Che cos’è il Safe Torque Off (STO)?
Quali sono i principali vantaggi dello STO Safe Torque Off per gli azionamenti per motori passo passo e motori brushless?
La funzione di Safe Torque Off (STO) è una funzione di sicurezza integrata in molti servoazionamenti digitali Ever Elettronica per motori passo passo o brushless.
Il Safe Torque Off STO è un ingresso di sicurezza integrato agli azionamenti che, tramite un circuito certificato, toglie l’alimentazione di potenza al motore, toglie coppia al motore e ne impedisce il riavvio inaspettato, che metterebbe a rischio la sicurezza. La funzione di Safe Torque Off STO è una funzione di arresto estremamente sicura e, a differenza di un normale ingresso di enable, non passa attraverso un microprocessore ma agisce direttamente sul circuito elettronico che alimenta il motore, garantendo l’arresto e lasciando la logica dell’azionamento attiva.
Safe Torque Off STO consente ai motori servo, stepper e brushless, di interrompere la potenza senza danneggiare l'azionamento o le parti circostanti del motore. Ecco perché STO Safe Torque Off, che rimane la funzione di sicurezza per eccellenza per la maggior parte dei produttori di servoazionamenti stepper e brushless, può essere trovato in diverse applicazioni industriali, dai nastri trasportatori alla robotica.
Come funziona il Safe Torque Off STO?
Il Safe Torque Off STO è un ingresso ridondante che, quando disabilitato, resta alimentato con una tensione di 24 Vdc.
Una volta abilitato lo STO Safe Torque Off, tramite apposito interruttore Safety Torque Off STO o tramite una safety unit, un circuito certificato toglie la tensione di alimentazione ai transistor che regolano la corrente nel servomotore.
Dopo lo stop, il motore si ferma per inerzia.
Gli azionamenti per motori passo passo e brushless di Ever Elettronica riconoscono l’abilitazione dello STO Safe Torque Off e, pur rimanendo attivi nella logica, segnalano tramite bus di campo Ethercat, Profinet, Canopen o Modbus TCP/IP la protezione di sicurezza ad un PLC esterno.
Come riattivare il servomotore dopo lo stop?
L’unico modo per riavviare un servomotore dopo aver attivato la funzione di sicurezza Safe Torque Off STO consiste nel disabilitare l’ingresso di safety, riportando la tensione di 24 Vdc ai morsetti dei 2 ingressi di sicurezza.
Quali sono i principali vantaggi dello STO Safe Torque Off per gli azionamenti per motori passo passo e motori brushless?
I principali vantaggi dello Safe Torque Off STO per gli azionamenti per motori passo passo e motori brushless sono principalmente:
- Aumento della sicurezza di macchina
- Riduzione dei costi e tempi per la certificazione dei macchinari
- Riduzione dei dispostivi di sicurezza presenti a bordo macchina
- Semplificazione dei cablaggi con relativa diminuzione dei costi.
Gli azionamenti con la funzione Safety Torque Off STO integrata non necessitano quindi di relè addizionali per interrompere l’alimentazione all’azionamento, poiché l’alimentazione è interrotta direttamente dall’input STO.
Collegamento di sicurezza senza STO Safe Torque Off
.png)
Collegamento di sicurezza con STO Safe Torque Off
.png)
Figura 1 : safety con e senza safety torque off
Standard di sicurezza
I produttori di dispositivi devono fornire al cliente una specifica basata su determinate norme di sicurezza.
Nella tabella di seguito sono indicati gli indici di sicurezza per SIL (Safety Integrity Level) e PL (Performance Level).
Le categorie di Stop sono definite dagli standard certificati IEC 60204-1 per la sicurezza delle macchine:
| Le categorie di Stop sono definite dagli standard certificati IEC60204-1 per la sicurezza delle macchine: |
| Stop Categoria 0 | arresto mediante rimozione immediata della potenza all’azionamento e al motore |
| Stop Categoria 1 | arresto controllato con alimentazione, con rimozione dell’alimentazione una volta che l’arresto è avvenuto |
| Stop Categoria 2 | arresto controllato senza interruzione dell’alimentazione |
La funzione Safe Torque Off STO degli azionamenti Ever Elettronica si riferisce alla Stop Category 0, come da normativa IEC 60204-1.
La Stop Categoria 0 prevede l’arresto mediante rimozione immediata della potenza all’azionamento e al motore.
Per poter garantire le funzioni di STO Safe Torque Off non basta avere sul drive o sul motore con elettronica integrata un circuito di STO Safe Torque Off: bisogna infatti che questo sia certificato da un ente abilitato.
I circuiti presenti sui drives di Ever Elettronica per la funzione STO Safe Torque Off sono certificati dall’ente riconosciuto a livello internazionale UL.
Grazie alla collaborazione con l’ente UL, Ever Elettronica offre drives e motori passo passo e brushless UL Recognized.
Questi prodotti sono ideali per i costruttori di macchine che vendono le loro macchine automatiche ai mercati Americano e Canadese, e che hanno quindi bisogno di fornire un macchinario certificato UL.
Per scoprire di più sui nostri motori o drive UL Recognized cliccate sul link qui sotto
I nostri prodotti Certificati UL
Specifiche degli ingressi STO Safe Torque Off negli azionamenti Ever Elettronica
Lo standard applicato per i circuiti di Safe Torque Off STO negli azionamenti di Ever Elettronica è EN/ISO 13849-1 ed il livello di sicurezza è SIL3/PLe.
