安全扭矩关断过程制造技术

一种用于产生电驱动器的安全扭矩关断过程的方法和设备，该电驱动器包括控制单元和具有可控半导体开关的一个或更多个电力单元，其中，该方法包括检测控制单元中的指示停止驱动器的要求的信号(STO1、STO2)。该方法包括基于所检测到的信号来生成至少一个安全许可信号(STO12；Enable；Stop)，至少一个安全许可信号当在电力单元中被接收到时用于启动对电力单元的关停；将所生成的至少一个安全许可信号馈送至一个或更多个电力单元；当接收到至少一个安全许可信号时启动对所述一个或更多个电力单元的关停，所述至少一个安全许可信号在不同时刻启动对所述一个或更多个电力单元的至少两个不同的关停过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电动机驱动器，特别地涉及电动机驱动器中与机器安全有关的过程。
技术介绍
某些安全规程和标准管理各种应用中的电动机驱动器。这样的标准的示例是限定安全扭矩关断功能(STO)的IEC 61800-5-2。每当STO功能启用时，该功能使电驱动器的电动机达到无扭矩状态。STO既可以用作停止电动机(例如电动机的过热保护、过速保护或紧急停止)的致动过程也可以用作防止不期望的电动机启动的致动过程。STO功能可以被实现为单通道或被实现为具有两个或更多个通道的冗余结构。冗余应被实现为使得系统中的单个故障不会禁止STO过程从电动机移除扭矩。冗余有助于获得STO的更高级别的安全许可。图1示出了能够进行STO过程的系统的示例。在该示例中，通过使用机电开关2从驱动器切断电源来使电动机从电源网络分离。与图1的示例有关的问题是所包含的高成本以及仅通过使用两个独立的机电部件来实现冗余。另外，即使在实现了冗余的情况下，也难以获得针对常见原因的故障所需的保护。另外，图1的过程没有考虑到存储在设备内的能量，因此通过使用此存储的能量仍然能够产生扭矩。图2示出了更高级的STO过程，其中电动机驱动器的控制单元接收STO信号ST01、ST02并将所接收的STO信号发送给电力模块例如逆变器。逆变器接收信号，并基于信号的状态来阻止对功率半导体部件的使用。这可以例如通过从半导体部件的栅极驱动器移除栅极脉冲或移除电源电压来实现。在图2的示例中，输入到控制单元的STOl和ST02信号是从相同的源输入。如果此信号启动不同的保护动作，则在逆变器中获得了冗余。此外，在图2的示例中，信号经由专用的信号线21馈送。这些信号线需要以电气安全规程和机器功能安全标准二者来许可。信号线还包括用于使控制单元23的低电压与电力单元24的高电压隔离的电气隔离。鉴于机器安全，许可的连接用粗线示出。图2的电路的其他部分涉及提供STO过程的状态信息，即指示所需的操作被执行。此通信通过图2中被示为FPGA块之间的双端箭头的常用信令来引导。在图2的示例中，通过从栅极驱动器中移除电源电压来获得无扭矩状态。使用块25和块26来实现这一点，使得块25移除上半导体开关的电压并且块26移除来自下半导体开关的电压。信号STOl和ST02的状态也馈送至控制单元的FPGA电路27并且馈送至电力单元的FPGA电路28。来自STO信号的状态信息在各单元之间被传送以用于对STO功能的操作进行诊断。图1和图2 二者的缺点在于STO功能的使用可能在逆变器的电路中产生预料不到的后果。STO过程如所希望的那样操作，但是突然移除调制脉冲可能导致逆变器中的电力部件发生故障。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种方法和用于实施该方法的设备以解决上述问题。通过以独立权利要求中所陈述的内容为特征的方法和设备来实现本专利技术的目的。在从属权利要求中公开了本专利技术的优选实施方式。本专利技术是基于在电动机驱动器的控制单元中产生一个或更多个安全许可信号的构思。一个或更多个安全许可信号被馈送至电力单元，并且在接收到信号时电力单元以使用两个不同的关停过程的方式来启动对电力单元的关停。此外，这些过程在不同时刻被使用。根据本专利技术的优选实施方式，首先施用的关停过程是电力单元以受控的方式被关停的正常停止过程。然后，第二关停过程是导致从电动机移除扭矩并确保不产生扭矩的过程。因此该过程符合STO功能的要求。