網(wǎng)絡(luò)布線上的安全扭矩斷開的制作方法
【專利摘要】一種用于提供使用用于發(fā)出控制信號的通信線路的安全扭矩斷開信號的系統(tǒng)和方法。能夠提供單個通道的安全扭矩斷開信號作為與兩組雙絞線交叉的直流電壓或交流電壓。另外，能夠使用與兩組雙絞線交叉的直流電壓和交流電壓來提供兩種安全扭矩斷開信號。
【專利說明】網(wǎng)絡(luò)布線上的安全扭矩斷開
【背景技術(shù)】
[0001]機器可以利用經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)連接在一起的電子電動機驅(qū)動器以及其它致動器而被自動化。控制和監(jiān)控信號橫穿網(wǎng)絡(luò)，這就使得機器的布線簡單化。電子電動機驅(qū)動器包括諸如伺服電動機的電動機，控制電子設(shè)備以及相關(guān)的電子和電子機械元件，例如反饋裝置、機械制動器、網(wǎng)絡(luò)接口、診斷裝置等等。機器的整體協(xié)調(diào)通常通過在主控制器上運行控制程序而被獲得，主控制器向電子電動機驅(qū)動器以及其它致動器發(fā)送命令并且類似地從所述驅(qū)動器和致動器接收位置和狀態(tài)信息。為了便于說明，電子電動機驅(qū)動器及其它致動器在這里將被稱作從動裝置(slave devices)。
[0002]除了主控制器和所有從動裝置之間傳送命令和狀態(tài)信息的布線之外，還期望具有硬連接線連接衣可靠地確保沒有電力流到電動機從而啟動稱為安全扭矩斷開(STO)狀態(tài)的狀態(tài)。所謂的混合電纜，具有用于命令和狀態(tài)信息以及發(fā)出STO信號的分開的信號線，通常使用該混合電纜，從而從主控制器向從動裝置設(shè)置單個電纜束。當(dāng)然，混合電纜可以包括用于向從動裝置供給電力的電源線，還包括支持其它功能的其它信號線。
[0003]混合電纜的使用意味著，在機器中必須有訪問點，以將網(wǎng)絡(luò)、STO信號及其它信號結(jié)合到混合電纜中。在這里將使用術(shù)語STO訪問點來表示該訪問點。由于網(wǎng)絡(luò)必須通過STO訪問點，因此訪問點包括任何必要的網(wǎng)絡(luò)功能，例如網(wǎng)絡(luò)中繼器，網(wǎng)絡(luò)集線器或者網(wǎng)絡(luò)交換器。
[0004]圖1圖解典型的分散型驅(qū)動器布置，在該典型的分散型驅(qū)動器布置中，STO訪問點110被耦接到多個從動裝置150A-150C。STO訪問點110還結(jié)合至少一個網(wǎng)絡(luò)接口 115，從而可以連接到主控制器100及其它網(wǎng)絡(luò)裝置。STO訪問點110具有至少一個混合端口 130A，該混合端口 130A經(jīng)由混合電纜105A被直接聯(lián)接到從動裝置150A。從動裝置150A經(jīng)由混合電纜105B被耦接到從動裝置150B，然后從動裝置150B經(jīng)由混合電纜105C被耦接到從動裝置150C。從動裝置150A-150C的這種連接布置通常被稱為菊花鏈(daisy-chain)。STO訪問點110還包括用于接收STO命令160A的STO輸入端口 190A和用于基于從從動裝置150A-150C接收的信息輸出STO診斷信號170A的STO診斷端口 180A。與現(xiàn)代的自動實際操作相一致，命令信號從主控制器100被向下發(fā)送到STO訪問點110，STO訪問點110在用于傳輸?shù)綇膭友b置150A-150C的混合電纜105A的分開的信號線上結(jié)合它們。類似地，從每個從動裝置返回通過STO訪問點110接收的反饋信號。STO訪問點從專用STO線去除STO診斷信息并且使其它的反饋信號通過到主控制器100。
[0005]盡管圖1顯示安全扭矩斷開(Safe Torque Off)命令信號160A出現(xiàn)于STO訪問點110的STO端口 190A并且單個診斷信號170A從STO診斷端口 180A被傳輸，但是將會認(rèn)識到，為了實現(xiàn)最高水平的安全完整性，可以實現(xiàn)第二個獨立的安全扭矩斷開命令信號和相關(guān)的診斷信號。
