伺服讲座 第9讲｜安全与限位：伺服系统的安全保护与限位控制

明扬工控商城 · 伺服讲座系列
本讲将详细讲解伺服系统中的安全保护和限位控制。我们将介绍如何通过硬件与软件的设计，确保伺服系统在运行过程中的安全性，避免出现超限、碰撞等危险情况。

---

一、伺服系统中的安全保护

在伺服系统中，安全保护是保障设备、人员以及生产过程安全的重要组成部分。伺服系统的安全不仅仅是防止机械损坏，还包括对人员的安全保护和防止生产过程中的不安全操作。

1. 常见的伺服安全保护措施

• 急停保护：急停按钮用于在系统发生故障或异常情况下，立即停止电机运转，防止造成更大的损害。
• 过载保护：伺服电机和驱动器在工作时，过载保护可以防止因负载过重导致电机过热或烧毁。
• 过压保护：防止电网或电源电压过高时对伺服电机造成损害。
• 欠压保护：防止电源电压过低时，电机无法正常启动或运行，造成设备损坏。
• 过温保护：电机及驱动器温度超过设定限值时，自动停止运行，防止过热损坏。
• 碰撞保护：利用力矩限制器或软件设置，避免伺服系统与其他设备发生碰撞。

2. 安全保护的实施方式

安全保护可以通过硬件和软件的配合实现：

• 硬件安全保护：硬件安全措施如急停按钮、温控开关、过载保护继电器等。
• 软件安全保护：通过PLC程序设置限位控制、速度限制、力矩限制等安全参数。
• 安全继电器：使用安全继电器进行高安全性控制，确保设备在故障情况下安全停机。

---

二、限位控制的重要性

限位控制是伺服系统中最基础的安全防护措施之一。通过限位开关或传感器，伺服系统可以实时监控运动范围，防止电机超行程运行，确保系统的安全。

1. 限位控制的基本原理

限位控制通过设置物理或电子限位开关来监测电机的位置。当电机到达设定的限制位置时，限位开关会触发信号，系统停止或反转电机，防止继续运行。

2. 机械限位与电子限位

• 机械限位：机械限位是通过物理开关或挡块等方式设定限位位置，适用于简单的限位控制。
• 电子限位：电子限位通过传感器、编码器或PLC程序控制限位，能够实现更精确的控制，常用于高精度系统。

3. 限位控制的实现方式

• 硬件限位：通过机械限位开关，传感器等硬件设施，实时检测运动到达的极限位置。
• 软件限位：通过软件设置限位参数，根据运动轨迹计算并监测伺服系统是否超出设定限位。

4. 限位保护的应用场景

限位控制广泛应用于各类伺服系统中，特别是涉及到位置控制和精密加工的设备。常见的应用场景包括：

• 机器人手臂的定位和抓取动作。
• 传送带系统中的位置限制。
• 自动化生产线中设备的开关门控制。

---

三、安全与限位的集成控制

1. 安全与限位的联合保护

在伺服系统中，安全保护和限位控制不仅是两个独立的功能，它们通常是集成在一起的，共同保护系统免受过载、碰撞或超限等问题。常见的集成控制方式包括：

• 软件集成：将安全保护和限位控制集成到伺服驱动的控制程序中，确保当系统出现超限、过载等故障时，能触发安全保护措施。
• 硬件集成：将限位开关、过载保护器、急停按钮等硬件设施集成到伺服系统中，实现全面的物理保护。
• 实时监控：通过PLC或伺服驱动器的监控系统实时监测系统状态，及时发现并处理安全隐患。

2. 伺服系统中的安全互锁

为了保证伺服系统的安全性，需要通过互锁逻辑防止不同模式下发生冲突。例如，手动模式下允许用户操作，但在自动模式下则必须遵循设定的限位规则，避免人工操作与系统保护冲突。

• 模式切换互锁：手动与自动模式之间的互锁，确保不会在不安全的条件下切换。
• 急停保护互锁：在急停情况下，所有的运动都被强制停止，确保系统的安全。
• 工作状态互锁：在某些特殊工作状态下（如修复、调整状态），可能需要切换到安全模式。

---

四、常见安全与限位问题与解决方案

1. 超限保护失效

• 原因：限位开关损坏或调节不当。
• 解决方案：定期检查限位开关的功能和位置，确保其正常工作。

2. 过载保护触发频繁

• 原因：负载过大或驱动器参数设置不当。
• 解决方案：根据负载要求调节伺服电机的额定转矩，并检查电机与负载的匹配。

3. 安全继电器失效

• 原因：继电器故障或接线不良。
• 解决方案：检查继电器和接线，确保其功能正常。

---

五、总结

本讲讲解了伺服系统中的安全保护与限位控制，重点分析了伺服系统常见的安全保护措施、限位控制方法以及如何集成安全保护和限位控制，确保伺服系统的稳定性与安全性。

重点回顾：

• 安全保护与限位控制是伺服系统不可忽视的重要部分。
• 合理的安全保护可以避免超载、过压、过热等故障，保证系统运行的稳定性。
• 限位控制有效防止伺服系统超行程，避免碰撞与损坏。

下一讲预告：
我们将讲解伺服系统的故障诊断与维护技巧，包括如何识别伺服电机和驱动器中的常见问题，并提供有效的排查方法。

推荐阅读：

伺服讲座 第9讲｜安全与限位：伺服系统的安全保护与限位控制

伺服讲座 第8讲｜接线与EMC：如何确保伺服系统的稳定性与抗干扰能力

伺服讲座 第7讲｜机械共振与抑制

伺服讲座 第6讲｜控制环结构与调参逻辑

伺服基础课 第5讲｜运动曲线与时间计算

伺服基础课 第4讲｜选型流程与裕量