CN114421814A - 一种安全转矩关断的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安全转矩关断的实现方法，包括控制器、驱动板、缓冲器、电源转换模块和电机，驱动板向电机供电，电源转换模块的电源输出端向缓冲器供电；控制器经过缓冲器向驱动板发出驱动信号，电源转换模块的控制端接收到保护信号时，电源转换模块关闭电源输出端，缓冲器失电切断控制器向驱动板发出驱动信号，驱动板停止向电机供电。本发明为基于硬件的STO保护模式，简单有效，提高CPU失效时STO保护功能的可靠性，从硬件上排除了CPU的直接参与，以便在安全功能实施中使用两个通道，实现双环保护，有效地提高作业安全。

Description

一种安全转矩关断的实现方法
技术领域
本发明涉及电机控制，尤其涉及一种安全转矩关断的实现方法。
背景技术
安全转矩关断（STO）功能可用于构建安全或监控电路，在危险的情况下可使传动停车( 例如，紧急停车电路)。另一个应用是防误启动开关，使传动不需要断电就可以进行短时间的维护操作，如清洁或非电气部件的操作。安全转矩关断功能激活时，可使传动输出级的功率半导体的控制电压失效，这样就防止了传动产生旋转电机的转矩。如果安全转矩关断能激活时电机正在运行，电机即自由停车。
目前市面上的STO保护基于软件，操作复杂且存在软件误判可能。例如：英威腾的<STO控制电路及系统>,当STO触发时，需要CPU触发识别后才能保护。如果CPU失效，STO触发也会存在系统不响应的情况。或者当系统处于STO保护过程中，CPU突然失效，也可能造成STO系统保护功能的失效。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可靠性好的安全转矩关断的实现方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种安全转矩关断的实现方法，包括控制器、驱动板、缓冲器、电源转换模块和电机，驱动板向电机供电，电源转换模块的电源输出端向缓冲器供电；控制器经过缓冲器向驱动板发出驱动信号，电源转换模块的控制端接收到保护信号时，电源转换模块关闭电源输出端，缓冲器失电，切断控制器向驱动板发出驱动信号，驱动板停止向电机供电。
以上所述的安全转矩关断的实现方法，保护信号由第一保护信号和第二保护信号经线与电路处理取得。
以上所述的安全转矩关断的实现方法，线与电路包括NPN三极管和两个光耦隔离电路, 光耦隔离电路包括保护信号输入端、光耦和二极管；第一保护信号输入端接光耦发光二极管的阳极，光耦光敏三极管的集电极接二极管的阳极，并通过上拉电阻接低压直流电源；二极管的阴极接NPN三极管的基极，NPN三极管的发射极接地，集电极作为线与电路的输出端；第一光耦隔离电路的保护信号输入端接第一保护信号，第二光耦隔离电路的保护信号输入端接第二保护信号，线与电路的输出端输出所述的保护信号。
以上所述的安全转矩关断的实现方法，两个光耦隔离电路的光敏三极管的发射极分别接控制器两个保护通知信号输入端；控制器的电源输入端接电源转换模块的电源输出端。
以上所述的安全转矩关断的实现方法，包括两个所述的缓冲器，控制器经过串接的两个缓冲器向驱动板发出驱动信号；第一光耦隔离电路的光敏三极管的发射极作为第一使能信号输出端接第一缓冲器的使能信号输入端，第二光耦隔离电路的光敏三极管的发射极作为第二使能信号输出端接第二缓冲器的使能信号输入端。
本发明为基于硬件的STO保护模式，简单有效，提高CPU失效时STO保护功能的可靠性，从硬件上排除了CPU的直接参与，以便在安全功能实施中使用两个通道，实现双环保护，有效地提高作业安全。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例安全转矩关断的实现电路的功能框图。
图2是本发明实施例安全转矩关断的实现方法的主控制逻辑示意图。
图3是本发明实施例线与电路的原理图。
图4是本发明实施例电源转换模块的原理图。
图5是本发明实施例控制器的接线图。
具体实施方式
本发明实施例安全转矩关断的实现的原理如图1至图5和表1所示，安全转矩关断的实现电路包括DSP控制器、驱动板、缓冲器、电源转换模块（电源转换芯片TPS54340DDAR）和电机，驱动板向电机供电，电源转换模块的电源输出端STO_5V向缓冲器和DSP控制器供电。DSP控制器经过缓冲器向驱动板发出驱动信号，电源转换模块的控制端接收到保护信号SN_STO时，电源转换模块关闭电源输出端STO_5V，缓冲器切断DSP控制器向驱动板发出驱动信号，驱动板停止向电机供电，实现STO保护。
保护信号SN_STO由第一保护信号S_IN1和第二保护信号S_IN2经线与电路处理取得。线与电路包括NPN三极管和两个光耦隔离电路。
第一光耦隔离电路包括第一保护信号S_IN1的输入端、光耦U25和二极管D6。第一保护信号S_IN1的 输入端接光耦U25发光二极管的阳极，光耦U25发光二极管的阴极接STO_COM，光耦U25光敏三极管的集电极接二极管D6的阳极，并通过上拉电阻R172接低压直流电源正极+3.3V，光耦U25光敏三极管的发射极接地。
第二光耦隔离电路包括第一保护信号S_IN2的输入端、光耦U30和二极管D7。第二保护信号S_IN2的 输入端接光耦U30发光二极管的阳极，光耦U30发光二极管的阴极接STO_COM，光耦U30光敏三极管的集电极接二极管D7的阳极，并通过上拉电阻R170接低压直流电源正极+3.3V，光耦U30光敏三极管的发射极接地。
二极管D6和二极管D7的阴极通过电阻R205接NPN三极管Q16的基极，NPN三极管Q16的发射极接地，集电极作为线与电路的输出端输出保护信号SN_STO。
第一光耦隔离电路的光敏三极管的发射极输出的第一保护使能信号STO_EN1接DSP控制器的保护通知信号输入引脚STO_EN1。第二光耦隔离电路的光敏三极管的发射极输出的第二保护使能信号STO_EN2接DSP控制器的保护通知信号输入引脚STO_EN2（图中未示出）。
SP控制器的电源输入引脚接电源转换模块的电源输出端STO_5V。
安全转矩关断的实现电路包括两个缓冲器，DSP控制器经过串接的两个缓冲器向驱动板发出驱动信号。第一光耦隔离电路的光敏三极管的发射极输出的第一保护使能信号STO_EN1接第一缓冲器的使能信号输入端，第二光耦隔离电路的光敏三极管的发射极输出的第一保护使能信号STO_EN2接接第二缓冲器的使能信号输入端。
如图4所示，电源转换芯片U15（TPS54340DDAR）的SS引脚接收到的保护信SN_STO为低电平时，U15将停止输出。STO_5V输出引脚的输出为0V。
表1：本发明的保护逻辑关系表
Figure DEST_PATH_IMAGE001
从表1可以看到：
当第一保护信号S_IN1和第二保护信号S_IN2都是高电平时，电机正常运行。
当第一保护信号S_IN1和第二保护信号S_IN2都是低电平时，保护信号SN_STO为低电平，电源转换模块关闭电源输出端STO_5V ，缓冲器关闭，切断DSP控制器向驱动板发出驱动信号，驱动板停止向电机供电，实现STO保护，电机停止运行。当用户需要使用STO功能时，可以手动断开端子连线，使第一保护信号S_IN1和第二保护信号S_IN2转换成低电平，实现使能效果。
当第一保护信号S_IN1和第二保护信号S_IN2中有一个低电平时，保护信号SN_STO为低电平，电源转换模块关闭电源输出端STO_5V ，缓冲器关闭，切断DSP控制器向驱动板发出驱动信号，驱动板停止向电机供电，实现STO保护，电机停止运行。
另外，当第一保护信号S_IN1和第二保护信号S_IN2都是低电平或其中有一个为低电平时，第一保护使能信号STO_EN1和第二保护使能信号STO_EN2全部或其中一个为高电平，将锁死第一缓冲器和/或第二缓冲器2，此时驱动板停止工作。达到安全停止电机运行的目的。同时，将故障信号传递给DSP控制器，DSP控制器再将系统状态告知用户，
本发明以上实施例为基于硬件的STO保护模式，简单有效，提高CPU失效时STO保护功能的可靠性，从硬件上排除了CPU的直接参与，以便在安全功能实施中使用两个通道，实现双环保护，有效地提高作业安全。

