亚洲精华国产精华精华液网站,你懂的,娇生惯养4ph归寻(矜以),丰年经继拇中文3与其他教材比较

　　1 緒論

　　隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，高壓電系統(tǒng)的安全性 問題逐漸成為車企與零部件廠商關(guān)注的焦點。其中，高壓互 鎖信號(HVIL, High Voltage Interlock Loop)的可靠檢測 是保障整車電氣安全的重要環(huán)節(jié)。最早提出基于“心跳脈沖 式”檢測方法的是Markus Demmerle和Harald Reuss，相 較于傳統(tǒng)的純開關(guān)式信號檢測，該方法通過特定頻率的脈沖 信號進(jìn)行回路監(jiān)測，能夠更靈敏地識別由插拔不良、接觸抖 動、機械撞擊、老化等因素引起的阻抗變化，屬于一種動態(tài) 監(jiān)測策略。該策略提升了檢測的實時性與靈敏度，但也更易 受到電磁干擾的影響，因此對整車線路的屏蔽與電磁兼容設(shè) 計提出了更高要求。

　　在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，國內(nèi)的AVIC Optoelectronics作為汽 車高壓連接器市場的領(lǐng)先供應(yīng)商，已在多款產(chǎn)品中集成了具 備互鎖檢測功能的接口;而國際廠商如TE Connectivity則是 全球最大的連接器制造商之一，同樣提供集成高壓互鎖檢測 能力的產(chǎn)品解決方案。此外，主機廠商的BMS(電池管理系 統(tǒng))通常具備基礎(chǔ)的HVIL檢測能力，并通過模塊化的檢測組 件如Bourns HVIL傳感器、Littelfuse高壓互鎖方案等，實現(xiàn) 高壓安全的冗余與擴(kuò)展。與汽車領(lǐng)域的高壓安全檢測類似， 在工業(yè)設(shè)備中，安全模塊也廣泛應(yīng)用于設(shè)備的關(guān)鍵運動單元 中。例如，通過對主軸電機的狀態(tài)進(jìn)行靜態(tài)監(jiān)測，可判斷其 是否處于安全停止?fàn)顟B(tài)，從而允許操作人員開啟安全門等執(zhí) 行后續(xù)操作。若安全模塊的配置、設(shè)定不當(dāng)，同樣可能造成 誤報警，導(dǎo)致設(shè)備頻繁停機，甚至在非正常狀態(tài)下操作門無 法打開，引發(fā)次生安全風(fēng)險。因此，如何在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境 中，兼顧動態(tài)與靜態(tài)的監(jiān)測策略，提高設(shè)備整體安全防護(hù)能 力，成為當(dāng)前工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計的重要課題。

圖 1 HVIL 插接件

圖 2 結(jié)構(gòu)圖解析

　　2 電動汽車高壓互鎖插接件結(jié)構(gòu)分析

　　為確保電動汽車高壓系統(tǒng)的使用安全，業(yè)界普遍采用高 壓互鎖(HVIL)技術(shù)來實現(xiàn)對高壓連接狀態(tài)的監(jiān)控。圖1所 示為典型的 HVIL 插接件結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要由母接插件與公 接插件組成，分別連接電源的正負(fù)極和中間互鎖端子。在結(jié) 構(gòu)設(shè)計中，互鎖信號線路通常通過獨立的輔助觸點與主電源 連接觸點隔離。

　　如圖2所示：電源正極和電源負(fù)極通過主觸點實現(xiàn)動力

　　電的傳輸;同時，公母插頭內(nèi)部的中間互鎖端子在插接完成 前不會形成閉合回路;只有當(dāng)插接件完全插合后，互鎖端子 才會導(dǎo)通，形成完整的互鎖電路。該結(jié)構(gòu)確保在插頭未完全 連接或因故障松動時，互鎖回路中斷，從而觸發(fā)整車控制器 斷電或發(fā)出故障警報，實現(xiàn)高壓系統(tǒng)的本質(zhì)安全控制。

