CN113193811A - 电机安全控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于运动控制系统技术领域，公开了一种电机安全控制系统及控制方法。所述系统包括：安全编码器及伺服驱动器，安全编码器获取伺服电机的当前速度信息与当前位置信息；伺服驱动器将当前速度信息与当前位置信息发送至上位机，以使上位机根据当前速度信息与当前位置信息反馈对应的安全功能指令；伺服驱动器接收安全功能指令，根据安全功能指令对伺服电机进行安全控制。本发明通过上述系统，将软件与硬件相结合监控电机速度，提高工业现场生产效率，减少不必要的停机时间，实时监控电机运行过程中的速度及方向，保证电机的运行状态在安全状态范围内，能够满足安全完整性等级需求。

Description

电机安全控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及运动控制系统技术领域，尤其涉及一种电机安全控制系统及控制方法。

背景技术

随着工业现场环境不断升级，对工业应用现场的安全性要求越来越高。功能安全显得越来越重要。功能安全，也即没有由电子、电气系统故障行为导致的危险所引起的不合理风险。在进行运动控制领域方面的相关功能安全设计时，监控电机减速过程、减少电机进给距离、保证生产安全状态可以提高生产效率。因此，监控电机速度，是一项较为重要的安全功能。

目前应用中，有的运动控制系统仅有电机安全转矩关断(Safe Torque Off，STO)设计，可以实现伺服系统危险状态下电机转矩安全关断，但是无法保证电机减速过程中是安全受控的，或者无法保证停机过程中是安全受控的，缺乏运行过程及减速过程的监控。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电机安全控制系统及控制方法，旨在解决现有技术运动控制系统不能对电机停机或减速过程进行有效的安全检测的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种电机安全控制系统，所述系统包括：伺服驱动器及安全编码器；其中，

所述安全编码器，用于获取伺服电机的当前速度信息与当前位置信息，并将所述当前速度信息与所述当前位置信息输出至所述伺服驱动器；

所述伺服驱动器，用于将所述当前速度信息与所述当前位置信息发送至上位机，以使所述上位机根据所述当前速度信息与所述当前位置信息反馈对应的安全功能指令；

所述伺服驱动器，还用于接收所述安全功能指令，根据所述安全功能指令对所述伺服电机进行安全控制。

可选地，所述伺服驱动器包括驱动板、控制板及安全模块板；其中，

所述安全模块板，用于接收所述当前速度信息与所述当前位置信息，并对所述当前速度信息与所述当前位置信息进行数据校验，并将校验后的当前速度信息与当前位置信息发送至所述上位机，以使所述上位机根据所述当前速度信息与所述当前位置信息反馈安全功能指令；

所述安全模块板，还用于接收所述安全功能指令，并根据所述安全功能指令生成指令信息，将所述指令信息发送至所述控制板；

所述控制板，用于根据所述指令信息生成驱动电信号，并将所述驱动电信号输出至所述驱动板，以使所述驱动板对所述伺服电机进行安全控制。

可选地，所述控制板包括安全转矩单元与存储器；所述安全转矩单元的受控端与外部安全开关的控制端连接，所述安全转矩单元的输出端与驱动板的受控端连接；

所述存储器，用于储存各安全功能指令对应的功能码信息；

所述安全转矩单元，用于接收所述外部安全开关或所述安全模块板发送的指令信息，并根据所述指令信息在所有功能码信息中查找对应的目标功能码；

所述安全转矩单元，还用于根据所述指令信息与所述目标功能码输出目标驱动电信号至所述驱动板，以使所述驱动板根据所述目标驱动电信号对所述伺服电机进行安全控制。

可选地，所述安全转矩单元，还用于在所述指令信息对应于伺服电机安全转矩关断功能码时，对所述驱动板输出停机控制信号，以使所述驱动板根据所述停机控制信号控制所述伺服电机停机。

