驱动器分为电力回路和控制回路两部分。其中，电力回路主要由整流、电容滤波和逆变组成；控制回路主要由指令或参考变量、闭环控制、PWM调制脉冲组成。另外，电力回路和控制回路都是通过光电耦合器隔离的。

伺服驱动器的原理结构图

把伺服驱动器的结构图转化为信号路径图，如下图所示。在这个图中，光电耦合器安全禁止（图注3）、设定值或参考值开关（图注4）和控制使能（图注5）被用做安全运动控制的安全隔离。由于实施难度、驱动器技术等原因，通常不用电机接触器（图注2）作为安全隔离的一部分。由于电力回路中的大电容的放电时间很长，通常在5-10分钟以上。因此供电主接触器（图注1）的断开是无法保证伺服电机是断电的。

通常情况下，只有安全检测和控制功能引发故障时，才会触发安全隔离。

伺服驱动器的信号路径图

1、  电力回路供电主接触器，用于隔离驱动器的输入供电；

2、  电机接触器，用于隔离电动机的输入供电；

3、  光电耦合器安全禁止器，光电耦合器用于隔离电力回路和控制回路；

4、  设定值或参考值开关，设定值将被设置为0；

5、  控制使能，控制光耦的信号将被禁止；

安全运动检测和控制

安全检测和控制不能够按照传统的检测和控制去理解，他们最大的区别在于是否能有效应对失效风险方面。在实施过程中，传统的检测和控制是不考虑检测机制及诊断范围、共因、元件高可靠性、安全系统设计等方面的。

在标准EN/IEC 61800-5-2中列出的安全功能中，需要对运动学的加速度、速度和位置进行安全监控。由于驱动器中通常使用的是非安全相关部件，因此实施过程中，除了监控驱动器的运行和状态外，还需要结合传感器技术，比如安全编码器。

安全运动控制需要的不仅仅是安全检测，更需要对运动的安全控制。最常见的安全控制是安全运动限制，安全限制有三种方式：固定值式、设定值选择式和动态修改式。固定值式是通过配置软件，事先设定好限定值，在运动中，限定值是不可改变的。选择式则是多个固定值，在运行中可以通过安全IO或安全总线切换固定值。动态修改式是运行中可修改的，比如在上次提到的机械手和人的安全示例中，安全功能根据人和机械手的距离进行安全降速，人距离机械手的危险距离越近，机械手的速度越慢。

人和机械手

为了满足安全控制的需要，皮尔磁提供了驱动器PMCprotego D系列集成Protego S1/S2安全卡，提供了SS1、SS2、SOS、SLS等安全功能, 帮助客户在保证安全生产的同时，还能提升生产效率。

皮尔磁中国

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