[0006]圖2是以常規(guī)的分散驅(qū)動器布置的控制信號通信的方框圖。網(wǎng)絡(luò)物理層為這樣的類型:信號通過從附接到一個網(wǎng)絡(luò)端口的線首先接收信號然后將信號再傳輸?shù)搅硪粋€網(wǎng)絡(luò)端口，從一個從動裝置被轉(zhuǎn)換到下一個相鄰的從動裝置，這種網(wǎng)絡(luò)物理層的實例為100BASE-TX (IEEE802.3ul995)。因此，盡管圖2和隨后的附圖分別圖解上游和下游的雙絞線(twi sted pairs )，但是這些雙絞線將是相同布線的部分，相同布線被設(shè)置成在通用網(wǎng)絡(luò)端口處的通用連接器處終止。不管從動裝置的功能，任何兩個從動裝置之間的網(wǎng)絡(luò)鏈路的結(jié)構(gòu)都是相同的。每個鏈路都具有下游的一半和上游的一半。在圖2中，下游的一半包含發(fā)射機電路202A、傳輸隔離變壓器204A、混合電纜(105A-105C中的任何一個)內(nèi)部的雙絞線導(dǎo)體206A、接收隔離變壓器222A和接收器電路224A。類似地，在圖2中，上游的一半包含發(fā)射機電路202B、傳輸隔離變壓器204B、混合電纜(105A-105C中的任何一個)內(nèi)部的雙絞線的導(dǎo)體206B、接收隔離變壓器222B和接收器電路224B。
[0007]網(wǎng)絡(luò)的每個鏈路攜帶只關(guān)于相鄰的從動裝置的控制信號信息。為了允許信息到達(dá)進(jìn)一步的從動裝置，每個從動裝置包含向下一個鏈路轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)信息的數(shù)字轉(zhuǎn)接電路(digital repeater circuit)。因此,如圖2所示,從動裝置150A包括數(shù)字電路226B,數(shù)字電路226B將網(wǎng)絡(luò)信息從接收器電路224A轉(zhuǎn)發(fā)到發(fā)射機電路202C。類似地，數(shù)字電路226B將通過接收器電路224D從下游的從動裝置接收的網(wǎng)絡(luò)信息轉(zhuǎn)發(fā)到發(fā)射機電路202B用于傳輸?shù)絊TO訪問點110。
[0008]當(dāng)有必要在機器被通電的同時維修機器時，可能有多次，并且在任何從動裝置能夠引起損害的機器中，維修人員將需要從動裝置的電動機驅(qū)動部分不能運轉(zhuǎn)的保證。通常利用稱為安全扭矩斷開(ST0，參見IEC61800-5-2)的技術(shù)來提供這種保證。如那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員所認(rèn)識到的，安全扭矩斷開表示從動電動機驅(qū)動不能運轉(zhuǎn)的可證明的安全完整性水平，并且這種安全完整性水平通常由政府機構(gòu)或者認(rèn)證組織證明。
[0009]如圖2所示，安全扭矩斷開信號通常利用專用于此目的的分開的一對線而獲得。具體地，基于STO命令160A，專用線290和291將電壓從STO訪問點110中的安全扭矩斷開端口 190A攜帶到菊花鏈中的從動裝置150A-150C。將認(rèn)識到，STO命令160A通常為通過外部電源提供的直流電壓。當(dāng)在專用線上沒有攜帶電壓時，于是每個從動裝置將它本身設(shè)置成其中電動機是不能使用的安全扭矩斷開狀態(tài)。為了在從動裝置150A到150C的菊花鏈中啟動電動機驅(qū)動器，電勢必須被應(yīng)用于線290和291之間，通常的工業(yè)實際操作為此目的會使用24V直流。
[0010]為了達(dá)到最高水平的安全完整性，有必要監(jiān)控每個從動裝置處的STO電路，從而驗證沒有從動裝置被啟動。在功能安全的語言中，眾所周知的為提供診斷覆蓋率(Diagnostic Coverage)。通常的實現(xiàn)方式是為STO診斷信號(例如，圖2中的272和273)提供一對專用的線。從動裝置被連接在一起以便共用單個STO控制線(例如圖1中的150A、150B和150C)，因為如果從STO訪問點110發(fā)出的STO信號未被激勵，然后所有的從動裝置應(yīng)該都是不能使用的(即，處于安全扭矩斷開狀態(tài))，所以它們還可以共用單個STO診斷信號，并且如果有任何從動裝置保持啟動的危險狀況存在，則STO診斷信號可以為線或(wire-ORed),即，邏輯上或(logically ORed)?