可选地，所述安全编码器包括光检测单元、信号转换单元及计算单元；其中，

所述光检测单元，用于通过光信号对所述伺服电机的当前旋转位置进行检测，以获取位置电信号，并将所述位置电信号输出至所述信号转换单元；

所述信号转换单元，用于对所述位置电信号进行信号处理，并将处理后的位置电信号输出至所述计算单元；

所述计算单元，用于根据所述处理后的位置电信号获取伺服电机的当前速度信息与当前位置信息，并将所述当前速度信息与所述当前位置信息发送至所述控制板。

可选地，所述计算单元包括第一微控制单元和第二微控制单元；

所述第一微控制单元，用于根据所述处理后的位置电信号获取第一速度信息与第一位置信息；

所述第二微控制单元，用于根据所述处理后的位置电信号获取第二速度信息与第二位置信息，并将所述第二速度信息与所述第二位置信息输出至所述第一微控制单元；

所述第一微控制单元，还用于对速度信息与位置信息分别进行校验，并将校验结果作为所述伺服电机的当前速度信息与当前位置信息，通过485接口将所述当前速度信息与所述当前位置信息发送至所述控制板。

可选地，所述光检测单元包括LED灯、光电码盘及光电池；所述光电码盘设置在所述伺服电机的转子轴上，所述光电池的接收端朝向所述LED灯的照射方向，所述光电池的输出端与所述信号转换单元连接；

所述光电码盘被所述伺服电机的转子轴带动旋转；

所述LED灯，用于在所述转子轴旋转时发光，以对所述光电码盘进行照射；

所述光电池，用于接收穿过所述光电码盘的光信号，并将所述光信号转换为位置电信号，并输出至所述信号转换单元。

可选地，所述伺服驱动器及安全编码器，还用于在上电后进行自检测，在自检测结果为无故障且安全功能无效时，进入安全功能移除运行状态；

所述伺服驱动器，还用于在安全功能移除运行状态下接收到外部配置请求时，停止对所述伺服电机输出驱动信号，并根据所述外部配置请求获取配置信息，将所述配置信息写入存储器。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种电机安全控制系统控制方法，所述控制方法基于如上文所述的电机安全控制系统，所述电机安全控制方法包括：

所述安全编码器获取伺服电机的当前速度信息与当前位置信息，并将所述当前速度信息与所述当前位置信息输出至所述伺服驱动器；

所述伺服驱动器将所述当前速度信息与所述当前位置信息发送至上位机，以使所述上位机根据所述当前速度信息与所述当前位置信息反馈对应的安全功能指令；

所述伺服驱动器接收所述安全功能指令，根据所述安全功能指令对所述伺服电机进行安全控制。

可选地，所述安全功能指令包括第一安全功能指令；所述方法还包括：

在接收到第一安全功能指令时，所述伺服驱动器控制所述伺服电机减速，并在所述当前速度信息满足第一预设条件时，切断对所述伺服电机的输出。

可选地，所述安全功能指令包括第二安全功能指令；所述方法还包括：

在接收到第二安全功能指令时，所述伺服驱动器控制所述伺服电机减速，在所述当前速度信息满足第二预设条件时，控制所述伺服电机停止在所述第二安全功能指令指定的位置，并持续输出转矩抵抗外力，以使所述伺服电机保持停止状态。