Claims (5)

1.一种安全转矩关断的实现方法，包括控制器、驱动板和电机，控制器向驱动板发出驱动信号，驱动板向电机供电，其特征在于，包括缓冲器和电源转换模块，电源转换模块的电源输出端向缓冲器供电；控制器经过缓冲器向驱动板发出驱动信号，电源转换模块的控制端接收到保护信号时，电源转换模块关闭电源输出端，缓冲器失电，切断控制器向驱动板发出驱动信号，驱动板停止向电机供电。
2.根据权利要求1所述的安全转矩关断的实现方法，其特征在于，保护信号由第一保护信号和第二保护信号经线与电路处理取得。
3.根据权利要求1所述的安全转矩关断的实现方法，其特征在于，线与电路包括NPN三极管和两个光耦隔离电路, 光耦隔离电路包括保护信号输入端、光耦和二极管；第一保护信号输入端接光耦发光二极管的阳极，光耦光敏三极管的集电极接二极管的阳极，并通过上拉电阻接低压直流电源；二极管的阴极接NPN三极管的基极，NPN三极管的发射极接地，集电极作为线与电路的输出端；第一光耦隔离电路的保护信号输入端接第一保护信号，第二光耦隔离电路的保护信号输入端接第二保护信号，线与电路的输出端输出所述的保护信号。
4.根据权利要求3所述的安全转矩关断的实现方法，其特征在于，两个光耦隔离电路的光敏三极管的发射极分别接控制器两个保护通知信号输入端；控制器的电源输入端接电源转换模块的电源输出端。
5.根据权利要求3所述的安全转矩关断的实现方法，其特征在于，包括两个所述的缓冲器，控制器经过串接的两个缓冲器向驱动板发出驱动信号；第一光耦隔离电路的光敏三极管的发射极作为第一使能信号输出端接第一缓冲器的使能信号输入端，第二光耦隔离电路的光敏三极管的发射极作为第二使能信号输出端接第二缓冲器的使能信号输入端。
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