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]STO信號所需要的功率通常為I瓦特，并且合理的電壓對于每個從動裝置具有近似50mA的電流，因此二十個從動裝置的菊花鏈需要額定電流為IA的STO導(dǎo)體。相反，對于每個菊花鏈，用于STO診斷信號的電流大概為10mA。因此，能夠看出，在電纜尺寸、剛性和成本方面，使用離散導(dǎo)體用于STO信號比相關(guān)聯(lián)的STO診斷信號具有更大的損失，特別地如STO導(dǎo)體必須被封裝在屏蔽罩中以防止相鄰導(dǎo)體的絕緣失效。
[0012]從STO訪問點到從動裝置在一對專用線上攜帶安全扭矩斷開信號增加從STO訪問點到從動裝置以及每個從動裝置之間的全部布線束的成本、尺寸、重量和剛性。因此，本發(fā)明的典型實施例處理用于通過重新使用現(xiàn)存的控制信號電纜攜帶安全扭矩斷開信號的常規(guī)技術(shù)的這個及其它不足之處。本發(fā)明在網(wǎng)絡(luò)物理層攜帶安全扭矩斷開信號，從而它無關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此允許以許多不同類型的分散驅(qū)動控制布置而容易地實現(xiàn)本發(fā)明。
[0013]當(dāng)連通附圖考慮時，本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點和新穎性特點將從以下的發(fā)明的詳細(xì)說明中變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是常規(guī)分散驅(qū)動布置的方框圖；
[0015]圖2是以常規(guī)的分散驅(qū)動布置的控制信號通信的方框圖；
[0016]圖3是根據(jù)本發(fā)明的典型實施例通過網(wǎng)絡(luò)電纜傳輸?shù)陌踩ぞ財嚅_命令的方框圖；
[0017]圖4是根據(jù)本發(fā)明的典型實施例結(jié)合安全扭矩斷開的低側(cè)門驅(qū)動器電路的電路圖；
[0018]圖5是根據(jù)本發(fā)明的典型實施例對于通過網(wǎng)絡(luò)電纜使用交流電傳輸安全扭矩斷開命令的替代方案的方框圖；
[0019]圖6是根據(jù)本發(fā)明的典型實施例結(jié)合安全扭矩斷開的高側(cè)門驅(qū)動器電路的電路圖；
[0020]圖7是根據(jù)本發(fā)明的典型實施例通過網(wǎng)絡(luò)電纜傳輸?shù)淖鳛橹绷麟妷汉妥鳛榻涣麟妷旱膬煞N安全扭矩斷開命令的方框圖；和
[0021]圖8是根據(jù)本發(fā)明的典型實施例通過網(wǎng)絡(luò)電纜傳輸?shù)淖鳛橄鄬τ诨鶞?zhǔn)電勢的共模信號的作為直流電壓和作為交流電壓的兩種安全扭矩斷開命令的方框圖。
【具體實施方式】
[0022]圖3是根據(jù)本發(fā)明的典型實施例的分散驅(qū)動布置的方框圖。分散驅(qū)動布置可以以圖1中所示的方式被布置，也可以包括與如上所述的圖2有關(guān)的類似的部件。因此，圖2和圖3中具有相同附圖標(biāo)號的元件將具有類似的功能。
[0023]STO訪問點110包括用于使用通信網(wǎng)絡(luò)向從動裝置發(fā)送控制信號和從從動裝置接收控制信號的電路202A和224B。圖3中的布置進(jìn)一步通過在下游雙絞線206A和上游雙絞線206B之間以不同的方式施加隔離的直流(DC)信號來提供安全扭矩斷開信號。具體地，直流電壓源被應(yīng)用于變壓器204A的輸出側(cè)和變壓器222B的輸入側(cè)的中間抽頭。這個直流電壓被貯存在雙絞線206A和206B并且在接收器224A之前的變壓器222k的輸入側(cè)以及在發(fā)送器202B之后的變壓器204B的輸出側(cè)被訪問。具體地，橋式整流器350被耦接到變壓器222k的輸入側(cè)和變壓器204B的輸出側(cè)的中間抽頭以使得直流電壓通過低側(cè)門驅(qū)動器電路354，如果低側(cè)門驅(qū)動器電路354未被激勵，則激活安全扭矩斷開狀態(tài)。應(yīng)該認(rèn)識到，橋式整流器350確保一致的極性。低側(cè)門驅(qū)動器電路354能夠以類似于圖4所示的方式被布置，下面將更詳細(xì)地描述。