可选地，所述方法还包括：当所述当前速度信息超过预设值时，所述伺服驱动器停止对所述伺服电机的输出。

可选地，所述方法还包括：当所述当前速度信息超出预设范围时，所述伺服驱动器向所述上位机输出安全信号。

可选地，所述方法还包括：所述伺服驱动器及所述安全编码器在上电后进行自检测，在自检测结果为无故障且安全功能无效时，进入安全功能移除运行状态；

所述伺服驱动器在安全功能移除运行状态下接收到外部配置请求时，停止对所述伺服电机输出驱动信号，并根据所述外部配置请求获取配置信息，将所述配置信息写入存储器。

本发明通过设置一种电机安全控制系统，所述系统包括：伺服驱动器及安全编码器；其中，所述安全编码器，用于获取伺服电机的当前速度信息与当前位置信息，并将所述当前速度信息与所述当前位置信息输出至所述伺服驱动器；所述伺服驱动器，用于将所述当前速度信息与所述当前位置信息发送至上位机，以使所述上位机根据所述当前速度信息与所述当前位置信息反馈对应的安全功能指令；所述伺服驱动器，还用于接收所述安全功能指令，根据所述安全功能指令对所述伺服电机进行安全控制。本发明通过上述系统，通过软件与硬件相结合控制电机速度，大大提高工业现场生产效率，减少不必要的停机时间，可以实时控制电机运行过程中的速度及方向，保证电机的运行状态实时在可监控的安全状态范围内，能够满足安全完整性等级需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明电机安全控制系统一实施例的第一结构示意图；

图2为本发明电机安全控制系统一实施例的第二结构示意图；

图3为本发明电机安全控制系统一实施例的安全编码器结构示意图；

图4为本发明电机安全控制方法第一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	伺服驱动器	MCU1～MCU5	第一至第五微控制单元
200	安全编码器	D	LED灯
				M	伺服电机	A	运算放大器
101	驱动板	C	比较器
				102	控制板	Cell	光电池
103	安全模块板	Disk	光电码盘
				PLC	逻辑控制器	LDO1～LDO2	第一至第二低压差线性稳压器
SS	外部安全开关	FPGA	现场可编程逻辑门阵列
				1021	存储器	201	计算单元
1022	安全转矩单元	202	光检测单元
				000	电机安全控制系统	203	信号转换单元

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1是本发明电机安全控制系统一实施例的第一结构示意图；

为实现上述目的，本发明提供了一种电机安全控制系统，所述系统包括：伺服驱动器100及安全编码器200；其中，

所述安全编码器200，用于获取伺服电机M的当前速度信息与当前位置信息，并将所述当前速度信息与所述当前位置信息输出至所述伺服驱动器100。

需要说明的是，在本实施例中，所述安全编码器200为光电编码器，但安全编码器200并不仅限于此，还可以为例如磁编码器、旋转变压器等，只要能够实现获取伺服电机M的当前速度信息与当前位置信息即可，此处仅以光电编码器为例进行说明。另外需要说明的是，绝对式编码器和增量编码器也都是可以根据需要任意选择的。所述安全编码器200的检测端通过光信号检测伺服电机M，并将光信号转换为电信号，并根据所述电信号进行计算得到伺服电机M的实时位置信息与速度信息，所述安全编码器200通过例如485接口(485通信接口，采用平衡发送和差分接收，具有抑制共模干扰的功能)与所述伺服驱动器100连接，经过特定的通讯协议(例如汇通通讯协议，一种编码器与驱动器之间的通讯协议)将所述当前速度信息与所述当前位置信息输出至所述伺服驱动器100。

所述伺服驱动器100，用于将所述当前速度信息与所述当前位置信息发送至上位机(例如，逻辑控制器PLC，Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，参考图1，图1中所述上位机为逻辑控制器PLC，本实施例以所述上位机为逻辑控制器为例进行说明，具体实施中可以根据实际需求选择上位机的类型，本实施例不对此进行限制)，以使所述逻辑控制器PLC根据所述当前速度信息与所述当前位置信息反馈对应的安全功能指令。

需要说明的是，所述伺服驱动器100也具有计算功能，实时从安全编码器200内部获取电机位置信息，进行解算及校验，确保获取准确的电机位置及速度信息，同时实时监控是否有外部指令输入。

所述伺服驱动器100，还用于接收所述安全功能指令，根据所述安全功能指令对所述伺服电机M进行安全控制。

易于理解的是，所述安全功能指令可以为逻辑控制器PLC输入的，也可以为用户直接通过外部安全开关(Safety Switch)下达的。所述逻辑控制器PLC与所述伺服驱动器100之间通过例如EtherCAT功能安全协议(FSOE，Fail Safe over EtherCAT)连接在一起，在接收到触发SS1、SS2、SLS、SDI、SSM等功能的安全功能指令时，伺服驱动器100对所述安全功能指令进行逻辑判断及处理，得到对应的指令信息，根据指令信息对电机进行安全功能指令对应的停机处理或者速度、运行方向的控制。

