Функции безопасности частотного преобразователя VF-AS3 Toshiba

19.04.2019

Функция безопасности, встроенная в преобразователь частоты VF-AS3 Toshiba, позволяет разрабатывать приложения, ориентированные на защиту человека и машины. Встроенные STO (Safe Torque Off) и дополнительные опциональные функции безопасности SS1 (Safe Stop 1), SOS (Safe Operating Stop), SS2 (Safe Stop 2), SBS (Safe Brake Control), SLS (Safely-Limited Speed), SDI (Safe Direction) обеспечивают следующие преимущества:

  • соответствующие стандартам функции безопасности
  • снижение затрат на дополнительное внешнее защитное оборудование
  • уменьшение затрат на монтаж проводов и требования к пространству

Приводы VF-AS3 Toshiba соответствуют нормативным требованиям стандарта МЭК 61800-5-2 для реализации функции безопасности.

Безопасное отключение крутящего момента (STO), реализованное в частотнике VF-AS3 TOSHIBA
Safe Torque Off (STO)

Функция STO (Safe Torque Off) – Безопасное отключение крутящего момента

Назначение функции – привести двигатель в состояние без крутящего момента, чтобы оно соответствовало требованиям безопасности, поскольку на уровне двигателя крутящий момент отсутствует. Силовые модули преобразователя частоты блокируются и двигатель останавливается (или запрещается запуск двигателя).


Описание

ПОРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ ПРИ НЕПРАВИЛЬНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
Функция безопасности STO (Safe Torque Off) не приводит к электрической изоляции внутреннего содержимого частотного преобразователя. В звене постоянного тока будет присутствовать напряжение.
Отключите сетевое напряжение с помощью соответствующего выключателя для обесточивания ПЧ.
Несоблюдение этих инструкций может привести к летальному исходу или серьезным травмам.

Эта функция переводит машину в безопасное состояние без крутящего момента и/или предотвращает ее случайный запуск. Функция безопасного отключения крутящего момента (функция безопасности STO) может использоваться для эффективной реализации предотвращения неожиданного запуска, делая остановки безопасными, предотвращая подачу питания только на двигатель и сохраняя при этом питание цепей управления главного привода. Принципы и требования предотвращения неожиданного запуска описаны в стандарте EN 1037: 1995 + A1.
Логические входы частотного преобразователя (STOA и STOB) всегда назначены на эту функцию.
Состояние функции безопасности STO может отображаться с панели управления привода или с помощью программного обеспечения для ввода в эксплуатацию.

ВАЖНО! Если задержка между состоянием входов STOA и STOB превышает 1 сек, срабатывает функция безопасности STO и выдается ошибка с кодом ошибки [Ошибка цепи STO] PrF.

Функция безопасности STO определена в разделе 4.2.2.2 стандарта МЭК 61800-5-2 (издание 1.0 2007.07):
Мощность, которая может вызвать вращение (или движение в случае линейного двигателя), не подается на двигатель. PDS (SR) (система силового привода, подходящая для использования в приложениях, связанных с безопасностью) не будет подавать энергию на двигатель, который может генерировать крутящий момент (или усилие, в случае линейного двигателя).

  • ПРИМЕЧАНИЕ 1. Эта функция безопасности соответствует неконтролируемому останову в соответствии с категорией останова 0 в стандарте МЭК 60204–1
  • ПРИМЕЧАНИЕ 2. Эта функция безопасности может использоваться, когда требуется отключение питания для предотвращения неожиданного запуска
  • ПРИМЕЧАНИЕ 3.: В ситуациях, когда присутствуют внешние воздействия (например, падение подвешенных грузов), могут потребоваться дополнительные меры (например, механические тормоза) для предотвращения любой опасности
  • ПРИМЕЧАНИЕ 4. Электронное оборудование и контакторы не обеспечивают достаточной защиты от поражения электрическим током, и могут потребоваться дополнительные меры по изоляции

Обеспечиваемые уровни безопасности

  • уровень полноты безопасности SIL (Safety Integrity Level) в соответствии с МЭК 61508: SIL3
  • уровень производительности PL (Performance Level) в соответствии с ISO-13849: PLe


Обеспечиваемые аварийные операции (по стандарту МЭК 60204-1)

Аварийное отключение

Эта функция требует внешних переключающих компонентов и не может быть реализована с помощью функций привода, таких как безопасное отключение крутящего момента (STO).

