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812023 年第 12 期/STANDARD REGULATION标准法规基于 IEC 标准 Motion Stop 在起重机械中的合规性曹逸荣1 顾佳晨1 葛 伟1 孔祥恒1 朱建华21 上海交通职业技术学院 上海 20314 2 上海必添吉系统设备有限公司 上海 203014摘 要：目前，为降低因紧急停车导致的对起重机械结构的振动影响，部分生产制造商采用了 Motion Stop 紧急停车方式作为解决方案，然而 Motion Stop 紧急停车模式在以往的起重设备中应用案例不多，故尚不为港口行业从业技术人员所熟知。另外，在国内相关学术论文中也未见有涉及 Motion Stop 的相关研究。因此，文中以 Siemens 电控作为载体，基于 IEC 标准探讨 Motion Stop 的合规性条件，并在此基础上对比 Motion Stop 与普通紧急停止的制动效果，进而总结 Motion Stop 应用于起重机械的合规性及相关注意事项，供起重行业内工程技术人员参考。关键词：起重机械；Motion Stop 紧急停车方式；紧停；IEC 标准；合规性中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2023）12-0081-05Abstract:Currently,to reduce the vibration of crane structure caused by emergency stop,some manufacturers adopt Motion Stop emergency stop as a solution.However,Motion Stop emergency mode is not widely used in previous hoisting equipment,so it is not well known to port technicians.In addition,there is no related researches involving Motion Stop at home and abroad.Therefore,in this paper,taking Siemens electronic control as the carrier,the compliance conditions of Motion Stop are discussed based on IEC standards,and on this basis,the braking effects of Motion Stop and ordinary emergency stop are compared,and the compliance and related precautions of Motion Stop applied to hoisting machinery are summarized,so as to provide reference for technicians in hoisting industry.Keywords:hoisting machinery;Motion Stop emergency stop mode;emergency stop;IEC standards;compliance0 引言随着起重机械大型化的发展，势必加剧振动的危害性。高能量的强振动对起重机械的强度、寿命以及稳定性都有不利影响。对于起重机械而言，在紧急制动情况下受到的振动影响最显著，有针对性地降低或消除紧急制动情况下的振动可有效减弱振动对机械结构的影响。常规的减弱振动的方式有隔振、减振和缓冲 3 种，然而这 3 种方式的减振是在振源的基础上减弱振动的影响，机械设备需要增配相关的减振器件（如隔振装置、阻尼或者缓冲器材等），这将增加设备的生产制造成本，不利于设备的市场化竞争。为此，有必要从电气角度出发，采用电气控制手段从振源的角度入手，减弱或消除振源曹逸荣，顾佳晨，葛伟，等.基于 IEC 标准 Motion Stop 在起重机械中的合规性 J.起重运输机械，2023（12）：81-85.引 用 格 式 与仿真研究 J.机床与液压，2016,44(13):148-153.13 祝世兴，李佩窈，祝恒佳，等.飞机起落架双腔式油气 缓冲器非线性动力学特性研究 J.机床与液压，2021，49(24):31-36.14 贾腾.飞机起落架随机动力响应的数值分析 D.天津：天津大学，2014.15 张利平，秦冀广，缓冲器原理与应用 J.现代机械，1999（1）：49-51.作 者：江 鹏电子邮箱： 收稿日期：2023-02-0282/2023 年第 12 期的振动，从而达到在不增加减振器材的基础上降低振动对机械结构的影响。目前，针对紧急停车所产生的振动的电气解决方案为：将传统的自由停车方式修改为快速停车方式（Motion Stop，也可称为软紧停），从而减弱或消除因急停所导致的振动。然而，由于传统起重机械设备的紧急停车都采用自由停车的方式，很少采用快速停车方式，国内外业内同仁对紧急停车采用快速停车模式应用于起重机械的合规性、效果抱有质疑。为此，本文将从相关标准出发分析 Motion Stop 的合规性，从电控的角度探讨Motion Stop 的技术可实现性，从实际项目应用角度探讨 Motion Stop 的应用效果，进而总结 Motion Stop 在起重机械在实际应用的注意事项，以便相关工程技术人员在招投标、设计选型阶段予以参考。1 Motion Stop 的合规性条件紧急制动也可称为紧急停车，在工业控制领域，紧急停车方式在驱动器侧通常有斜坡停车、自由停车和快速停车 3 种。1）斜坡停车（OFF 1）由减速至停车的过程按程序定义的斜坡下降时间停车，即当紧停被拍下后，电动机会在程序或参数设定的减速时间内停车。