　　3 PWM心跳信號檢測機制

　　傳統(tǒng)互鎖信號為簡單的導(dǎo)通/斷開閉環(huán)判斷，但隨著系 統(tǒng)復(fù)雜度提高，汽車制造商逐漸引入更智能化的PWM心跳信 號檢測機制。如圖3所示為PWM心跳信號通訊原理示意圖， 其基本原理為：控制器在 HVIL 回路中注入一特定頻率和占 空比的 PWM 信號，作為“心跳信號”;下游互鎖模塊對該信 號進(jìn)行反饋并閉環(huán)返回;控制器持續(xù)檢測信號是否存在及其 波形是否異常。若發(fā)現(xiàn)信號中斷、幅值變化，頻率變化或占 空比異常，系統(tǒng)將判斷插接件接觸不良、回路被剪斷或插頭 未完全插入，進(jìn)而采取斷電、熔斷等安全措施。

　　PWM信號的檢測具有以下優(yōu)勢：更高的抗干擾性，相 比簡單開關(guān)量回路，PWM 形式不易被誤觸發(fā);故障診斷能 力增強，可通過信號波形分析故障類型(如短路、斷路或信 號畸變);提升整車安全等級，為滿足 ISO 26262 中 ASIL 級別要求提供支撐。

　　插接件中的結(jié)構(gòu)互鎖與心跳信號機制相輔相成：結(jié)構(gòu)層 面保障了基本的連接完整性與物理接觸可靠性，信號層面則 提升了監(jiān)控維度與檢測智能化水平。在實際應(yīng)用中，許多新 能源汽車廠商會將互鎖信號與高壓控制繼電器、BMS(電池 管理系統(tǒng))、VCU(整車控制器)聯(lián)動，實現(xiàn)多重聯(lián)鎖保護(hù)。

　　4 工業(yè)設(shè)備停機檢測

　　在工業(yè)設(shè)備的安全停機檢測中，主要存在兩種主流的 技術(shù)路徑：以 SICK 為代表的電壓監(jiān)測型檢測方式，以及以 Schmersal 和 PILZ為代表的頻率監(jiān)測型檢測方式。這兩類檢測 機制在原理、應(yīng)用場景和響應(yīng)邏輯上各具優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于電 動機、變頻器及高能耗設(shè)備的停機確認(rèn)與安全聯(lián)鎖控制中。

　　隨著設(shè)備智能化程度的不斷提升，如何選擇合適的檢測 方式并進(jìn)行精細(xì)化的安裝與調(diào)試，已成為確保工業(yè)系統(tǒng)穩(wěn)定 運行與人機安全不可或缺的重要環(huán)節(jié)。本文將圍繞上述兩種 檢測技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理與實際應(yīng)用進(jìn)行深入探討與對比分析。

　　圖4展示的是 SICK 靜止監(jiān)控模塊的檢測工作流程及信號

圖 3 PWM 心跳信號通訊原理示意圖

圖 4 SICK 常用安全模塊停機檢測原理

　　變化情況。該模塊通過直接檢測三相電源端(L1、L2、L3) 的電壓幅值來判斷設(shè)備是否已經(jīng)靜止。其主要工作原理如 下：在輸入端 L1、L2、L3 上檢測電壓，關(guān)鍵參數(shù)有：

　　(1)Uan：用戶設(shè)定的電壓閾值;

　　(2)ts：延遲時間，即確認(rèn)靜止?fàn)顟B(tài)所需持續(xù)時間。

　　工作邏輯如下：

　　①當(dāng)檢測到電壓低于閾值Uan，并持續(xù)超過設(shè)定的ts時 間后，判定為“靜止”;

　　②安全繼電器輸出動作：13/14 觸點閉合，41/42 打 開，允許聯(lián)鎖釋放;

　　③若之后電壓再次超過 Uan，立即退出“靜止”狀態(tài)， 繼電器輸出復(fù)位。

　　兩個不同狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速變化曲線和觸點動作時間線展示 了整個過程，在圖4中：

　　· 左圖：設(shè)備正在制動，電壓逐漸下降，3 秒后低于閾 值，輸出觸點閉合;