[0024]安全扭矩斷開信號通過濾波器390A和390B而被傳遞到隨后的從動裝置。具體地，濾波器390A被耦接到變壓器222A的輸入線圈中間抽頭，和變壓器204C的輸出線圈的中間抽頭，并且同樣地，過濾器390B被耦接到變壓器222D的輸入線圈的中間抽頭，和變壓器204B的輸出線圈的中間抽頭。濾波器具有低通特征并且它們阻斷諸如干擾的高頻信號，但是允許低頻的安全扭矩斷開信號不受阻礙地通過。因此，安全扭矩斷開信號然后在雙絞線206C和206D上被傳遞到菊花鏈中的下一個從動裝置。應(yīng)該認(rèn)識到，僅包括濾波器390A和390B以增強電磁兼容性(EMC)，并且222A的中間抽頭可以被直接聯(lián)接到204C的中間抽頭且204B的中間抽頭可以被直接聯(lián)接到222D的中間抽頭。應(yīng)該進(jìn)一步認(rèn)識到，濾波器390A和390B可以被包括在諸如共模濾波器的單個部件中。
[0025]因為直流電壓作為共模電壓被供應(yīng)到雙絞線206A和206B的每一個中，所以不會表現(xiàn)為信號分別穿過變壓器222k和222B的輸入線圈，從而不會分別出現(xiàn)于接收器224A和224B。因此，安全扭矩斷開信號不會干涉貯存在這些雙絞線上的上游和下游的控制信號。
[0026]圖3的布置還將診斷反饋信號提供給指示安全扭矩斷開是否不能使用的STO訪問點。具體地，光電稱合器370被激勵(即,輸入光電二極管被傳導(dǎo)并且輸出晶體管384也被傳導(dǎo))，因此允許電流從電壓源376流出到電阻378中，從電阻378流出經(jīng)由光電耦合器370的晶體管返回到光電稱合器380的光電二極管382。光電稱合器380的晶體管384允許電流流入在STO訪問點110以外的診斷信號170A。
[0027]應(yīng)該認(rèn)識到，在直流電源303以與圖3所示的相反方式，例如通過錯誤布線電纜206A和206B被連接的情況下，設(shè)置整流器350，并且可以被省略。盡管未在圖3中顯示，應(yīng)該認(rèn)識到，從動裝置150A在與圖2有關(guān)的如上所述發(fā)送器和接收器之間包括類似的數(shù)字電路和包轉(zhuǎn)發(fā)功能。
[0028]圖4是圖3的門驅(qū)動器電路354的電路圖。元件452是隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器，左手側(cè)上的輸入經(jīng)由整流器350通過STO信號被加電。直流-直流轉(zhuǎn)換器452負(fù)輸出終端被連接到局部OV導(dǎo)軌430。直流-直流轉(zhuǎn)換器452的正輸出終端產(chǎn)生與電容423交叉(across)的局部供應(yīng)導(dǎo)軌VSTO—OT_SIDE。電阻426確保當(dāng)直流-直流轉(zhuǎn)換器452停止被激勵時，與電容423交叉的直流供應(yīng)導(dǎo)軌Vsto OT_SIDE將在預(yù)定時間間隔內(nèi)衰減到無效電平。當(dāng)電動機正在運轉(zhuǎn)時，脈沖寬度調(diào)節(jié)(PWM)控制信號經(jīng)由電阻陣列427從電動機控制邏輯電路418被發(fā)送到三通道緩沖器416，反過來擦光輪416經(jīng)由電阻陣列428和電阻陣列429驅(qū)動三通道緩沖器420。因此來自電動機控制邏輯電路的信號到達(dá)門驅(qū)動器集成電路(10422，從而在IGBT模塊412中分別打開低側(cè)IGBTAH1JH2JH3t5當(dāng)直流-直流轉(zhuǎn)換器452的輸入側(cè)停止被激勵時，供應(yīng)電壓Vsra OT_SIDE衰減到零并且因此緩沖器416未被供電。電阻陣列428確保緩沖器420呈現(xiàn)為邏輯低，因此門驅(qū)動器IC422斷開低側(cè)IgBTAH1JH2JH3，從而確保電動機不會被驅(qū)動。電阻排列427和429確保當(dāng)導(dǎo)軌Vstc OT_SIDE斷開時，電動機控制邏輯電路不會給緩沖器416供電。電阻排列427和429具有金屬電極無引線面(MELF)構(gòu)造，在將要是危險的故障條件的電路中，這種構(gòu)造在短路的條件下提供防止故障的高可靠性。
[0029]低側(cè)門驅(qū)動器電路354的第二個方面是診斷功能:當(dāng)與電容423交叉的直流供電導(dǎo)軌VSTO—OT_SIDE被建立時，電路并不處于安全扭矩斷開的狀態(tài)并且電流從VSTO—OT_SIDE導(dǎo)軌流過齊納二極管419、電阻420和光電耦合器421的光電二極管，從而反過來使得電流從3.3V直流供電導(dǎo)軌經(jīng)由電阻415和光電稱合器370的光電二極管和光電稱合器421的光電晶體管，從而反過來允許電流流入線272和273中。對于電動機控制邏輯電路418 (例如ASIC、FPGA或者微控制器)監(jiān)控STO診斷信號是有用的，從而用于每個從動裝置的信號能夠經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)通過主控制器100被檢驗，因此能夠確定未處于安全扭矩狀態(tài)的從動裝置或者多個從動裝置。為了達(dá)到這個目標(biāo)，稱作ST0_STATUS_L0W-SIDE的信號425出現(xiàn)于電動機控制邏輯電路418，從而反過來經(jīng)由其它電路226B被連接到網(wǎng)絡(luò)(在圖3或者圖4中未顯示連接)?？傊?，激勵中的直流-直流轉(zhuǎn)換器452啟動低側(cè)IgBTAH1JH2WH3以被驅(qū)動并且允許診斷電流流入線272和273。