2）自由停车（OFF 2）该种停车方式为惯性停车，即当紧停被拍下后，驱动器立即切断输出，设备的制动依靠电动机自由滑行停车或依靠外部的制动器停车。3）快速停车（OFF 3）也可称为紧急停车，即变频器输出反向力矩按设定的斜坡下降时间减速直至停止，从而达到快速停止的目的。快速停车与自由停车的区别在于自由停车应用于起重机械的各机构时，各机构的停车完全依靠制动器，故制动器抱死运动阶段的机构时的振动较大。采用快速停车时，由于驱动器输出反向力矩，制动器抱死时的机构接近于静止状态，机构振动较小，从源头上减弱或消除了振源的振动。从理论上看，以上 3 种停车方式以快速停车的停车速度最快，其次为斜坡停车方式，最后为自由停车方式。前述 Motion stop 采用的是快速停车模式，探讨Motion Stop 的合规性即为探讨快速停车应用于起重机械紧急停车的合规性，而合规性的探讨应基于 IEC 相关标准展开。按照 IEC 602042018 标准所述，紧急停车的功能应当符合停止类别 0 或停止类别 1，具体停止类别的选择则应当基于设备的风险评估。由以上分析可知，紧急停车的功能需符合停止 Category 0 或停止 Category 1，认为该紧急停车功能符合标准要求。另外，在 IEC 602042018 还明确指出：在电动机的运动控制中，对于可能会造成危险情况不被允许的控制偏差，应能自动检测。同时应采用 Stop Category 0 类停止，即切断电动机的电源，并使制动器上闸。结合 IEC 602042018 所述内容，对于紧急停车工况只能使用 Stop Category 0 这一类别，由此 Motion stop快速停车功能必须是 Stop category 0 这一类别才可认为Motion stop 快速停车符合标准的要求。因此，有必要进一步阐述标准所述的停止 Category 0 或停止 Category 1的具体定义。Stop Category 0：通过立即切断起重机械执行机构动力的方法停车（即不可控停止）；Stop Category 1：通过给起重机械执行机构施加动力使之完成停车的可控制停止，并在停车后除去动力；Stop Category 2：起重机械执行机构保持供电的情况下完成可控制停止。由上述分级类别描述可知，Motion Stop 快速停车（OFF3）方式应当划分至 Stop Category 1 这一类别，这就意味着 Motion Stop 快速停车(OFF3)功能不能应用于紧急停车。与急停、安全相关的标准还有 ISO 138502015 和 IEC 61800-5-2，该 2 个标准基于 IEC 602042018 做了补充性说明。ISO 138502015 是最新的机械安全急停功能的设计规范，该规范对 Stop Category 的定义同IEC 602042018，并通过示例进一步阐述说明了 Stop Category 的具体应用。其中针对 Stop Category 0，按照ISO 138502015 所述：基于 IEC 61800-5-2，运用驱动系统的安全力矩关闭（Safe Torque Off，STO）功能输STANDARD REGULATION标准法规832023 年第 12 期/STANDARD REGULATION标准法规出反向力矩，进而使设备停止可认为是 Stop Category 0类别。IEC 61800-5-2 是可调速的电动设备标准，在该标准对 STO 功能做了进一步补充性说明。STO 功能用于防止向电动机提供动力，且 STO 停止功能符合 IEC 60204-1 中的 Stop Category 0 这一类别。除此之外，针对 STO 功能还增加了一些说明，其中在有外部风险存在（如坠箱）的环境下，应提供额外的措施（如制动器等）用以防止风险发生。也就是说，当使用STO功能时，还需配置制动器用以防止危险的发生。基于 IEC 602042018，结合 ISO 138502015 与IEC 61800-5-2 关于 Stop Category 的补充描述，STO 紧急停止是 Stop Category 0 这一类别。因此，Motion Stop直接利用 OFF3 用于紧急停车不符合规范，但若相关的电控驱动系统能实现 OFF3 与 STO 功能结合，且为防止安全隐患的发生配置有紧急制动器的前提下，该 Motion Stop 符合 IEC 602042018 标准的要求，有必要对技术的可实现性进一步探讨。另外，IEC 602042018 中对紧急停车还有一重要陈述：在紧急停车功能被激活的情况下，需要尽可能快地停止危险动作防止进一步的风险产生。由于过往Motion Stop用于紧急停车较少，为符合尽可能快的要求，有必要对比Motion Stop与常规紧急停车后的制动效果，进而判断 Motion Stop 的适用合规性。2 Motion Stop 技术可行性Motion Stop 的技术可行性探讨应当集中于是否能实现 OFF3、STO、制动器三者的结合。Siemens S120变频器具有安全功能，该安全功能内配置的子功能有Safe Stop 1（SS1）、Safe Torque Off（STO）、Safe Brake Control（SBC）、SS1 With OFF3 等。SS1 指的是在指定范围内检测电动机减速的幅度，一旦超出时间或速度设定阈值时，即启动STO功能，实现电动机的制动。当 SS1 与 OFF3 结合时，具体的功能表述为：在 SS1 模式下，驱动基于 OFF3 设定的斜率下减速，且一旦超过延时时间立即暂停力矩输出（STO）。此外，SBC 指的是基于安全的闭环原理控制制动器的开闭。鉴于此，为使 Motion Stop 符合 ISO 138502015 和 IEC6 1800-5-2标准的要求，其底层的技术架构应为Safe Stop 1（SS1）、Safe Brake Control（SBC）、Safe Torque Off（STO）这3 个基本安全功能的