Аварийный останов

Аварийный останов должен работать таким образом, чтобы при его активации опасное движение машины прекращалось, и машина не могла запуститься ни при каких обстоятельствах, даже после того, как кнопка аварийного останова отпущена.
Аварийный останов должен функционировать либо как категория останова 0, либо как категория останова 1.
Категория останова 0 означает, что питание двигателя отключается немедленно. Категория останова 0 эквивалентна функции безопасного отключения крутящего момента (STO), определенной стандартом EN 61800-5-2.
В дополнение к требованиям для останова (см. 9.2.5.3 МЭК 60204-1) функция аварийного останова имеет следующие требования:

  • отменяет все другие функции и операции во всех режимах
  • его сброс возможен только при ручном воздействии в том месте, где была подана команда. Сброс команды не должен перезапускать машину, а только разрешать перезапуск
  • в машинном окружении (стандарт МЭК 60204-1 и директива о машинном оборудовании), когда функция безопасности STO используется для управления категорией аварийного останова 0, двигатель не должен запускаться автоматически, если функция безопасности STO сработала и деактивирована (в цикле подачи или сброса питания)
  • если конфигурация привода разрешает автоматический перезапуск машины после отключения функции безопасности STO, необходим дополнительный модуль безопасности (например, модуль Preventa)
  • если использование дополнительного модуля безопасности невозможно, управление приводом должно быть настроено на 2-х или 3-х проводный режим работы частотного преобразователя
Функция безопасности STO, встроенная в частотник VF-AS3, позволяет разрабатывать приложения, ориентированные на защиту человека и машины
Функция безопасности STO, встроенная в частотный преобразователь VF-AS3, позволяет разрабатывать приложения, ориентированные на защиту человека и машины

Типы двигателей

Функция безопасности STO может использоваться с синхронными и асинхронными двигателями.

Предпосылки для использования функций безопасности

Для правильной работы должны быть выполнены следующие условия:

  • размер двигателя адекватен применению и не работает на пределе своей мощности
  • типоразмер привода правильно выбран для сети электропитания, соединяющих проводников, двигателя и области применения и не работает на пределе своей мощности, как указано в каталоге
  • при необходимости используется дополнительное опциональное оборудование, например, выходной фильтр
  • привод правильно настроен с правильными характеристиками контура скорости и крутящего момента для технологического процесса; профиль опорной частоты применим к контуру управления приводом


Состояние функции безопасности

ЕслиТо
Режим Safe Torque Off (STO) не активенЖелтый светодиод ASF выключен
STO обнаруженСиловой мост блокируется дополнительным оборудованием
На ЖК-дисплее включается отображение STO
Желтый светодиод ASF включен
[Обнаружена ошибка цепи STO]*Силовой мост блокируется
ЖК-дисплей горит постоянно красным светом
Терминал графического дисплея отображает сообщение PrF
Желтый светодиод ASF включен

*Возможные причины: превышение задержки между сигналами STOA и STOB более 1 сек или обнаружение внутренней аппаратной ошибки

Отображение срабатывания функции STO с помощью светодиода ASF на приводе Toshiba AS3
Отображение срабатывания функции STO с помощью светодиода ASF

Технические данные

Электрические параметры

Функция безопасности должна использоваться только в положительной логике (Source): ток поступает на вход.

Входы STOA и STOB и сигнальные входы защищены от обратной полярности внутренними компонентами частотного преобразователя.

Уровни входных сигналовЗначениеЕдиницы измерения
Логический нуль< 5 или обрывВ (постоянного тока)
Логическая единица> 11В (постоянного тока)
Ток при 19 В11 мА
Задержка между сигналами STOA и STOB< 1сек
Время отклика функции безопасности< 10мсек

Сертифицированные архитектуры подключения

ПРИМЕЧАНИЕ. Для сертификации, относящейся к функциональным аспектам, будет рассматриваться только PDS (SR) (Power Drive System suitable for use in safety-related applications: система силового привода, подходящая для использования в приложениях, связанных с безопасностью), а не вся система, в которую она интегрирована, чтобы помочь обеспечить функциональную безопасность двигателя или системы/процесса.