　　· 右圖：電壓穩(wěn)定在低值，保持靜止，系統(tǒng)維持“聯(lián)鎖 允許”狀態(tài)。

　　在工業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)中，SCHMERSAL采用的是基于頻 率監(jiān)測的電機靜止檢測方案。其原理電路如圖5所示，系統(tǒng) 以雙通道頻率傳感器為核心，通過對傳感器脈沖信號進(jìn)行比 對，從而判斷電機是否處于完全靜止?fàn)顟B(tài)。該系統(tǒng)包含以下 關(guān)鍵功能模塊與原理邏輯：

　　· 頻率信號采集與比較：系統(tǒng)的S12與S22輸入端分別接 入兩個傳感器的輸出脈沖信號，并與預(yù)設(shè)的截止頻率(cut- off frequency)進(jìn)行實時對比。如果兩個傳感器之間的頻 率差異超過20%，則會被識別為系統(tǒng)故障，觸發(fā)錯誤處理邏 輯，從而防止錯誤的安全判斷;

　　· 安全輸出控制邏輯：當(dāng)傳感器信號低于設(shè)定的截止頻 率時，系統(tǒng)判斷電機已靜止，隨后可以通過輸入端X3啟用安 全輸出。如果用戶希望系統(tǒng)在達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)后自動輸出安全 信號，則應(yīng)將X3端口直接接入+24VDC電源電壓;

　　· 用戶交互與復(fù)位功能：系統(tǒng)提供多個用戶交互接口， 如 S1(附加靜止信號輸入)、S2(復(fù)位按鈕，用于清除報 警信息)及 S3(啟動按鈕)。用戶可通過這些接口進(jìn)行安全 控制邏輯的啟停與錯誤信息清除操作，確保操作的靈活性與 安全性;

　　· 輸出與互鎖控制：系統(tǒng)的安全輸出(K1、K2)連接 至后端互鎖裝置，形成完整的聯(lián)動控制邏輯;而信號輸出端 (例如 Q1、Q2)則用于反饋設(shè)備當(dāng)前安全狀態(tài)，實現(xiàn)設(shè)備 狀態(tài)的實時顯示與信息交互。

　　SCHMERSAL不僅實現(xiàn)了基于頻率的電機靜止?fàn)顟B(tài)精確

　　識別，同時具備雙通道檢測與輸出控制功能，進(jìn)一步提升了 系統(tǒng)的安全冗余性和響應(yīng)可靠性。這種檢測方式適用于各種 變頻驅(qū)動設(shè)備的安全聯(lián)鎖控制，尤其在存在惰性運動殘留的 應(yīng)用場景中，表現(xiàn)出更高的敏感性和實時性。

　　圖6對應(yīng)的是SCHMERSAL電機轉(zhuǎn)動檢測的結(jié)構(gòu)要求，為 實現(xiàn)電機是否靜止的準(zhǔn)確判定，SCHMERSAL系統(tǒng)依賴于高 精度的機械轉(zhuǎn)盤與雙傳感器檢測機制。圖6中所示為典型的 傳感器與轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)要求如下：

　　①轉(zhuǎn)盤設(shè)計要求

　　轉(zhuǎn)盤通常與電機軸固定安裝，在轉(zhuǎn)盤周邊按一定規(guī)則開 設(shè)多個缺口或凹槽，形成可識別的旋轉(zhuǎn)標(biāo)志區(qū)域。這些缺口 在轉(zhuǎn)動過程中，會周期性地遮擋或釋放傳感器的檢測視線， 從而生成對應(yīng)的脈沖信號。在該設(shè)計中，每個缺口區(qū)域?qū)?yīng) 60°,其中每個斜邊區(qū)域為 30°,實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的靈敏檢測。

　　②雙傳感器結(jié)構(gòu)配置

　　如圖6所示，兩個傳感器相互錯開角度布置，分別監(jiān)測不同的缺口區(qū)域。當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時，兩傳感器將輸出具有相 位差的脈沖信號，形成雙通道冗余輸入，提升檢測的安全等 級。這種結(jié)構(gòu)不僅增強了對轉(zhuǎn)動方向的識別能力，同時允許 系統(tǒng)通過對兩通道頻率與相位差的監(jiān)控，實現(xiàn)更精確的電機 狀態(tài)識別。

