Safe Torque Off (STO) und Safe Brake Control (SBC)
Was sind STO und SBC?
Safe Torque Off (STO) und Safe Brake Control (SBC) sind die grundlegendsten Sicherheitsfunktionen für Servoantriebe gemäß IEC 61800-5-2. STO verhindert, dass der Antrieb drehmomenterzeugenden Strom an den Motor liefert — durch hardwareseitiges Sperren der Leistungstransistoren (IGBTs) auf Gate-Driver-Ebene. SBC steuert eine externe Haltebremse sicher an, indem die Bestromung des Bremsausgangs unterbrochen wird.
Warum ist das wichtig?
STO ist die Basis aller antriebsintegrierten Sicherheitsfunktionen. Ohne STO müssten externe Schütze die Stromversorgung trennen — mit höherem Aufwand, mehr Verkabelung und zusätzlichen Fehlerquellen. STO ersetzt diese externe Abschaltung durch eine im Antrieb integrierte, SIL-3-zertifizierte Funktion.
SBC ist unverzichtbar für schwerkraftbelastete Achsen: Wenn STO das Drehmoment entfernt, würde eine Vertikalachse ohne Bremse unkontrolliert absinken. SBC gewährleistet, dass die Haltebremse sicher einfällt, bevor der Antrieb stromlos wird.
Zusammen ermöglichen STO und SBC:
- Sichere Not-Halt-Kreise ohne externe Leistungsschütze
- Schutz bei Vertikalachsen — Bremse schließt vor Drehmomententzug
- Grundlage für höhere Sicherheitsfunktionen — SS1, SS2 und SOS bauen auf STO/SBC auf
- Zertifizierung bis SIL 3 / PLe / Kategorie 3 — höchstes in der Antriebstechnik übliches Sicherheitsniveau
Wie funktioniert es?
STO — Stopp-Kategorie 0 (unkontrollierter Stopp): STO sperrt die Gate-Signale der Leistungstransistoren im Wechselrichter. Der Motor kann kein Drehmoment mehr erzeugen und trudelt aus. Es handelt sich um eine rein hardwarebasierte Funktion mit Zweikanalarchitektur: Zwei unabhängige Sicherheitskanäle müssen beide aktiv sein, damit der Antrieb Drehmoment erzeugen darf. Fällt ein Kanal aus, wird STO automatisch aktiviert.
Negative Logik (Zero-Active): Das Kommando zum Aktivieren von STO ist 0 (nicht 1). So führt ein Kabelfehler oder Signalverlust automatisch zum sicheren Zustand — ein Fail-Safe-Designprinzip.
SBC — Sichere Bremsenansteuerung: SBC arbeitet mit federbelasteten Haltebremsen, die im bestromten Zustand geöffnet sind. Wird die Bestromung unterbrochen, schließt die Feder die Bremse. Die Reihenfolge ist entscheidend: SBC aktiviert zuerst die Bremse, dann folgt STO nach einer konfigurierbaren Verzögerungszeit (Brake Time Delay, 0x6661:1). So wird verhindert, dass die Achse zwischen Drehmomententzug und Bremseingriff unkontrolliert bewegt.
Wichtig: SBC sollte nur im Stillstand oder bei sehr niedriger Geschwindigkeit aktiviert werden. Das Bremsen aus hoher Drehzahl kann die mechanische Bremse beschädigen. Für kontrolliertes Abbremsen wird SS1 vorgeschaltet.
Wie setzt SOMANET das um?
STO und SBC sind auf dem SOMANET Safe Motion Module (SMM) implementiert — einem separaten Hardwaremodul, das zwischen Prozessor- und Antriebsmodul des SOMANET Circulo montiert wird. Die Aktivierung erfolgt über FSoE (Fail Safe over EtherCAT) oder über zwei sichere digitale Eingänge (standalone).
STO und SBC benötigen kein Encoder-Feedback und erreichen unabhängig von der Encoder-Konfiguration SIL 3 / PLe / Kategorie 3. Alle höheren Sicherheitsfunktionen (SS1, SS2, SOS, SLS) setzen STO/SBC als Rückfallebene ein — sie haben stets die höchste Priorität im Sicherheitssystem.
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