[0030]圖5是根據(jù)本發(fā)明的典型實施例的另一種分散驅(qū)動布置的方框圖。這樣的分散驅(qū)動布置使用交流電流(AC)電壓源來提供安全扭矩斷開信號。具體地，直流電壓源被供應(yīng)到直流-交流變流器503，該直流-交流變流器503將交流電壓施加到變壓器204A的輸出側(cè)的中間抽頭并且施加到變壓器222B的輸入側(cè)的中間抽頭。
[0031]交流電壓在雙絞線206A和206B中傳播并且在接收器224A之前的變壓器222A的輸入側(cè)的中間抽頭以及在發(fā)送器202B之后的變壓器204B的輸出側(cè)被訪問。具體地，變壓器初級線圈560被連接在所述中間抽頭之間。變壓器輸出線圈561被耦接到高側(cè)門驅(qū)動器電路554。高側(cè)門驅(qū)動器電路554能夠以類似于圖6所示的方式被布置，下面將更詳細(xì)地描述。因為交流電壓作為共模信號被施加到雙絞線206A以及雙絞線206B，所以并不出現(xiàn)穿過變壓器222A和222B的線圈，因此安全扭矩斷開信號不會干涉貯存在這些雙絞線的上游和下游的控制信號。
[0032]另外，電容563能夠穿過變壓器初級線圈560 (或者輸出線圈561或者輸出線圈562)被適配，變壓器初級線圈560的大小被設(shè)計成可以提高從變流器503流出的交流安全扭矩斷開信號的功率因素。
[0033]第三變壓器線圈562使得安全扭矩斷開信號通過到下游的從動裝置。具體地，線圈562被耦接到在發(fā)送器202C之后的變壓器204C的輸出線圈的中間抽頭，并且被連接到接收器224D之前的變壓器222D的輸入線圈的中間抽頭。因此，安全扭矩斷開信號然后在雙絞線206C和206D上被傳遞到菊花鏈中的下一個從動裝置。
[0034]作為利用第三變壓器線圈562使得交流信號通過到下游裝置的另一種方法，將變壓器222k的中間抽頭連接到變壓器204C的中間抽頭并且將變壓器204B的中間抽頭連接到變壓器222D的中間抽頭同樣是可實行的，所述連接可以是直接的或者它們可以像圖3那樣通過濾波器390A和390B進(jìn)行連接。
[0035]圖5中的布置包括以類似于圖3中的布置的方式操作的診斷反饋信號，因此將不再重復(fù)提供反饋信號的元件的詳細(xì)說明。另外，盡管在圖5中未圖示，但是布置在STO訪問點和在與圖2有關(guān)的如上所述的從動裝置處包括類似的控制電路。
[0036]圖6是根據(jù)本發(fā)明的典型實施例的高側(cè)門驅(qū)動器電路654的電路圖。當(dāng)變壓器初級線圈560以交流信號出現(xiàn)時，對應(yīng)的交流信號將出現(xiàn)穿過次級線圈561。這樣的信號通過整流器650被整流以建立與電容623交叉的直流供應(yīng)導(dǎo)軌Vstq HrcH_SIDE。電阻624確保當(dāng)線圈560停止被激勵時，與電容623交叉的直流供應(yīng)導(dǎo)軌Vstc HKH_SIDE在預(yù)定時間間隔內(nèi)衰減到無效電平。當(dāng)電動機正在運轉(zhuǎn)時，PWM控制信號從電動機控制邏輯電路618 (例如，ASIC、FPGA或者微控制器)被發(fā)送到三通道集電極開路緩沖器616，從而使得對應(yīng)的電流流入光電二極管6061、6062、6063和電阻602、602、602在與隔離15V電源6101、6102、6103結(jié)合的IGBT模塊612中，分別打開光電稱合器的輸出晶體管608^608^608^從而分別打開IGBTeH1AH2AH315當(dāng)線圈560未被驅(qū)動時，供應(yīng)電壓Vsto HrcH_SIDE衰減到零并且沒有電流流入電阻6021、6022、6023中，從而斷開所有的高壓側(cè)IGBTeH1AH2JH3，因此確保電動機不會被驅(qū)動。低側(cè)門驅(qū)動器電路554的第二方面為診斷功能，診斷功能與圖4的功能相同，此處將不再進(jìn)一步描述?？傊?，激勵的變壓器初級線圈560使得高壓側(cè)IGBTeH1AH2AH3被驅(qū)動并且允許診斷電流流入線572和573。