Обеспечиваются три вида безопасности процессов системы

  • безопасность процесса, связанная с подключением одного или нескольких электродвигателей
  • безопасность процесса, связанная с подключением одного или нескольких электродвигателей и использованием модуля безопасности Preventa XPS-AF
  • безопасность процесса, связанная с подключением одного электродвигателя и использованием модуля безопасности Preventa XPS-AV

Функции безопасности PDS (SR) являются частью общей системы. Если качественные и количественные цели, связанные с безопасностью для конечного приложения, требуют некоторых корректировок для обеспечения безопасного использования функций безопасности, интегратор BDM (Basic Drive Module) отвечает за эти дополнительные изменения (например, управление механическим тормозом на мотор).

Кроме того, выходные данные, сгенерированные функциями безопасности (активация реле по умолчанию, логическая команда реле тормоза, коды ошибок или информация на дисплее и т.п.), не считаются связанными с безопасностью данными.

Защищенная изоляция кабеля

Функция безопасности STO активируется через 2 резервных входа. Эти две цепи должны быть проложены соответствующим образом для защиты изоляции кабеля.

Если возможны короткие замыкания и перекрестные прокладки с сигналами, связанными с безопасностью, и если они не обнаруживаются вышестоящими устройствами, требуется установка защищенного кабеля в соответствии с ISO 13849-2.

При использования незащищенного кабеля для двух сигналов (двух каналов) функции безопасности, они могут быть подключены к внешнему напряжению при повреждении кабеля в результате короткого замыкания. В этом случае функция безопасности перестает работать.

Подключайте оба входа STO только с помощью экранированных свитых кабелей с шагом 25 … 50 мм (1 дюйм и 2 дюйма), соединяя экран с землей на каждом конце экранов сигнальных линий нескольких кабелей.

Контуры заземления могут вызвать проблемы в двигателях. В этом случае экран должен быть заземлен только на стороне привода.

Безопасность процесса, связанная с подключением одного или нескольких электродвигателей

Схема подключения одного или нескольких двигателей

Эти схемы подключения применимы для конфигурации с одним или несколькими приводами в соответствии с возможностями SIL3 МЭК 61508 , МЭК 60204-1, категория останова 0 без защиты от перебоев питания или снижения напряжения и последующего вращения.

Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в частотнике VF-AS3 Toshiba при подключении одного двигателя
Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в ПЧ VF-AS3 Toshiba при подключении одного двигателя

На схемах показано, что могут использоваться сетевые дроссели (входные фильтры)

Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в частотнике VF-AS3 Toshiba при подключении нескольких двигателей
Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в ПЧ VF-AS3 Toshiba при подключении нескольких двигателей

Безопасность процесса, связанная с подключением одного или нескольких электродвигателей и использованием модуля безопасности Preventa XPS-AF

Схема подключения одного или нескольких двигателей

Эти схемы подключения применимы для конфигурации с одним или несколькими приводами и с модулем безопасности Preventa XPS-AF в соответствии с ISO 13849-1, категория 3 PLe, МЭК 62061 и 60204-1, категория останова 0.

Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в частотнике VF-AS3 Toshiba при подключении одного двигателя и использовании модуля Preventa XPS-AF
Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в ПЧ VF-AS3 Toshiba при подключении одного двигателя и использовании модуля Preventa XPS-AF

На схемах показано, что могут использоваться сетевые дроссели (входные фильтры)

Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в частотнике VF-AS3 Toshiba при подключении нескольких двигателей и использовании модуля Preventa XPS-AF
Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в ПЧ VF-AS3 Toshiba при подключении нескольких двигателей и использовании модуля Preventa XPS-AF

Безопасность процесса, связанная с подключением одного электродвигателя и использованием модуля безопасности Preventa XPS-AV

Схема подключения одного двигателя

Эта схема подключения применима для конфигурации одного привода с модулем безопасности Preventa XPS AV в соответствии с ISO 13849-1, категория 3 PLe и МЭК 60204-1, категория останова 1.

Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в частотнике VF-AS3 Toshiba при подключении одного двигателя и использовании модуля Preventa XPS-AV
Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в ПЧ VF-AS3 Toshiba при подключении одного двигателя и использовании модуля Preventa XPS-AV

ПРИМЕЧАНИЕ. Эта схема представляет собой конфигурацию проводки с использованием входа DI1, назначенного для работы в прямом направлении.

На схеме показано, что могут использоваться сетевые дроссели (входные фильтры)


Дополнительные опциональные функции безопасности SS1 (Safe Stop 1), SOS (Safe Operating Stop), SS2 (Safe Stop 2), SBS (Safe Brake Control), SLS (Safely-Limited Speed), SDI (Safe Direction)

Функция Safe Stop 1 (SS1) в частотнике VF-AS3 Toshiba
Функция Safe Stop 1 (SS1) в частотнике VF-AS3 Toshiba

Функция SS1 заставляет двигатель быстро и безопасно останавливаться и отключаться, чтобы он совсем не вращался после перехода в состояние покоя. Затем активируется функция STO.

Функция Safe Stop 2 (SS2) в частотнике VF-AS3 Toshiba
Функция Safe Stop 2 (SS2) в частотнике VF-AS3 Toshiba

Функция SS2 быстро и безопасно отключает двигатель, а затем активирует функцию SOS после остановки.

Функция Safe Operating Stop (SOS) в частотнике VF-AS3 Toshiba
Функция Safe Operating Stop (SOS) в частотнике VF-AS3 Toshiba

С помощью функции SOS остановленный двигатель приводится в рабочее положение и контролируется системой управления движением.

Функция Safely-Limited Speed (SLS) в частотнике VF-AS3 Toshiba
Функция Safely-Limited Speed (SLS) в частотнике VF-AS3 Toshiba

Функция SLS гарантирует, что привод не превысит определенный предел скорости.

Функция Safe Direction (SDI) в частотнике VF-AS3 Toshiba
Функция Safe Direction (SDI) в частотнике VF-AS3 Toshiba

Функция SDI гарантирует, что привод может вращаться только в выбранном направлении.

Функция Safe Brake Control (SBC) в частотнике VF-AS3 Toshiba
Функция Safe Brake Control (SBC) в частотнике VF-AS3 Toshiba

Функция SBC позволяет безопасно управлять удерживающим тормозом. Функция SBC всегда активируется параллельно с STO.

Преимущества технологии комплексной безопасности

Интеграция технологий безопасности в стандартные концепции автоматизации влечет за собой значительные и устойчивые преимущества для пользователей в целях повышения конкурентоспособности. Производители машин получают выгоду от сокращения аппаратного обеспечения и значительного упрощения проектирования. Результат: значительно более быстрая реализация машин и систем, а также более простая адаптация к новым требованиям

Преимущества для системных операторов: снабжение безопасными и более производительными машинами и системами. Единая интегрированная система технологий безопасности и стандартной автоматизации сокращает время простоя благодаря улучшенной диагностике, а также повышает доступность системы.

Упрощение модификации и модернизации: благодаря гибкому модульному расширению концепции, машины и системы могут быть модернизированы до более передовых технологий.

Дополнительный модуль безопасности в частотнике VF-AS3 Toshiba
Дополнительный модуль безопасности в частотнике VF-AS3 Toshiba

Как установить модуль безопасности в частотный преобразователь AS3 Toshiba

Установка опционального модуля безопасности в частотник VF-AS3 Toshiba
Установка опционального модуля безопасности в частотник VF-AS3 Toshiba

Профилактическое обслуживание

Рекомендуется каждый год проверять функции безопасности

Например, так: откройте защитную дверцу, чтобы проверить, останавливается ли привод в соответствии с настроенной функцией безопасности.

Замена оборудования машины

Примечание. Если вам необходимо заменить какую-либо часть системы, подключенную к частотному преобразователю VF-AS3 (двигатель, аварийный останов и т.д.), необходимо повторить приемочный тест.

Компания СПИК СЗМА как единственный официальный дилер Toshiba предлагает купить для решения ваших задач частотники серии VF-AS3. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты.


Обучение функциональной безопасности

Вы можете пройти обучение по безопасности технологических процессов и производств в нашей компании. Таким образом вы получите повышение квалификации по промышленной безопасности.