进一步地，参考图2，图2为本发明电机安全监控系统一实施例的第二结构示意图；所述伺服驱动器100包括驱动板101、控制板102及安全模块板103；其中，

所述安全模块板103，用于接收所述当前速度信息与所述当前位置信息，并对所述当前速度信息与所述当前位置信息进行数据校验，并将校验后的当前速度信息与当前位置信息发送至所述逻辑控制器PLC，以使所述逻辑控制器PLC根据所述当前速度信息与所述当前位置信息反馈安全功能指令。

所述安全模块板103中包括第三微控制单元MCU3、第四微控制单元MCU4及微控制单元外围电路，两微控制单元之间通过串行通信接口协议(Serial CommunicationInterface，SCI)进行通信，同时通过DIDO端口(Digital in，DI，数字输入端口；Digitalout，DO，数字输出端口)进行对外通信。安全模块板内部形成双芯片架构，由控制板102提供5V电源供电，第一微控制单元MCU1与安全编码器200之间通过汇通通讯协议进行数据传输。

所述安全模块板103，还用于接收所述安全功能指令，并根据所述安全功能指令生成指令信息，将所述指令信息发送至所述控制板102；

易于理解的是，当逻辑控制器PLC输入安全功能指令时，第一微控制单元MCU1对所述安全功能指令进行处理，得到指令信息，并将指令信息输出至控制板102。

所述控制板102，用于根据所述指令信息生成驱动电信号，并将所述驱动电信号输出至所述驱动板101，以使所述驱动板101对所述伺服电机M进行安全控制。

所述控制板102包括安全转矩单元1022与存储器1021；所述安全转矩单元1022的受控端与外部安全开关SS的控制端连接，所述安全转矩单元1022的输出端与驱动板101的受控端连接；

所述存储器1021，用于储存各安全功能指令对应的功能码信息；所述存储器1021可以为带电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable read onlymemory，EEPROM)，用于储存安全功能相关的功能码及外部指令信息。

所述安全转矩单元1022，用于接收所述外部安全开关SS或所述安全模块板103发送的指令信息，并根据所述指令信息在所有功能码信息中查找对应的目标功能码；

所述安全转矩单元1022，还用于根据所述指令信息与所述目标功能码输出目标驱动电信号至所述驱动板101，以使所述驱动板101根据所述目标驱动电信号对所述伺服电机M进行安全控制。

需要说明的是，所述安全转矩单元1022包含STO input模块及STO buffer模块，用于生成STO状态相关的控制信号发送至所述驱动板101。

所述安全转矩单元1022，还用于在所述指令信息对应于伺服电机M安全转矩关断功能码时，对所述驱动板101输出停机控制信号，以使所述驱动板101根据所述停机控制信号控制所述伺服电机M停机。

易于理解的是，所述驱动板101中还包括Braking模块，该模块主要是在触发了相应的SS1或者SS2功能后，控制伺服电机M是否选择进入braking状态(制动状态)。

还需要说明的是，所述控制板102中还包括第五微控制单元MCU5及现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)，上述两器件作为黑通道，接收安全编码器200输入的数据，但并不对数据进行相应的处理，而是将数据转发至安全模块板103内的第三、第四微控制单元进行处理。第三、第四微控制单元将处理后的数据发送至黑通道内转发至控制板102。

需要说明的是，逻辑控制器PLC的安全请求信息同样通过黑通道传输至安全模块板103内，后台软件相应的调试参数也会通过控制板102上的第五微控制单元MCU5传输至安全模块板103上，进行相关功能的调试及参数设置。

进一步地，为准确获取实时的电机速度及位置，参考图3，图3为本发明电机安全控制系统一实施例的安全编码器结构示意图；所述安全编码器200包括光检测单元202、信号转换单元203及计算单元201；其中，

