工控文章

引言

在工业应用中，Vacon NXP系列变频器偶尔会出现Safe Torque Off（STO）激活的情况，这会导致驱动器停止输出转矩，显示如“A30 SafeTorqueOff”警告或“F30 SafeTorqueOff”故障。这种激活通常不是设备损坏，而是安全功能的正常响应，由外部输入信号、布线问题或参数设置触发。本指南基于Vacon NX OPTAF选项板用户手册和高级应用手册，提供详细的操作步骤，帮助您诊断、配置和屏蔽STO功能（如果适用）。我们将重点放在实际步骤上，包括硬件连接、键盘导航、故障重置和测试验证。注意：屏蔽STO会降低安全水平，仅在非安全关键应用中使用，并进行风险评估。所有步骤假设您有基本的电气知识和安全装备。

本文分为诊断、硬件操作、参数调整、绕过方法、测试、故障排除和维护部分。每个步骤都包括键盘显示预期、按键序列和潜在问题处理。目标是帮助您快速恢复运行，同时确保合规。

第一步：诊断STO激活的原因

STO激活时，驱动器显示屏上会出现“F1 Alarm Keypad: 30 SafeTorqueOff”或类似信息，伴随子代码30（表示SD1和SD2输入状态不一致超过5秒）。开始诊断前，确保驱动器断电并锁定，以避免意外启动。

子步骤1.1：检查监控值确认STO状态

• 操作按键序列：

1. 按下Up (↑) 或 Down (↓) 滚动到主菜单M1（Monitoring values），显示："READY Monitoring M1"。

2. 按Menu Right (→) 进入，滚动到M1.23（Monitoring values 2）或M1.24（FieldBus Monitoring），显示："READY Monitoring values 2 M1.23"。

3. 进入后，滚动查看DigIN:B.2（SD1状态）和DigIN:B.3（SD2状态）。正常时两者应为1（闭合）；如果不同或为0，则STO激活。

• 预期显示：如果DigIN:B.2=0且DigIN:B.3=1，显示"S30 STO inputs different state"。

• 常见原因：

• 外部安全开关（如紧急停止按钮）打开。

• 电缆断开、短路或干扰。

• OPTAF板未安装或故障。

• 初步修复：如果状态不一致，按Reset按钮重置。如果持续，进入硬件检查。

子步骤1.2：查看故障历史

• 操作按键序列：

1. 滚动到M4（Fault history），显示："READY Fault history M4"。

2. 按Menu Right (→) 进入，滚动查看最近故障，如"F30 SafeTorqueOff Subcode 30"。

3. 记录时间和子代码，用于后续分析。

• 预期显示："READY F30 SafeTorqueOff 30"。

• 处理：如果反复出现，检查外部电路是否发送测试脉冲（dark/light test pulses）。OPTAF板支持过滤<3ms的dark脉冲和<1ms的light脉冲；超过则触发STO。

通过这些步骤，您可以确认问题是STO相关，而不是其他故障如过温或过载。

第二步：硬件检查和布线操作

STO功能依赖OPTAF板（安装在控制板槽B），其X2连接器有4个终端：1 (SD1+)、2 (SD1-)、3 (SD2+)、4 (SD2-) 。这些是隔离输入，需要+24V逻辑信号。

子步骤2.1：验证OPTAF板安装

• 操作步骤：

1. 断电驱动器，打开外壳，检查槽B是否有OPTAF板（标签VB00761B或更高版本）。

2. 在键盘上：滚动到M7（Expander boards），进入Slot B，显示："READY OPT-AF Recognized"（如果未识别，重新安装板）。

• 问题处理：如果未识别，清洁触点，重启驱动器。如果故障代码S47（旧控制板），更换控制板为VB00761B或更高。

子步骤2.2：检查和连接STO输入

• 推荐电缆：使用屏蔽双绞线（2x2x0.75mm²），最大长度200m（屏蔽）或30m（无屏蔽）。屏蔽接地以减少干扰。

• 布线示例1：基本无重置配置（用于简单STO）：

1. 连接安全开关S1：终端1和3到S1常闭触点一端，终端2和4到另一端。另一侧连接+24V（从OPT-A1终端6）和GND（终端7）。

2. 正常时，S1闭合提供+24V到SD1+和SD2+；打开时触发STO。

• 预期：驱动器就绪时，监控DigIN:B.2和B.3为1。

• 布线示例2：带重置配置：

1. 添加重置按钮（瞬时开关）连接到数字输入（例如OPT-A1终端8）。

2. 参数化重置为边缘敏感：滚动到G2.2（Input signals），进入P2.2.1（Start/Stop logic），设置重置输入。

• 布线示例3：带外部安全继电器：

1. 使用时间延迟继电器（如Pilz PNOZ）：继电器输出连接到STO输入，数字输出到驱动器DI（用于斜坡停止）。

2. 继电器输入连接紧急按钮。

• 问题处理：使用万用表检查连续性：SD1+到SD2+应无短路。逆极性不会触发STO，但测试脉冲可能导致虚假激活。

子步骤2.3：热敏电阻集成（如果适用）

• 如果使用ATEX功能，确保跳线X12断开（OPTAF板上），否则可能触发F48（参数不匹配）。

• 连接TI1+ (28)和TI1- (29)到PTC传感器（Rtrip >4kΩ触发）。

完成布线后，重启驱动器，按Reset清除任何残留故障。

第三步：参数配置步骤

STO响应由P2.12.1.6（ID755，Safe Disable Response）控制，默认1（Warning）。更改为0（No response）可屏蔽显示，但STO仍停止输出。

