[發(fā)明專利]一種安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷電路及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710264681.6
• 申請(qǐng)日: 2017-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN106877291B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚瑱;徐璐;徐瑜;杜鑫;范仁凱;李文龍;陳富;徐小軍;錢巍;徐正華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京埃斯頓自動(dòng)化股份有限公司
• 主分類號(hào): H02H7/08
• 分類號(hào): H02H7/08;H02P29/00;G01R19/165
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 程化銘

本發(fā)明公開了一種安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷電路及系統(tǒng)，包括電源模塊、輸入模塊、執(zhí)行模塊以及STO診斷模塊。輸入模塊與執(zhí)行模塊均采用雙路冗余設(shè)計(jì)。輸出通道采用雙路設(shè)計(jì)，并在零矢量狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)輸出模塊的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，防止故障累計(jì)，提高診斷覆蓋率。輸入通道采用雙路冗余設(shè)計(jì)，通過發(fā)送兩路有一定相位差的測(cè)試窄脈沖實(shí)現(xiàn)輸入模塊的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，提高診斷覆蓋率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子電路領(lǐng)域，特別涉及一種安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷（Safe Torque Off,STO）電路及安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷系統(tǒng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中，為了防止電機(jī)意外起動(dòng)，或避免發(fā)生伴有人身損害的事故,人們針對(duì)變頻器、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等產(chǎn)品提出了STO功能。該功能能夠防止驅(qū)動(dòng)器在電機(jī)中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，適合納入機(jī)器的安全系統(tǒng)中。國(guó)際電工委員會(huì)正式發(fā)布的IEC61508標(biāo)準(zhǔn)（《電氣/電子/可編程電子安全系統(tǒng)的功能安全》），提出安全完整性等級(jí)（SIL）的概念來衡量安全功能的可靠程度，并將其劃分成4個(gè)等級(jí)，工業(yè)領(lǐng)域的最高等級(jí)為SIL3。滿足SIL3的STO功能能夠帶來更高的安全性，是未來發(fā)展的趨勢(shì)。

目前STO功能電路及系統(tǒng)多采用雙路冗余設(shè)計(jì)，以提高系統(tǒng)安全性。然而，即使雙路設(shè)計(jì)，在長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)運(yùn)行中，也可能由于故障累積導(dǎo)致安全功能失效。特別是，由于暫時(shí)的過壓、短路等事故或者偶發(fā)性的部件缺陷引發(fā)故障的可能性高，因此需要對(duì)安全功能控制電路的各部分及時(shí)進(jìn)行周期性檢測(cè)。

中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)文件CN105576952A，公開了一種雙路冗余設(shè)計(jì)的STO功能電路，包括信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、光耦電路、濾波電路等，實(shí)現(xiàn)STO功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了部分電路的自檢。此技術(shù)方案雖包含STO功能電路的自檢，但只涉及輸入通道，輸出通道、電源模塊并未涉及，且其輸入通道自檢是通過診斷單元向兩路輸入通道發(fā)送相同檢測(cè)窄脈沖進(jìn)行自檢，此方法無法檢測(cè)輸入通道的交叉短路，診斷覆蓋率不高。且電源模塊是STO功能電路中重要的一部分，對(duì)電源模塊的診斷是非常必要的。

中國(guó)實(shí)用新型專利文件CN205319683U，公開了一種安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷功能電路，其技術(shù)方案包含兩路STO信號(hào)輸入，經(jīng)過EMC電路、欠壓保護(hù)電路、光耦隔離，分別控制上橋和下橋的IGBT驅(qū)動(dòng)PWM電源的通斷，來安全關(guān)斷扭矩。其利用三極管基極、光耦副邊、穩(wěn)壓管呈串聯(lián)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電源的欠壓保護(hù)功能，但并沒有電源過壓、過流、過載等保護(hù)功能。且其設(shè)計(jì)輸入通道沒有診斷，輸出通道只有靜態(tài)診斷，即診斷覆蓋率不低，且部分模塊沒有診斷，整體SIL等級(jí)不高。

中國(guó)實(shí)用新型專利文件CN205170091U，公開了一種安全扭矩關(guān)斷功能電路和電梯安全控制系統(tǒng)，其技術(shù)方案的側(cè)重點(diǎn)是STO技術(shù)在電梯安全控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，和傳統(tǒng)的接觸器方式相比，有很多優(yōu)勢(shì)，結(jié)合了電梯行業(yè)的控制系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)一種整體的設(shè)計(jì)。其系統(tǒng)層面上，執(zhí)行安全功能時(shí)，通過安全回路使得抱閘失電，電機(jī)抱死，同時(shí)雙抱閘的輔助觸點(diǎn)彈開，導(dǎo)致變頻器安全回路輸入斷開，觸發(fā)變頻器安全功能。其變頻器層面上，雙路輸出有欠壓保護(hù)，可分別切斷IGBT上橋電源、下橋電源，同時(shí)，輸出電子開關(guān)的狀態(tài)還經(jīng)過一系列邏輯最終控制控制電源的接通與否，如果電源不通，就會(huì)失電安全。此專利只提及電源的診斷，且只有欠壓沒有其它診斷，診斷覆蓋率不高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷電路及系統(tǒng)，其輸入模塊與執(zhí)行模塊均采用雙路冗余設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)可靠性。對(duì)輸入模塊與執(zhí)行模塊采取動(dòng)態(tài)檢測(cè)的方法保證模塊具有較高的診斷覆蓋率。

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是：

一種安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷電路，包括電源模塊、輸入模塊A、輸入模塊B、執(zhí)行模塊A、執(zhí)行模塊B以及STO診斷模塊。其中，輸入模塊A和執(zhí)行模塊A串接，構(gòu)成第一通道，輸入模塊B和執(zhí)行模塊B串接，構(gòu)成第二通道（構(gòu)成雙通道冗余設(shè)計(jì)）。

所述STO診斷模塊包括診斷單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路A、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路B、欠壓檢測(cè)電路、過壓檢測(cè)電路。