安全機能(safety function,又稱安全功能)是功能安全中的概念,是指一些有助於設備安全性的機能,在IEC 61508《電氣/電子/可程式電子安全相關系統的功能安全》法規中有提到這類的概念,但實際的安全機能會隨著應用而不同。

驅動器安全機能

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以下是EN IEC 61800-5-2: 2007《可調速電機驅動系統,Part 5-2:安全需求-機能》 (Adjustable speed electrical power drive systems - Part 5-2: Safety requirements – Functional)中提到的一些安全機能,對應機能也可以應用在氣壓馬達油壓馬達

STO(Safe torque off)

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STO(Safe torque off,安全轉矩關閉)對應EN 60204的停止類別0。馬達的電源切斷,馬達以不受控的方式停止。在電源切斷後,馬達就不輸出轉矩[1]。不過也不會輸出制動轉矩,因此需要靠其他方式(例如機械剎車)提供剎車,以免設備非預期的拖曳或過衝超過預期停止位置。若系統有外力(例如彈簧或是重物),需在無轉矩輸出時避免對馬達施力。 安全機能STO 的一般應用包括輸送帶的停止、由主電源或是接觸器移除電源的緊急停止機能、藉由一個耦合設備進行的轉矩分離機能。

安全轉矩關閉機能只確保電動機不輸出能量,一般情形下,電動機仍會繼續運轉,因為其設備的摩擦力而漸漸停止。若是用在升降機之類需抵抗重力的場合,需再配合機械剎車使用,或是使用其他可以使電動機靜止不動的安全機能。

SS1(Safe stop 1)

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SS1(Safe stop 1,安全停止1)對應EN 60204的停止類別1。驅動器出力使馬達減速靜止,並且停止不動,之後就驅動STO的安全機能。安全停止可以沒有監控機能(用時序控制的方式啟動STO,不論當時馬達是否靜止都啟動STO),也可以有監控機能(一直到馬達靜止時才啟動STO)。若進入驅動STO的安全機能後,對外力的反應就和STO安全機能中的相同(不出力,不會抵抗外力)。此機能多半是整合在變頻器或是伺服驅動器中,其效果則和系統整體設計及馬達/驅動器組態而定。若馬達減速時間太短,或是剎車的轉矩太高,可能會讓STO機能過早動作,讓馬達處於旋轉中,隨自由運轉而停止的狀態下。

SS2(Safe stop 2)

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SS1(Safe stop 2,安全停止2)對應EN 60204的停止類別2。此安全機能下,馬達會減速停止,而且停止不動。此停止不動的狀態會由安全機能加以監控(安全受控停止,SOS)。實務上,因為馬達在控制時會有微幅的控制擾動,因此會允許在停止時,馬達位置有微小的變化,這個變化可能會造成危險。若安全監控發現馬達位置偏差已超過允許值,會依適當的故障反應(例如依STO的作法,讓馬達不出力,不抵抗外力)。此一機能一般會整合在變頻器、伺服驅動器或是機械手臂控制器中。安全機能SS2的好處是變頻器仍持續輸出電力,馬達隨時都可以再繼續運轉。若是用來設定驅動有效/無效的模式,相當方便。

SOS(Safe operation stop)

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SOS(Safe operation stop,安全受控停止)時,馬達會維持靜止,但其位置允許有微幅的變化,安全機能會監控馬達位置,若已超過設定允許值,會依適當的故障反應(例如依STO的作法,讓馬達不出力,不抵抗外力)。依照位置變化的允許值不同,可以監控馬達是否靜止,或是是否在一定範圍內變化。

SLS(Safely limited speed)

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SLS(Safely limited speed,安全限制速度)會監控馬達是否超過最高允許速度,若是有,會啟動像SS1、STO或是剎車等故障處理機制。SLS可以整合在變頻器、伺服驅動器或是由外部速度監控設備來實現。

SSM (Safe speed monitor)

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SSM(Safely speed monitor,安全速度監控)會監控馬達是否低於最低允許速度,若是有,會由上一層的安全控制啟動適合的故障處機制。例如若泵浦已低於最低速度,會由STO讓驅動泵浦的馬達不輸出。

SSR(Safe speed range)

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SSR(Safe speed range,安全速度範圍)結合了SLS和SSM機能。

SLT(Safely Limited Torque)及STR(Safe Torque Range)

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SLT(Safely Limited Torque,安全限制轉矩)會限制馬達的轉矩,避免超過一定值,而STR(Safe Torque Range,安全轉矩範圍)會限制馬達的轉矩在一定範圍內。一般的驅動器不會加裝轉矩感測器,因此此應用會用電流來估算轉矩。

SLP(Safe limited position)

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SLP(Safe limited position,安全限制位置)會控制馬達(及所帶動負載)不超過事先定義的停止位置,此一機能對應極限開關。一開始是用在限制機械手臂的位置,後來也用在工業應用的驅動器中。

SP(Safe position)

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SP(Safe position,安全位置)會由安全的總線提供馬達的安全位置資料,可以供安全控制器使用(停止位置監側,依位置啟動的安全機能等)。

SDI(Safe direction)

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SDI(Safe direction,安全方向)會監控馬達只能運轉在指定的位置,例如一個只能順時針旋轉的轉軸,或是一個在危險位置的裝置,只能打開,不能關閉。此一機能可以整合在變頻器、伺服驅動器或是由外部速度監控設備來實現。

SCA(Safe CAM)

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SCA(Safe CAM,安全凸輪)會監控馬達只能在指定的位置範圍內定位。

SLI(Safely Limited Increment)

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SDI(Safely Limited Increment,安全限制增量)會限制馬達在啟動後的位置只能在一定範圍內。若超過此範圍,需要啟動安全停止機能。

SBC(Safe brake control)/ SBT(Safe brake Test)

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這二個機能會一起使用。SBC(Safe brake control,安全剎車控制)控制一個或是多個機械剎車。因此可以確保在STO啟動時,重物不會下滑或是掉落,會及時被剎車剎住。SBT(Safe brake test,安全剎車測試)會週期性的測試剎車,此一機能可以整合在變頻器、伺服驅動器或是安全機械手臂控制器中。

參考資料

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  1. ^ STO Definition by Siemens. [29 June 2016]. (原始内容存档于2017-08-03).