子步骤3.1：导航到P2.12.1.6

• 操作按键序列（假设Advanced Application软件）：

1. 从主菜单滚动到M2（Parameters），显示："READY Parameters M2 G1→G12"。

2. 按Menu Right (→) 进入，滚动到G2.12（Protections），显示："READY Protections G2.12"。

3. 进入，滚动到P2.12.1（Common settings），显示："READY Common settings P2.12.1"。

4. 进入参数列表，滚动到P2.12.1.6（Safe Torque Off mode），显示："READY Safe Disable Resp. 1"。

5. 按Menu Right (→) 编辑，值闪烁；用Up/Down更改为0（No response），按Enter保存。

• 预期显示变化：从"1 (Warning)"到"0 (No response)"。

• 锁定处理：如果显示"Locked"，按Stop停止驱动器，重试。

子步骤3.2：配置重启行为（P7.2.1.2）

• 导航：在M7 Expander boards → Slot B → Parameters，滚动到P7.2.1.2（Start-Up Prev），默认"Fault"。

• 设置步骤：

1. 更改为"Warning"：允许STO后自动恢复（如果输入闭合）。

2. 保存并验证：激活STO，检查是否显示"A26 Start-Up Prev"而非故障。

• 其他参数：

• 如果使用SS1，设置G2.3（Ramp Control）中P2.3.1.2（Deceleration time）大于继电器延迟（至少20ms）。

• 在G2.2.4（Digital inputs），将DI分配给重置（例如P2.2.4.1 = Reset）。

参数更改后，重置驱动器测试。

第四步：绕过STO功能（如果不使用）

如果应用不需要STO，硬件绕过是必需的；仅参数更改不足以禁用。

子步骤4.1：硬件跳线

• 操作步骤：

1. 断电，打开外壳。

2. 连接终端1 (SD1+) 和3 (SD2+) 到+24V（OPT-A1终端6）。

3. 连接终端2 (SD1-) 和4 (SD2-) 到GND（OPT-A1终端7）。

• 警告：这禁用安全功能；确保无意外运动风险。使用屏蔽电缆避免干扰。

• 验证：重启后，监控DigIN:B.2和B.3应恒为1；无STO显示。

子步骤4.2：软件辅助绕过

• 设置P2.12.1.6为0，避免任何通知。

• 如果ATEX启用，确保热敏电阻跳线X12正确（断开如果使用）。

绕过后，进行完整系统测试。

第五步：测试和验证STO功能

测试是必需的，以确保功能正常。

子步骤5.1：STO激活测试

• 步骤：

1. 运行电机（按Start）。

2. 打开安全开关S1；电机应立即停止（<20ms），显示A30或F30。

3. 检查响应时间：使用示波器监控输出。

• 预期：电机滑行停止，无转矩。

子步骤5.2：SS1测试（如果配置）

• 步骤：

1. 设置继电器延迟（例如1秒）。

2. 激活停止；电机斜坡减速，然后STO激活。

3. 验证延迟>减速时间。

• 预期：显示STO状态仅在延迟后。

子步骤5.3：故障恢复测试

• 闭合输入，按Reset；电机应可重启（边缘敏感）。

• 如果P7.2.1.2为"Fault"，需要新启动命令。

测试清单：风险评估、电缆检查、重置边缘敏感、永久磁铁电机回转风险。

第六步：常见故障代码和解决

基于手册，常见STO相关故障：

子步骤6.1：F30/A30 SafeTorqueOff (Subcode 30)

• 原因：输入状态不同>5s。

• 解决：

1. 检查布线连续性。

2. 更换电缆或开关。

3. 如果测试脉冲问题，调整安全设备脉冲时长(<3ms dark)。

子步骤6.2：F8 System Fault (Subcodes 37-40)

• 原因：STO输入单硬件问题。

• 解决：更换OPTAF板或控制板。

子步骤6.3：F8 System Fault (Subcodes 41-43)

• 原因：热敏电阻输入问题。

• 解决：检查PTC传感器电阻(<2kΩ重置)；更换板。

子步骤6.4：F8 System Fault (Subcodes 44-46)

• 原因：STO或热敏电阻混合问题。

• 解决：诊断板硬件；联系Danfoss支持。

子步骤6.5：F26/A26 Start-Up Prev

• 原因：STO后启动命令活跃。

• 解决：设置P7.2.1.2为"No action"；使用边缘启动。

对于所有故障：记录日志，重置前断电检查。

第七步：维护和最佳实践

子步骤7.1：定期维护

• 每月检查布线完整性、接地和屏蔽。

• 每年测试STO：激活并验证响应时间<20ms。

• 监控值：定期查看DigIN:B.2/B.3和RO输出（如果参数化）。

子步骤7.2：最佳实践

• 始终进行风险评估；STO为SIL3，但需整体系统合规。

• 使用边缘重置避免循环故障。

• 如果环境恶劣，确保IP54外壳。

• 记录所有更改；备份参数（通过NCDrive）。

• 如果问题复杂，请联系我们支持。

子步骤7.3：高级集成

• 与PLC集成：通过现场总线监控STO状态。

• SS1配置：确保减速时间>继电器延迟+20ms。

维护日志示例：日期、测试结果、参数值。

结论

通过这些详细步骤，您可以有效处理Vacon NXP的STO问题，从诊断到配置和维护。记住，安全优先；任何修改需合规。