所述光检测单元202，用于通过光信号对所述伺服电机M的当前旋转位置进行检测，以获取位置电信号，并将所述位置电信号输出至所述信号转换单元203；

所述信号转换单元203，用于对所述位置电信号进行信号处理，并将处理后的位置电信号输出至所述计算单元201；

所述计算单元201，用于根据所述处理后的位置电信号获取伺服电机M的当前速度信息与当前位置信息，并将所述当前速度信息与所述当前位置信息发送至所述控制板102。

所述计算单元201包括第一微控制单元MCU1和第二微控制单元MCU2；

所述第一微控制单元MCU1，用于根据所述处理后的位置电信号获取第一速度信息与第一位置信息；

所述第二微控制单元MCU2，用于根据所述处理后的位置电信号获取第二速度信息与第二位置信息，并将所述第二速度信息与所述第二位置信息输出至所述第一微控制单元MCU1；

所述第一微控制单元MCU1，还用于对速度信息与位置信息分别进行校验，并将校验结果作为所述伺服电机M的当前速度信息与当前位置信息，通过485接口将所述当前速度信息与所述当前位置信息发送至所述控制板102。

需要说明的是，所述第一微控制单元MCU1、第二微控制单元MCU2分别由不同的低压差线性稳压器输入供电电压。同时，第一微控制单元MCU1、第二微控制单元MCU2还分别对其对应的低压差线性稳压器进行监控。伺服驱动器100为所述安全编码器200提供5V供电。

所述光检测单元202包括LED灯D、光电码盘Disk及光电池Cell；所述光电码盘Disk设置在所述伺服电机M的转子轴上，所述光电池Cell的接收端朝向所述LED灯D的照射方向，所述光电池Cell的输出端与所述信号转换单元203连接；

所述光电码盘Disk被所述伺服电机M的转子轴带动旋转；参考图4可知，所述光电码盘Disk为上面刻有多条同心码道，各个码道上都有按预设规律排列的透光和不透光部分。

所述LED灯D，用于在所述转子轴旋转时发光，以对所述光电码盘Disk进行照射；

需要说明的是，光电码盘Disk被带动旋转时，对LED灯D发出的灯光进行遮挡，转子轴转动的越快，遮挡效果越好，则光电池Cell采集到的光信号越弱；根据该种原理，可以获取转子轴的转角，从而得到伺服电机M的位置信息。

所述光电池Cell，用于接收穿过所述光电码盘Disk的光信号，并将所述光信号转换为位置电信号，并输出至所述信号转换单元203。

所述信号转换单元203包括运算放大器A、比较器C，用于对接收到的信号进行增强处理，以提升监控结果的准确度。

所述伺服驱动器100及安全编码器200，还用于在上电后进行自检测，在自检测结果为无故障且安全功能无效时，进入安全功能移除运行状态；

所述伺服驱动器100，还用于在安全功能移除运行状态下接收到外部配置请求时，停止对所述伺服电机M输出驱动信号，并根据所述外部配置请求获取配置信息，将所述配置信息写入存储器1021。

需要说明的是，系统上电后，控制板102和安全模块板103均进行初始化操作，初始化成功后，如果没有内部故障，系统进入准备好状态，此时系统处于STO状态，电机不能运行；该状态下，通过系统中各微控制单元对供电、器件是否故障等进行检测，各项检测都没有问题后，伺服驱动器100可以进入运行状态，运行状态内含有两种状态，安全运行和正常运行。

易于理解的是，安全功能有效状态下，系统进入正常运行状态；安全功能移除运行状态下，系统进入安全运行状态，此时如果系统有外部的配置请求进入，系统会切断伺服电机M的脉宽调制信号，将相应的配置信息写入到存储器里，进行相关参数的存储；如果系统进入到STO状态，直到系统电源切断，整个系统都会进入停止工作状态。

本实施例通过上述系统，通过软件与硬件相结合控制电机速度，大大提高工业现场生产效率，减少不必要的停机时间，可以实时控制电机运行过程中的速度及方向，保证电机的运行状态实时在可监控的安全状态范围内，能够满足安全完整性等级要求。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种电机安全控制方法，图4为本发明电机安全控制方法第一实施例的流程示意图。

