伺服驱动器STO功能详解与应用指南

  STO（Safe Torque Off，安全转矩禁止）是一种符合功能安全要求的硬件级安全功能，也是现代伺服驱动器和步进驱动器中基础且应用广泛的安全功能之一。当STO功能被激活时，驱动器内部的安全电路会立即切断功率输出级，使电机无法产生驱动转矩，从而实现安全停机。由于 STO 直接作用于硬件电路，而非依赖软件控制，因此即使控制系统发生故障，也能够可靠地切断电机转矩输出，有效降低人员受伤和设备损坏的风险。

  STO常见的功能安全认证标准（如 IEC 61800-5-2、ISO 13849、IEC 61508 等）如下所示：

  1. STO仅切断电机转矩，不提供制动功能。电机不会主动抱闸或刹车，仍会因惯性继续自由滑行直至停止。

  2. STO不会切断驱动器主电源。驱动器主回路和直流母线仍保持带电状态，因此故障复位后无需重新上电，可快速恢复运行。

  3. STO通常采用双通道（STO1、STO2）安全输入。两个通道均需处于有效状态，缺一不可；通常可满足 PL d / SIL 2，部分驱动器可达到 PL e / SIL 3。

  4. STO ≠ 普通使能。普通使能仅为控制信号，不具备功能安全认证；STO属于功能安全（Functional Safety）功能。

  STO 通常由各类安全装置触发，常见的触发源包括安全光幕/安全光栅（用于压机、机械手、注塑机等设备的防护区域）、安全防护门（开门即禁止伺服动作）、急停按钮（E-Stop），以及区域安全传感器、安全地毯开关等。

  STO 广泛应用于各类自动化设备，例如冲床、液压压机、折弯机（通常配合安全光幕使用），机械手、机器人第七轴、移载伺服模组，以及数控设备、加工中心、雕铣机。此外，在自动化流水线、移载机构、上下料机构、包装设备、锂电设备、3C 非标自动化设备，以及纺织、印刷、卷材加工设备等场景中，也普遍采用 STO 功能来提升设备运行的安全性。

  典型的 STO 安全链路为：安全光幕 OSSD 双通道 → 安全继电器双通道输入 → 安全继电器两路独立输出 → 伺服 STO1、STO2。

  当操作人员进入危险区域并遮挡光幕时，安全继电器立即断开安全输出，触发 STO 功能，驱动器切断电机转矩输出，防止设备继续运动，从而避免误动作造成人员伤害。

  1）STO 无法阻止外力或重力造成的滑动。对于垂直轴、升降伺服（如升降模组、升降机等），仅使用 STO 并不安全。由于重力作用，负载仍可能下坠，因此必须配合电机保持抱闸或安全制动控制（SBC，安全制动控制）使用。

  2）STO 用于防止意外启动，不等同于紧急制动。如果工艺要求设备受控减速后再停止，不能仅使用 STO，而应采用 SS1（安全停止 1）等安全停止功能。

  3）禁止仅接入单一路 STO 通道。STO 通常采用双通道安全输入设计，如果仅使用一路 STO 接线，将无法满足相应的安全等级要求，设备安全验收也可能无法通过。

  驱动器通常提供 STO1、STO2 和 COM（24V 公共端）等安全端子。

  正常运行：STO1 和 STO2 同时接入有效的 24V 安全信号，驱动器允许输出转矩。

  安全触发：任意一路安全信号断开，STO 功能立即激活，驱动器禁止输出转矩，并报 STO 故障或安全停机状态。