Il circuito di STO Safe Torque Off è certificato da un ente indipendente, UL International, che ha eseguito i test di certificazione rilasciando un certificato di conformità.
Nella tabella seguente vengono riportati i valori di certificazione degli ingressi di Safe Torque Off STO, divise in base alle diverse famiglie di azionamenti:
SW5A9052, SW5A5080, AW5A91K5 Series
| Funzione di sicurezza | STO | Safe Torque Off
|
| Category | 4 | Secondo EN ISO 13849-1 |
| Performance Level | PLe | Secondo EN ISO 13849-1 |
| Safety Integrity Level | SIL3 | Secondo EN ISO 13849-1 table 3 |
| DCavg [%] | 99 | Copertura diagnostica
(Average Diagnostic Coverage) |
| PFHD [1/h] | 6,44 x 10-9 | Probabilità di guasto pericoloso/ora
(Probability of dangerous failure per hour) |
| MTTFD [Years] | 368 | Tempo medio per un guasto pericoloso
(Mean time to dangerous failure) |
| Mission Time [Years] | 20 | Secondo EN ISO 13849-1 |
SW5A9030, AW5A9750, AW5A6750 Series
| Funzione di sicurezza | STO | Safe Torque Off
|
| Category | 4 | Secondo EN ISO 13849-1 |
| Performance Level | PLe | Secondo EN ISO 13849-1 |
| Safety Integrity Level | SIL3 | Secondo EN ISO 13849-1 table 3 |
| DCavg [%] | 99 | Copertura diagnostica
(Average Diagnostic Coverage) |
| PFHD [1/h] | 7,04 x 10-9 | Probabilità di guasto pericoloso/ora
(Probability of dangerous failure per hour) |
| MTTFD [Years] | 351 | Tempo medio per un guasto pericoloso
(Mean time to dangerous failure) |
| Mission Time [Years] | 20 | Secondo EN ISO 13849-1 |
Descrizione del funzionamento degli ingressi STO SIL3/PLe
La funzione STO Safe Torque Off è implementata su 2 canali (STO 1 e STO 2) tramite un interruttore di sicurezza S1, per cui la tensione di controllo (24 VDC) è disabilitata su entrambi gli ingressi STO 1 e STO 2 (figura 2).
Entrambi gli ingressi devono essere commutati simultaneamente e avere sempre lo stesso valore di tensione a 24vdc.
Se c'è un valore diverso tra i due ingressi, il circuito diagnostico nell’hardware disabilita l'alimentazione dello stadio di alimentazione, informando il microcontrollore della presenza di un allarme che verrà visualizzato sul display e segnalato dall'uscita FAULT oltre che trasmesso sul bus di campo di cui l’azionamento è fornito.
Che cosa fa il drive quando viene abilitata la funzione STO Safe Torque Off?
• Comportamento del drive con motore in movimento
Per il funzionamento intrinseco dell'ingresso STO Safe Torque Off/SIL3, il motore non viene fermato da una rampa di decelerazione ma continuerà a muoversi per inerzia o per forze esterne fino al suo arresto fisico.
• Comportamento dell'azionamento a motore fermo
Con il motore fermo, l'azionamento non controllerà il motore, lasciandolo libero di muoversi sotto forze esterne.
Come viene realizzato il circuito Safe Torque Off STO SIL3?
La figura 3 illustra il progetto che implementa la funzionalità Safe Torque Off (STO) utilizzando segnali STO isolati a doppio canale che abilitano o disabilitano l'alimentazione (VCC) al gate-driver del circuito integrato (IC) tramite interruttori di carico che forniscono un'opzione ridondante. Per garantire un elevato grado di sicurezza, due ingressi ridondanti e indipendenti sono implementati nell'hardware.
Il circuito STO Safe Torque Off è progettato in modo tale che un guasto ad un ingresso di controllo non influisca sulla capacità dell'altro di impedire l'avviamento del motore (tolleranza di singolo guasto).
Figura 3: come viene implementata la funzionalità Safe Torque Off STO/ SIL3 negli azionamenti Ever Elettronica
Questo design implementa le funzionalità Safe Torque Off (STO) utilizzando segnali STO a doppio canale isolati che abilitano o disabilitano l'alimentazione (VCC) al circuito integrato (IC) del gate-driver tramite interruttori di carico che forniscono un'opzione ridondante.
Per garantire un elevato grado di sicurezza, nell'hardware sono implementati due canali di controllo STO Safe Torque Off indipendenti.
Il circuito STO Safe Torque Off è progettato in modo che un guasto in un canale di controllo non influisca sulla capacità dell'altro canale di impedire l'avvio del convertitore (tolleranza al guasto singolo).
L’implementazione della funzionalità Safe Torque Off STO funziona con logica negativa, disattivando lo stadio di potenza di default.
Per attivare lo stadio di potenza, e quindi consentire il funzionamento del motore, entrambi gli ingressi differenziali devono essere alimentati.
Questi ingressi attivano due opto-accoppiatori che alimentano i Gate-Drivers che controllano lo stadio di potenza.
Se gli ingressi STO Safe Torque Off non sono alimentati, anche i transistor dello stadio di potenza vengono spenti perché i Gate-Driver che controllano il ponte del motore non avranno alimentazione.