[0037]圖7是根據(jù)本發(fā)明的典型實施例的另一種分散驅(qū)動布置的方框圖。這樣的布置向每個從動裝置提供兩種安全扭矩斷開信號，一種信號使用交流，另一種信號使用直流。具體地，第一 STO命令信號160A供應(yīng)直流-直流轉(zhuǎn)換器303，直流-直流轉(zhuǎn)換器303被耦接到變壓器204A的輸出線圈的中間抽頭和直流-交流變流器503。第二 STO命令信號160B供應(yīng)直流-交流變流器503，直流-交流變流器503被耦接到變壓器222B的輸出線圈的中間抽頭和直流-直流轉(zhuǎn)換器303。將認(rèn)識到，像STO命令信號160A，STO命令信號160B為從外部電源生成的直流電壓。這樣的布置建立具有交流和直流分量的復(fù)合安全扭矩斷開信號，控制雙絞線206A的共模電壓與雙絞線206B的共模電壓之間的電壓差。沒有一個雙絞線將受到從交流和直流安全扭矩斷開信號產(chǎn)生的微分信號，因此網(wǎng)絡(luò)信號將不會被干擾。
[0038]交流和直流安全扭矩斷開信號在從動裝置150A處被訪問，被傳遞到裝置的門驅(qū)動器電路和下一個從動裝置。具體地，對于直流安全扭矩斷開信號，整流器350被耦接到變壓器204B的輸出線圈的中間抽頭和變壓器222B的輸入線圈的中間抽頭。為了去除交流分量，整流器350被串聯(lián)耦接到一對電感790和791。橋式整流器350的另一個輸入被返回到變壓器204B的中間抽頭，橋式整流器350的輸出被傳遞到低側(cè)門驅(qū)動器電路354。門驅(qū)動器電路354能夠以與圖4所示的類似方式被布置。門驅(qū)動器電路354使用光電耦合器370以將診斷信號經(jīng)由線272和273傳遞回到STO診斷電路381A。
[0039]對于交流安全扭矩斷開信號，變壓器560被直接耦接到變壓器204B的輸出線圈的中間抽頭并且經(jīng)由直流阻塞電容793和794被連接到變壓器222k的輸入線圈的中間抽頭。變壓器線圈560經(jīng)由變壓器線圈次級線圈561被耦接到高側(cè)門驅(qū)動器電路554。高側(cè)門驅(qū)動器電路554能夠以與圖6所示的類似方式被布置。門驅(qū)動器電路554使用光電耦合器570以將診斷信號經(jīng)由線272和273傳遞回到STO診斷電路381B。另外，盡管在圖7中未圖示，但是布置在STO訪問點和在與圖2有關(guān)的如上所述的從動裝置處包括類似的控制電路。交流和直流安全扭矩斷開信號以與圖3相同的方式經(jīng)由濾波器390A和390B被傳遞到下一個從動裝置。
[0040]盡管圖7圖解串聯(lián)的兩個阻塞電容793和794以提高可靠性，但是本發(fā)明也能夠利用僅一個電容或者兩個以上的電容來實現(xiàn)。盡管圖7圖解串聯(lián)的兩個阻塞電感790和791以提高可靠性，但是本發(fā)明也能夠利用僅一個電感或者兩個以上的電感來實現(xiàn)。應(yīng)該認(rèn)識到，使用電感790和791僅僅是從直流路徑消除交流分量的一種方式，并且也可以應(yīng)用其它技術(shù)來獲得相同的結(jié)果。
[0041]盡管圖5和圖7圖解使用圖6的高側(cè)門驅(qū)動器電路554的交流STO信號完成的安全扭矩斷開，但是也能夠代替使用圖4的低側(cè)門驅(qū)動器電路354。類似地，盡管圖3和圖7圖解使用直流STO信號以使用低側(cè)門驅(qū)動器電路354來完成安全扭矩斷開，但是也能夠代替使用圖6所述的高側(cè)門驅(qū)動器電路554。
[0042]盡管在上述圖中未具體顯示，但是應(yīng)該認(rèn)識到主控制器和從動裝置包括傳輸?shù)絻蓚€雙絞線和從兩個雙絞線接收的網(wǎng)絡(luò)接口。這種借口例如可以是以太網(wǎng)接口。因此，如上所述，雙絞線將在雙絞線的每個終端側(cè)處的單個以太網(wǎng)連接器處終止。
[0043]在圖3、5和7中，STO信號或者多個信號被連接在雙絞線的中間抽頭以提供接地的平衡位移，從而提供良好的電磁兼容性(EMC)。換句話說，可以連接到變壓器204A和222A的下端。
[0044]在圖3、5和7中，STO信號或者多個信號已經(jīng)被應(yīng)用于雙絞線之間，像允許雙絞線相對于地面浮動，從而向共模干擾提供良好的抗干擾性。換句話說，可以應(yīng)用STO信號作為相對于諸如地面的基準(zhǔn)電勢的共模信號，在圖8中圖解所有其它方面與圖7相同。應(yīng)用相對于基準(zhǔn)電勢的共模信號允許在網(wǎng)絡(luò)中使用交流和直流STO信號，其中網(wǎng)絡(luò)僅具有一個雙絞線，例如RS-485多點(mult1-drop)網(wǎng)絡(luò)。
[0045]STO訪問點是這樣的點:在該點處STO信號或者多個信號被供應(yīng)到網(wǎng)絡(luò)并且從該點提供STO診斷信號或者多個信號，STO訪問點的功能能夠被包括在個別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中或者能夠與其它功能相結(jié)合；例如在主控制器內(nèi)或者在從動裝置內(nèi)。