在一个实施方式中，在控制单元中生成用于命令正常停止过程的信号，并将该信号作为非安全许可信号馈送至一个或多个电力单元，而在另一实施方式中，在一个或多个电力单元中根据从控制单元馈送的一个或多个安全许可信号来生成停止信号。本专利技术的优点在于STO过程不会引起电力模块被突然关停的情况。这确保了电力模块的部件不会由于突然移除控制而受到损坏。此外，由于来自控制单元的一个或更多个信号是经安全许可的，因此可以将相同的STO功能施用到不同的驱动器拓扑结构，而不需要重新设计过程及许可过程。【附图说明】在下面，将参照附图借助于优选实施方式来更详细地描述本专利技术，在附图中:图1和图2示出了已知STO的实现方式；图3、图4、图5和图7示出了本专利技术的不同的实施方式；以及图6示出了具有并联电力单元的实施方式。【具体实施方式】根据本专利技术的方法产生了安全扭矩关断(STO)过程。该过程在包括控制单元和一个或更多个电力单元的电驱动器中实现。本专利技术还可以在具有组合控制单元和电力单元的驱动器中实现。在电驱动器的正常使用中，控制单元将控制信息发送给一个或更多个电力单元。例如，控制信息可以包括待从电力单元输出的电流的基准值或者待由驱动器的电动机产生的扭矩的基准值。控制单元还处理与控制有关的不同计算，例如与对电动机的控制有关的不同计算。电力单元包括根据由控制单元发送的控制信息被控制的可控半导体开关。电力单元例如是对以所需方式连接到电力单元的输出的电动机进行供电的逆变器。电驱动器还可以包括均由控制单元控制的多个电力单元。此多个电力单元的输出可以并联连接用于驱动公共负载。此多个电力单元也可以是各自具有其自身的负载的独立系统。由于STO过程涉及将电动机设置到无扭矩状态，所以具有半导体开关的电力单元是能够控制电动机的装置。控制单元和电力单元用使各单元之间能够通信的任何合适的通信连接而彼此连接。这样的通信连接包括但不限于:电连接、光纤链路、通信总线和无线通信。根据本方法，在控制单元中检测要求将驱动器变至无扭矩状态的信号。可以取决于应用而将来自安全相关传感器等的多个信号路径引导至控制单元。监测这些路径或信号中的每个，并且当信号中的任何一个信号激活时，应该使电动机无扭矩。所检测的信号例如源自对传感器进行监测的安全相关逻辑装置。例如，这样的传感器可以是指示人出现在危险的区域中的呈现传感器或指示安全相关机械门或舱盖被打开的传感器。信号的其它可能源的示例是来自紧急停止按钮。这些信号中的任何信号要求将系统中的电动机置于电动机不能够产生扭矩的状态。此外，根据本方法，基于所检测的信号，在控制单元中生成至少一个安全许可信号。该信号当在电力单元中被接收到时启动对电力单元的关停。以上所提及的安全许可信号是满足针对STO过程所设置的要求的信号。可以经由安全许可的或满足对这样的许可的要求的任何连接来引导这样的信号。该信号可以是在安全许可装置之间建立的任何通信链路例如电通信链路、光纤通信链路、无线通信链路等中的信号。根据实施方式，安全许可信号是安全许可元件之间的信号。这样的元件是例如部分安全许可的现场可编程门阵列(FPGA)。因此，控制单元和电力单元包括可当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生电驱动器的安全扭矩关断过程的方法，所述电驱动器包括控制单元和具有可控半导体开关的一个或更多个电力单元，其中，所述方法包括：检测控制单元中的指示停止所述驱动器的要求的信号(STO1、STO2)，其特征在于所述方法包括：基于所检测到的信号来生成至少一个安全许可信号(STO12；Enable；Stop)，所述至少一个安全许可信号用于当在电力单元中被接收到时启动对所述电力单元的关停；将所生成的至少一个安全许可信号馈送至一个或更多个电力单元，当接收到所述至少一个安全许可信号时启动对所述一个或更多个电力单元的所述关停，所述至少一个安全许可信号在不同时刻启动对所述一个或更多个电力单元的至少两个不同的关停过程。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊尔波·坎加斯，安蒂伊尔马里·凯基，奥利·凯斯基拉赫科宁，泰勒·维塔宁，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI