浅谈内置STO安全电路功能

STO，或“Safe Torque Off”，是一种专用的内置安全电路功能，可使工业机器人等运动设备的安全管理更加轻松。它是整个安全系统的一部分。

 

STO 电路首先在伺服电机驱动器中引入，是驱动器的专用功能，可防止电机意外运动。这有助于防止在机器人或机器附近工作的操作员受伤。使用内置STO功能的驱动器的好处是可以减少外围设备，简化布线，节省空间。

内置 STO 功能的好处：

减少外围设备

简化布线

节省空间

近年来，步进电机驱动器以及三相交流电机的变频驱动器也采用了 STO 功能。Oriental Motor 的 AZ 系列交流输入步进电机驱动器现在提供此经过认证的安全功能，使安全更容易。AZ 系列 STO 功能符合 IEC 61800-5-2 和 IEC 60204-1（停止类别 0）的要求。

它是如何工作的？

查看上面的 CN1 连接器端子和底部两根蓝色跳线所在的位置。这些端子标记为 HWTO1+、HWTO1-、HWTO2+ 和 HWTO2-。当集成到外部安全系统时，这些蓝色跳线将被连接到外部安全系统的电线所取代。但是，如果在运行期间检测到 STO 电路开路，它将强制切断电机的电源并防止意外运动。

真的有必要吗？

在设计设备时，制造商 (OEM) 需要进行风险评估以说明设备的安全级别。如果现有设计不符合安全标准，则必须添加额外的保护装置。安全系统可以包括多个电机驱动器和连接到电路的其他设备，例如开关或按钮。

机器人或机械没有绝对的、有保证的安全。每台机器最终都会出故障，人类也不是一直都是完美的。设计工程师需要实施一个安全系统，以保证电机在停止时发生意外运动的可能性在可接受范围内。这种机会或发生频率由安全完整性级别或安全指数定义。这将在本文后面介绍。

它有什么帮助？

当使用没有内置 STO 安全功能的驱动器时，需要额外的接触器来切断驱动器和电机的电源。使用内置STO安全功能的AZ系列驱动器时，无需接触器，直接切断电机电源。通过使用 AZ 系列驱动器，可以减少布线并节省空间。  

STO 安全电路功能设计为在电机已经处于停止状态后使用。它不打算在正常操作期间用作 E-STOP（紧急停止）。要连接安全相关设备以采取额外措施，请使用 EDM 输出（来自 STO 电路）。

 

提示：使用 STO 与 C-OFF 和 FREE 等输入来关闭电机电流哪个更好？

是的。STO 电路基本上绕过接触器并直接断开电机与电源的连接。这有效地消除了电机在停止时意外启动的任何可能性。C-OFF 和 FREE 输入在关闭电机电流方面提供相同的功能，但不同之处在于它们的关闭速度。STO 电路跳过 I/O 电路，直接切断电机电源，因此被认为更快、更安全。请记住，目标是尽快防止意外移动。

 

安全指数

为了帮助 OEM 进行产品选择，设备制造商可以提供基于以下监管标准的“功能安全”规范。总括标准，或者说主要标准，是IEC 61508，然后还有更具体的子标准。IEC IEC 62061 指定的机器标准指定用于 SIL。ISO 指定的机器标准 ISO 13849 指定用于 PL。SIL 和 PL 是由 IEC 或 ISO 指定的分类安全标准。

对于 SIL（安全完整性等级）和 PL（性能等级），这些安全等级的范围有一点重叠，但它们非常相似。例如，额定为 SIL 2 的安全系统与 PL d 相同。

设备的安全等级由设计者决定。例如，对于大型机器人设施，如果大型机器人在操作员在其附近工作时意外移动，则可能会致命。想一想宇航员在 NASA 中使用 G 力训练自己的离心机。想象一下，如果有人正在维修机器的某个部件，它会意外启动。 

对于大型机器人，最好使用 SIL 3 或 PL e 安全等级产品。额定为 SIL 3 或 PL e 的电机驱动器可能会在 1,140 到 11,400 年（估计）内发生一次故障事件。

紧急停止类别

停止类别也由监管标准定义。在这种情况下，它们在 IEC 60204-1 中定义。停止类别 0 等同于拔下电机的插头。停止类别 1 使电机受控停止，然后拔下插头。停止类别 2 使电机受控停止，然后保持通电。

停止类别 0 - 因不受控制的停止和立即断电而停止

停止类别 1 - 通过带电的受控停止停止，然后在停止时断开电源

停止类别 2 - 通过带电的受控停止停止，然后保持电源打开

AZ 系列驱动器的 STO 功能与 IEC 60204-1 定义的停止类别 0 直接相关。在停止类别 0 下，电机通过强制和立即切断机器执行器的电源而停止，例如不受控制的停止（无减速）。  

类似安全功能的其他类似缩写词有 SS1（安全停止 1）、SS2（安全停止 2）、SOS（安全操作停止）、SSE（安全紧急停止）和 SBC（安全制动控制）。其中，只有 STO 被评为停止类别 0，SS1 被评为停止类别 1，SS2 被评为停止类别 2。

安全标准和适用产品

STO电路适用的标准有IEC 61800-5-2、EN 61800-5-2、IEC 61508-1、EN 61508-1、IEC 61508-2、EN61508-2、IEC 62061、EN 62061、ISO 13849- 1 和 EN/ISO 13849-1。AZ 系列驱动器的 STO 功能额定为 SIL 3 和 PL e（类别 3）。

STO电路是AZ系列驱动器的内置功能，包括控制器内置型、RS-485通讯脉冲输入型、脉冲输入型。  

以下是AZ系列内置STO电路功能驱动器的安全参数。每小时危险故障的平均频率 (PFH = 2.96x10^-9)。安全完整性等级为 SIL 3。性能等级为 PL e，停止类别为 0。这优于业内提供的其他一些 STO 功能。

 

STO 电路功能不应用于紧急停止以停止电机。它设计为在运动完全停止后使用。一旦发生这种情况，激活 STO 电路将确保切断电机电源，从而确保操作员在维修机器人或机器时的安全。如果需要紧急停止，请连接一个按钮作为外部安全设备的一部分。

审核编辑 黄宇