[0046]本發(fā)明的安全扭矩斷開技術(shù)也能夠利用美國專利申請N0._ (代
理案件N0.105644.63510US)中公開的供電技術(shù)而被使用，名稱為“去除驅(qū)動互連方案的電源(Power Source to Remote Drive Interconnection Scheme)，，，與本發(fā)明在同一日期提交，并且其全部公開內(nèi)容通過引用而清楚地結(jié)合在本文中。
[0047]通過重新使用用于在STO訪問點和從動裝置之間發(fā)出控制信號的雙絞線以攜帶安全扭矩斷開信號，與使用分開的線來攜帶安全扭矩斷開信號的常規(guī)方法相比，本發(fā)明減少線的數(shù)目以及相關(guān)聯(lián)的費用。另外，通過在物理層處提供安全扭矩斷開信號，本發(fā)明的安全扭矩斷開信號為不可知的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，從而允許以許多不同類型的分散驅(qū)動控制布置而容易地實現(xiàn)本發(fā)明。
[0048]上述公開僅用于說明本發(fā)明，而非用于限定本發(fā)明。所述【技術(shù)領(lǐng)域】的人結(jié)合本發(fā)明的實質(zhì)和本質(zhì)可以很容易想到對所公開實施例的修改，所以本發(fā)明應(yīng)該被解釋為包括附加權(quán)利要求及其等效替換范圍內(nèi)的所有內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，其特征在于，包含: 主控制器； 第一從動電動機驅(qū)動器，所述第一從動電動機驅(qū)動器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)被耦接到STO訪問點；和 安全扭矩斷開(ST0)訪問點，所述安全扭矩斷開(ST0)訪問點經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)被耦接到所述主控制器和所述第一從動電動機驅(qū)動器，其中，所述STO訪問點包括 第一和第二物理接口，所述第一和第二物理接口被耦接到所述第一從動電動機驅(qū)動器； 第一變壓器和第二變壓器，所述第一變壓器被耦接到所述第一物理接口并且所述第二變壓器被耦接到所述第二物理接口，其中，電源被耦接到所述第一變壓器的輸出線圈和所述第二變壓器的輸入線圈；和 網(wǎng)絡(luò)接口，所述網(wǎng)絡(luò)接口被耦接到所述第一變壓器的所述輸出線圈和所述第二變壓器的所述輸入線圈，并且能夠經(jīng)由所述網(wǎng)絡(luò)連接到所述第一從動電動機驅(qū)動器，以將來自所述電源的電力供應(yīng)到所述從動電動機驅(qū)動器， 其中，由所述電源供應(yīng)的電力為安全扭矩斷開信號。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電源為所述主控制器外部的直流電源。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，供應(yīng)到所述第一從動電動機驅(qū)動器的所述電力為直流電力。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，供應(yīng)到所述第一從動電動機驅(qū)動器的所述電力為交流電力，并且所述STO訪問點進(jìn)一步包含直流到交流變流器，所述直流到交流變流器將所述電源耦接到所述第一變壓器和所述第二變壓器的輸出線圈。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一從動電動機驅(qū)動器包括耦接到接收器的接收變壓器和耦接到發(fā)送器的發(fā)送變壓器，其中，所述第一從動電動機驅(qū)動器包括耦接到所述接收變壓器和所述發(fā)送變壓器的電容，并且其中，所述電容的大小為控制供應(yīng)到所述第一從動電動機驅(qū)動器的交流電力的功率因素。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括第二從動電動機驅(qū)動器，所述第一電動機驅(qū)動器包括第一發(fā)送和接收變壓器以及第二發(fā)送和接收變壓器，并且所述安全扭矩斷開信號經(jīng)由第一濾波器從所述第一接收變壓器被傳遞到所述第一發(fā)送變壓器，并且所述安全扭矩斷開信號經(jīng)由第二濾波器從所述第二發(fā)送變壓器被傳遞到所述第二接收變壓器。