所述控制方法基于如上文所述的电机安全控制系统，所述方法包括：

步骤S10：所述安全编码器获取伺服电机的当前速度信息与当前位置信息，并将所述当前速度信息与所述当前位置信息输出至所述伺服驱动器；

易于理解的是，安全功能的种类与对应的功能已在上述实施例中进行解释，此处不再一一赘述。

需要说明的是，所述安全编码器200的检测端通过光信号检测伺服电机M，并将光信号转换为电信号，并根据所述电信号进行计算得到伺服电机M的实时位置信息与速度信息，所述安全编码器200通过485接口与所述伺服驱动器100连接，经过汇通通讯协议将所述当前速度信息与所述当前位置信息输出至所述伺服驱动器100。

步骤S20：所述伺服驱动器将所述当前速度信息与所述当前位置信息发送至逻辑控制器，以使所述逻辑控制器根据所述当前速度信息与所述当前位置信息反馈对应的安全功能指令；

需要说明的是，所述伺服驱动器100也具有计算功能，实时从安全编码器内部获取电机位置信息，进行解算及校验，确保获取准确的电机位置及速度信息，同时实时监控是否有外部指令输入。

步骤S30：所述伺服驱动器接收所述安全功能指令，根据所述安全功能指令对所述伺服电机进行安全控制。

易于理解的是，所述安全功能指令可以为逻辑控制器PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)输入的，也可以为用户直接通过外部安全开关(SafetySwitch)下达的。所述逻辑控制器PLC与所述伺服驱动器100之间通过EtherCAT功能安全协议(FSOE，Fail Safe over EtherCAT)连接在一起，在接收到触发SS1、SS2、SLS、SDI、SSM等功能的安全功能指令时，伺服驱动器100对所述安全功能指令进行逻辑判断及处理，得到对应的指令信息，根据指令信息对电机进行安全功能指令对应的停机处理或者速度、运行方向的控制。

所述方法还包括：

所述伺服驱动器及所述安全编码器在上电后进行自检测，在自检测结果为无故障且安全功能无效时，进入安全功能移除运行状态；

所述伺服驱动器在安全功能移除运行状态下接收到外部配置请求时，停止对所述伺服电机输出驱动信号，并根据所述外部配置请求获取配置信息，将所述配置信息写入存储器。

需要说明的是，系统上电后，控制板102和安全模块板103均进行初始化操作，初始化成功后，如果没有内部故障，系统进入准备好状态，此时系统处于STO状态，电机不能运行；该状态下，通过系统中各微控制单元对供电、器件是否故障等进行检测，各项检测都没有问题后，伺服驱动器100可以进入运行状态，运行状态内含有两种状态，安全运行和正常运行。

易于理解的是，安全功能有效状态下，系统进入正常运行状态；安全功能移除运行状态下，系统进入安全运行状态，此时如果系统有外部的配置请求进入，系统会切断伺服电机M的脉宽调制信号，将相应的配置信息写入到存储器里，进行相关参数的存储；如果系统进入到STO状态，直到系统电源切断，整个系统都会进入停止工作状态。

进一步地，所述安全功能指令包括第一安全功能指令；所述方法还包括：

在接收到第一安全功能指令时，所述伺服驱动器控制所述伺服电机减速，并在所述当前速度信息满足第一预设条件时，切断对所述伺服电机的输出。

需要说明的是，所述第一预设条件可以为所述当前速度信息达到预设值时，切断对所述伺服电机的输出，使得电机停机，系统进入安全状态。所述预设值根据电机的实际需求进行设置，本实施例中不对此进行限制。

进一步地，所述安全功能指令包括第二安全功能指令；所述方法还包括：

在接收到第二安全功能指令时，所述伺服驱动器控制所述伺服电机减速，在所述当前速度信息满足第二预设条件时，控制所述伺服电机停止在所述第二安全功能指令指定的位置，并持续输出转矩抵抗外力，以使所述伺服电机保持停止状态。

