Safe Torque Off Concept for System Drives

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2019-10-21
Department
Major/Subject
Electrical Power and Energy Engineering
Mcode
ELEC3024
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
56
Series
Abstract
Intention of this work is to develop Safe Torque Off -concept for system drives. In addition to inverters, system drives consist mainly of supply units and control electronics. Promising concept based on earlier study is further developed according to functional safety certification point of view. Theory covers the standards and regulations behind the industry. Also, theory of functional safety, system drives and their control electronics are presented. Challenges from functional safety point of view of earlier concept are highlighted. Various solutions are presented with alternative concepts. Alternative concepts are reviewed also from timing perspective, because it is a critical matter of parallel inverters. Two different alternative concepts are presented as a result of this study. Concepts are capable to fulfill the requirements of SIL 3 and PL e levels of functional safety. To ensure sufficient level of diagnostic coverage, testing the watchdog timer of the new concept was performed with the state machine, which was implemented in the FPGA of the inverter. Performing the diagnostic testing of the watchdog timer was not possible with the safety controller due to time constraints.

Tässä opinnäytetyössä tutkittiin turvallisen vääntömomentin poisto -toimintoa sähkökäytöissä. Aiemman tutkimuksen pohjalta on saatu lupaava konsepti, jota jatko kehitettiin toiminnallisen turvallisuuden kannalta toimivammaksi. Työssä selvitetään alan taustalla vaikuttavat standardit ja säännökset. Myös teoria toiminnallisesta turvallisuudesta ja sähkökäytöistä sekä niiden ohjauselektroniikasta esitellään. Työssä nostetaan esiin aiemman konseptin toteutuksen haasteet toiminnallisen turvallisuuden sertifioinnin kannalta. Haasteisiin esitellään erilaisia ratkaisuja vaihtoehtoisilla konsepteilla. Uusia konsepteja tarkastellaan myös turvatoiminnon viiveiden kannalta, koska se on kriittinen asia rinnankäyvissä taajuusmuuttajissa. Työn tuloksena saatiin kaksi vaihtoehtoista ratkaisua, joilla on mahdollista saavuttaa toiminnallisen turvallisuuden SIL 3 ja PL e tasot. Diagnostiikan kattavuuden takaamiseksi, konseptiin kehitetyn vahtikoiran testaus toteutettiin tilakoneella vaihtosuuntaajan ohjelmoitavalla porttimatriisipiirillä (FPGA). Testauksen toteuttaminen ohjausyksikön mikrokontrollerilla ei ollut mahdollista aikarajoitteiden takia.
Description
Supervisor
Kyyrä, Jorma
Thesis advisor
Havanto, Petri
Keywords
safe torque off, black channel, functional safety, IEC 61508, ISO 13849
Other note
Citation