　　③檢測精度保障機制

　　借助精密布置的傳感器及規(guī)則刻槽的轉(zhuǎn)盤設(shè)計， SCHMERSAL 系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集轉(zhuǎn)盤角速度信息，進(jìn)而通過 頻率比較判斷電機是否已完全停轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)動頻率下降至低于 設(shè)定閾值，系統(tǒng)可判定設(shè)備處于靜止?fàn)顟B(tài)，并根據(jù)邏輯輸出 安全信號，確保人員與設(shè)備的操作安全。

　　通過以上結(jié)構(gòu)，SCHMERSAL 方案實現(xiàn)了無需電壓感知即 可準(zhǔn)確檢測轉(zhuǎn)動狀態(tài)，特別適用于帶有高慣性負(fù)載或伺服控制 系統(tǒng)的工業(yè)場景，為工業(yè)安全提供了可靠的靜止判斷依據(jù)。

　　圖7展示了 Schmersal 靜止監(jiān)控模塊中基于頻率閾值 判斷設(shè)備是否停止運轉(zhuǎn)的核心原理。該模塊接收來自外部的 脈沖發(fā)生器信號(例如接近開關(guān)或編碼器)，并實時測量 信號的頻率變化。當(dāng)檢測頻率下降至設(shè)定的截止頻率(Cut- off frequency)以下，系統(tǒng)開始判斷電機是否已進(jìn)入靜止 狀態(tài)。若設(shè)備在設(shè)定的600秒內(nèi)未出現(xiàn)低于截止頻率的信號 (圖中①) , 則系統(tǒng)不認(rèn)為其已靜止。另一方面，在使用雙 通道傳感器進(jìn)行檢測時，系統(tǒng)允許兩個傳感器在靜止判定上 的結(jié)果差異存在最多5秒的時間窗(圖中②),超過該差值 則觸發(fā)故障報警機制，切斷安全繼電器回路。此類頻率判定 方法相比傳統(tǒng)的“接點式信號檢測”更具靈敏度，能更早識 別因碰撞、老化等因素導(dǎo)致的機械停滯;但缺點是易受電磁 干擾，因此需加強屏蔽設(shè)計，確保信號采樣穩(wěn)定可靠。

　　表1為SICK安全停機檢測與SCHMERSAL安全停機檢測 對比。

　　5 結(jié)論

　　本文圍繞工業(yè)設(shè)備與電動汽車領(lǐng)域中的安全檢測技術(shù)進(jìn) 行了系統(tǒng)探討，重點分析了高壓互鎖結(jié)構(gòu)、PWM心跳信號檢 測機制以及工業(yè)設(shè)備停機檢測的兩種主流形式——電壓檢測 與頻率檢測。在電動汽車中，通過插接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與中間 互鎖端子的串聯(lián)，實現(xiàn)了高壓回路的安全閉合檢測，并結(jié)合 PWM信號形成的“心跳”機制，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)實時性與 容錯能力，確保了高壓系統(tǒng)的操作安全。

　　在工業(yè)設(shè)備安全停機檢測方面，本文對比了以SICK為 代表的電壓檢測法和以SCHMERSAL、PILZ為代表的頻率檢 測法。電壓檢測方式結(jié)構(gòu)簡單，適用于傳統(tǒng)電機回路;而頻 率檢測方式則借助雙傳感器與帶缺口轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，通過分析傳 感器輸出頻率變化與相位關(guān)系，能夠更精確地識別電機是否 靜止，特別適合高慣性或變頻驅(qū)動的復(fù)雜場景。綜合分析表 明，在復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)或新能源汽車領(lǐng)域，安全檢測技術(shù)的精 度與實時性對系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定性具有決定性意義。在未來 相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)實際工況合理選型，結(jié)合電壓、頻 率等多維度信號，實現(xiàn)多層級的冗余安全防護(hù)，進(jìn)一步保障 設(shè)備與人員的操作安全。