需要说明的是，所述第二预设条件可以为电机速度达到0或者延迟到达时，系统进入电机安全转矩关断状态(Safe Torque Off，STO)，电机输出转矩可靠关断，系统进入安全状态。

进一步地，所述方法还包括：当所述当前速度信息超过预设值时，所述伺服驱动器停止对所述伺服电机的输出。

需要说明的是，所述预设值不同于上文的预设值，并且根据电机的实际需求进行设置，本实施例中不对此进行限制。

进一步地，所述方法还包括：当所述当前速度信息超出预设范围时，所述伺服驱动器向所述上位机输出安全信号。

需要说明的是，在监控电机运行的方向的过程中，在电机运行方向与预设方向不一致时，电机安全监控系统将该故障信息反馈至上位机；在电机的当前速度信息超出预设范围时，向上位机输出安全信号告知上位机电机故障；所述预设范围根据电机的实际需求进行设置，本实施例中不对此进行限制。

本实施例通过上述控制方法，通过软件与硬件相结合监控电机速度，大大提高工业现场生产效率，减少不必要的停机时间，可以实时监控电机运行过程中的速度及方向，保证电机的运行状态实时在可监控的安全状态范围内，能够满足安全完整性等级需求。

应当理解的是，以上仅为举例说明，对本发明的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本发明对此不做限制。

需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。

另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的电机安全控制系统，此处不再赘述。

此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器(Read Only Memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种电机安全控制系统，其特征在于，所述系统包括：伺服驱动器及安全编码器；其中，

所述安全编码器，用于获取伺服电机的当前速度信息与当前位置信息，并将所述当前速度信息与所述当前位置信息输出至所述伺服驱动器；

所述伺服驱动器，用于将所述当前速度信息与所述当前位置信息发送至上位机，以使所述上位机根据所述当前速度信息与所述当前位置信息反馈对应的安全功能指令；

所述伺服驱动器，还用于接收所述安全功能指令，根据所述安全功能指令对所述伺服电机进行安全控制。

2.如权利要求1所述的电机安全控制系统，其特征在于，所述伺服驱动器包括驱动板、控制板及安全模块板；其中，

所述安全模块板，用于接收所述当前速度信息与所述当前位置信息，并对所述当前速度信息与所述当前位置信息进行数据校验，并将校验后的当前速度信息与当前位置信息发送至所述上位机，以使所述上位机根据所述当前速度信息与所述当前位置信息反馈安全功能指令；

所述安全模块板，还用于接收所述安全功能指令，并根据所述安全功能指令生成指令信息，将所述指令信息发送至所述控制板；

所述控制板，用于根据所述指令信息生成驱动电信号，并将所述驱动电信号输出至所述驱动板，以使所述驱动板对所述伺服电机进行安全控制。

3.如权利要求2所述的电机安全控制系统，其特征在于，所述控制板包括安全转矩单元与存储器；所述安全转矩单元的受控端与外部安全开关的控制端连接，所述安全转矩单元的输出端与驱动板的受控端连接；

所述存储器，用于储存各安全功能指令对应的功能码信息；

所述安全转矩单元，用于接收所述外部安全开关或所述安全模块板发送的指令信息，并根据所述指令信息在所有功能码信息中查找对应的目标功能码；

所述安全转矩单元，还用于根据所述指令信息与所述目标功能码输出目标驱动电信号至所述驱动板，以使所述驱动板根据所述目标驱动电信号对所述伺服电机进行安全控制。

4.如权利要求3所述的电机安全控制系统，其特征在于，所述安全转矩单元，还用于在所述指令信息对应于伺服电机安全转矩关断功能码时，对所述驱动板输出停机控制信号，以使所述驱动板根据所述停机控制信号控制所述伺服电机停机。