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括第二從動電動機驅(qū)動器，所述第一電動機驅(qū)動器包括第一發(fā)送和接收變壓器以及第二發(fā)送和接收變壓器，并且所述安全扭矩斷開信號經(jīng)由共模濾波器從所述第一接收變壓器被傳遞到所述第一發(fā)送變壓器，并且所述安全扭矩斷開信號經(jīng)由所述共模濾波器從所述第二發(fā)送變壓器被傳遞到所述第二接收變壓器。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括第二從動電動機驅(qū)動器，所述第一電動機驅(qū)動器包括第一發(fā)送和接收變壓器以及第二發(fā)送和接收變壓器，并且所述安全扭矩斷開信號經(jīng)由第三變壓器的第一輸出線圈從所述第一接收變壓器被傳遞到所述第一發(fā)送變壓器，并且所述安全扭矩斷開信號經(jīng)由所述第三變壓器的第二輸出線圈從所述第二發(fā)送變壓器被傳遞到所述第二接收變壓器。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，供應(yīng)到一個以上的從動電動機驅(qū)動器的所述電力為直流和交流電力，所述STO訪問點進(jìn)一步包含: 直流到直流轉(zhuǎn)換器，所述直流到直流轉(zhuǎn)換器被耦接到第一直流電源； 直流到交流變流器，所述直流到交流變流器被耦接到第二直流電源， 其中，所述直流到直流轉(zhuǎn)換器的一個輸出被耦接到所述第一變壓器的所述輸出線圈，并且所述直流到交流轉(zhuǎn)換器的第二輸出被耦接到所述直流到交流變流器的輸出，并且其中，所述直流到交流變流器的第二輸出被耦接到所述第二變壓器的所述輸入線圈。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，供應(yīng)到一個以上的從動電動機驅(qū)動器的所述電力為直流和交流電力，所述STO訪問點進(jìn)一步包含: 直流到直流轉(zhuǎn)換器，所述直流到直流轉(zhuǎn)換器被耦接到第一直流電源； 直流到交流變流器，所述直流到交流變流器被耦接到第二直流電源， 其中，所述直流到直流轉(zhuǎn)換器變流器的一個輸出被耦接到所述第一變壓器的所述輸出線圈，并且所述直流到直流轉(zhuǎn)換器的第二輸出接地，并且， 其中，所述直流到交流變流器的第一輸出接地且第二輸出被連接到所述第二變壓器的所述輸入線圈。
11.一種從動電動機驅(qū)動器，其特征在于，包含: 第一變壓器，所述第一變壓器被耦接到第一物理接口 ； 第二變壓器，所述第二變壓器被耦接到第二物理接口 ； 部件，所述部件被連接到所述第一變壓器的輸入線圈的中間抽頭以及所述第二變壓器的輸出線圈的中間抽頭；和 安全扭矩斷開電路，所述安全扭矩斷開電路被耦接到所述部件，控制電力是否被供應(yīng)到所述從動電動機驅(qū)動器的電動機驅(qū)動器， 其中，所述部件從所述第一變壓器和所述第二變壓器去除引入的安全扭矩斷開電壓，并且將去除的引入的電壓供應(yīng)到所述安全扭矩斷開電路。
12.如權(quán)利要求11所述的從動電動機驅(qū)動器，其特征在于，所述引入的電壓為直流電壓。
13.如權(quán)利要求12所述的從動電動機驅(qū)動器，其特征在于，所述部件為整流器，所述整流器經(jīng)由直流到直流轉(zhuǎn)換器被耦接到所述安全扭矩斷開電路。
14.如權(quán)利要求11所述的從動電動機驅(qū)動器，其特征在于，所述引入的電壓為交流電壓。
15.如權(quán)利要求14所述的從動電動機驅(qū)動器，其特征在于，所述部件為經(jīng)由整流器被耦接到所述安全扭矩斷開電路的變壓器。
16.如權(quán)利要求11所述的從動電動機驅(qū)動器，其特征在于，所述引入的電壓為直流和交流電壓。
17.如權(quán)利要求16所述的從動電動機驅(qū)動器，其特征在于，所述安全扭矩斷開電路包括直流安全扭矩斷開電路和 交流安全扭矩斷開電路，所述部件包括被耦接到所述直流安全扭矩斷開電路的直流分量和被耦接到所述交流安全扭矩斷開電路的交流分量。
18.如權(quán)利要求17所述的從動電動機驅(qū)動器，其特征在于，所述直流分量包括整流器，所述整流器被并聯(lián)耦接到電容和所述第一變壓器的所述輸入線圈的所述中間抽頭以及所述第二變壓器的所述輸出線圈的所述中間抽頭。
19.如權(quán)利要求17所述的從動電動機驅(qū)動器，其特征在于，所述交流電路包括變壓器，所述變壓器與一對電容串聯(lián)地被耦接到所述第一變壓器的所述輸入線圈的所述中間抽頭以及所述第二變壓器的所述輸出線圈的所述中間抽頭。
【文檔編號】H02P1/04GK103918172SQ201280041020
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月22日
【發(fā)明者】羅伯特·皮爾斯, 喬治·B·楊特 申請人:寇爾摩根公司