Optics and Precision Engineering, Volume. 31, Issue 1, 42(2023)
Design of safety integrated servo motor drive module
Figures & Tables(16)
Fig. 2. Hardware architecture schematic of typical servo drive system
Fig. 4. Schematic diagram of drive safety diagnostic software function
Fig. 5. Schematic diagram of hardware architecture of drive safety-related system
Fig. 7. Function block diagram of drive safety integrated software
Fig. 9. Schematic block diagram of experimental setup of servo drive safety integrated function
Fig. 10. Servo drive safety integrated function experiment platform
Table 1. Failure modes of servo drive
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失效模式 失效因素 产生原因 后果影响 指令输入信号异常 脉冲信号错误 噪声干扰；电气连接 驱动器指令失效，负载运动失控 脉冲频率过高 噪声干扰；控制器失效 模拟幅值过大 控制器硬件不匹配 传感器反馈
信号异常
电流数据误差 环境变化；噪声干扰 影响闭环控制，严重时将导致飞车 电流传感器失效 传感器失效；连接失效 编码器数据错误 编码器异常；电气干扰 编码器不反馈 传感器失效；连接失效 通信异常 通信不连续 通信链路被干扰 负载不响应或间歇性响应指令 通信中断 通信链路被破坏 电源异常 母线电源欠压 电源电压低或功率低 控制器输出矢量与理论不符 母线电源过压 电源故障；泄放电阻断路或不匹配 母线过流 母线短路；电机相线接地或短路；逆变器桥臂上下导通等 引起电机、功率器件、电源烧坏 控制电源不稳定 电源故障；电压转换电路故障 IC无法正常工作 功率器件及
负载异常
功率器件或电机过热 环境温度过高；散热不良；长时间重载运行 电机或功率器件烧毁 功率器件损坏 功率器件短路或断路 短路导致电机烧坏，断路导致电机失控 电机损坏 电机绕组短路或断路 闭环控制异常 过载 控制失效；电机重载；负载卡死 电机功率器件温升快 过速 指令异常；反馈异常；控制失效 电机温升过快 超过限位 限位开关失效 损坏机械结构 速度偏差过大 转矩饱和；转矩波动；控制参数不合理 导致电机及负载无法达到指令运动状态 位置偏差过大 转矩饱和；超调；控制参数不合理
Table 2. Phase voltage relationship in each vector state
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矢量状态 Sa Sb Sc Vas Vbs Vcs Ⅰ 1 0 0 2Vdc/3 -Vdc/3 -Vdc/3 Ⅱ 1 0 1 Vdc/3 -2Vdc/3 Vdc/3 Ⅲ 0 0 1 -Vdc/3 -Vdc/3 2Vdc/3 Ⅳ 0 1 1 -2Vdc/3 Vdc/3 Vdc/3 Ⅴ 0 1 0 -Vdc/3 2Vdc/3 -Vdc/3 Ⅵ 1 1 0 Vdc/3 Vdc/3 -2Vdc/3 Ⅶ 0 0 0 0 0 0 Ⅷ 1 1 1 0 0 0
Table 3. Servo drive safety functions recommended by IEC61800-5-2
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No. 安全功能 功能描述 功能类型 1 安全转矩截止（STO） 能够引起运动的电源不被作用到电机 安全停止 2 安全停止1（SS1） 电机减速后通过STO使电机停止 安全停止 3 安全操作停止（SOS） 防止电机偏离停止位置大于设定值 安全停止 4 安全停止2（SS2） 电机减速后通过SOS使电机停止 安全停止 5 安全极限加速度（SLA） 防止电机超过加/速度限制 安全停止 6 安全加速度范围（SAR） 保持电机加/减速度在限制范围内 安全监视 7 安全极限速度（SLS） 防止电机超过规定的速度限制 安全监视 8 安全速度范围（SSR） 保持电机在规定的速度限制范围内 安全监视 9 安全极限转矩（SLT） 防止电机超过转矩限制 安全监视 10 安全转矩范围（STR） 保持电机在规定的转矩限制范围内 安全监视 11 安全限位（SLP） 防止电机超过规定的位置限值 安全监视 12 安全极限增量（SLI） 防止电机超过指定的位置增量 安全监视 13 安全方向（SDI） 防止电机在非指定方向上移动超过限制 安全监视 14 安全电机温度（SMT） 防止电机温度超过指定上限 安全监视 15 安全制动控制（SBC） 提供安全输出信号控制外部制动设备 安全输出 16 安全位置监视（SCA） 输出安全信号指示电机位置是否在限制范围 安全输出 17 安全速度监视（SSM） 输出安全信号指示电机速度是否低于设定值 安全输出
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Lingyu CHEN, Jieji ZHENG, Aihua HE, Dapeng FAN. Design of safety integrated servo motor drive module[J]. Optics and Precision Engineering, 2023, 31(1): 42
Paper Information
Category: Independently Cotrollable Key Technology of manufacture equipment programmable control system
Received: Sep. 2, 2022
Accepted: --
Published Online: Feb. 9, 2023
The Author Email: FAN Dapeng (fdp@nudt.edu.cn)
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