5.如权利要求1所述的电机安全控制系统，其特征在于，所述安全编码器包括光检测单元、信号转换单元及计算单元；其中，

所述光检测单元，用于通过光信号对伺服电机的当前旋转位置进行检测，以获取位置电信号，并将所述位置电信号输出至所述信号转换单元；

所述信号转换单元，用于对所述位置电信号进行信号处理，并将处理后的位置电信号输出至所述计算单元；

所述计算单元，用于根据所述处理后的位置电信号获取伺服电机的当前速度信息与当前位置信息，并将所述当前速度信息与所述当前位置信息发送至所述伺服驱动器。

6.如权利要求5所述的电机安全控制系统，其特征在于，所述计算单元包括第一微控制单元和第二微控制单元；

所述第一微控制单元，用于根据所述处理后的位置电信号获取第一速度信息与第一位置信息；

所述第二微控制单元，用于根据所述处理后的位置电信号获取第二速度信息与第二位置信息，并将所述第二速度信息与所述第二位置信息输出至所述第一微控制单元；

所述第一微控制单元，还用于对速度信息与位置信息分别进行校验，并将校验结果作为所述伺服电机的当前速度信息与当前位置信息，通过485接口将所述当前速度信息与所述当前位置信息发送至所述控制板。

7.如权利要求6所述的电机安全控制系统，其特征在于，所述光检测单元包括LED灯、光电码盘及光电池；所述光电码盘设置在所述伺服电机的转子轴上，所述光电池的接收端朝向所述LED灯的照射方向，所述光电池的输出端与所述信号转换单元连接；

所述光电码盘被所述伺服电机的转子轴带动旋转；

所述LED灯，用于在所述转子轴旋转时发光，以对所述光电码盘进行照射；

所述光电池，用于接收穿过所述光电码盘的光信号，并将所述光信号转换为位置电信号，并输出至所述信号转换单元。

8.如权利要求7所述的电机安全控制系统，其特征在于，所述伺服驱动器及安全编码器，还用于在上电后进行自检测，在自检测结果为无故障且安全功能无效时，进入安全功能移除运行状态；

所述伺服驱动器，还用于在安全功能移除运行状态下接收到外部配置请求时，停止对所述伺服电机输出驱动信号，并根据所述外部配置请求获取配置信息，将所述配置信息写入存储器。

9.一种电机安全控制方法，其特征在于，所述控制方法基于如权利要求1至8任一项所述的电机安全控制系统，所述电机安全控制方法包括：

安全编码器获取伺服电机的当前速度信息与当前位置信息，并将所述当前速度信息与所述当前位置信息输出至伺服驱动器；

所述伺服驱动器将所述当前速度信息与所述当前位置信息发送至上位机，以使所述上位机根据所述当前速度信息与所述当前位置信息反馈对应的安全功能指令；

所述伺服驱动器接收所述安全功能指令，根据所述安全功能指令对所述伺服电机进行安全控制。

10.如权利要求9所述的电机安全控制方法，其特征在于，所述安全功能指令包括第一安全功能指令；所述方法还包括：

在接收到第一安全功能指令时，所述伺服驱动器控制所述伺服电机减速，并在所述当前速度信息满足第一预设条件时，切断对所述伺服电机的输出。

11.如权利要求9所述的电机安全控制方法，其特征在于，所述安全功能指令包括第二安全功能指令；所述方法还包括：

在接收到第二安全功能指令时，所述伺服驱动器控制所述伺服电机减速，在所述当前速度信息满足第二预设条件时，控制所述伺服电机停止在所述第二安全功能指令指定的位置，并持续输出转矩抵抗外力，以使所述伺服电机保持停止状态。

12.如权利要求9所述的电机安全控制方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述当前速度信息超过预设值时，所述伺服驱动器停止对所述伺服电机的输出。

13.如权利要求9所述的电机安全控制方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述当前速度信息超出预设范围时，所述伺服驱动器向所述上位机输出安全信号。

14.如权利要求9所述的电机安全控制方法，其特征在于，所述方法还包括：所述伺服驱动器及所述安全编码器在上电后进行自检测，在自检测结果为无故障且安全功能无效时，进入安全功能移除运行状态；

所述伺服驱动器在安全功能移除运行状态下接收到外部配置请求时，停止对所述伺服电机输出驱动信号，并根据所述外部配置请求获取配置信息，将所述配置信息写入存储器。

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