3. STO功能概述
在伺服驱动功能安全体系中，STO是最基础、最常被使用，也最容易被误解的一项安全功能。很多工程人员在选型时看到“支持STO”就认为驱动器已经具备完整安全能力，但在实际安全评估中，STO只解决“禁止转矩”这一件事，它并不等同于安全停车、安全限速或安全制动管理。理解STO的准确定义及其与SS1、SS2、SLS等功能的边界，是后续接线、参数配置和验证测试的前提。
一、STO的全称与定义
STO全称为 Safe Torque Off，中文通常译为“安全转矩关断”。其标准定义可概括为：一种防止驱动器向电机提供产生转矩的能量的安全功能。也就是说，STO被激活后，驱动器功率级不再向电机输出能够产生旋转或保持转矩的电流，电机因失去驱动转矩而进入自由停车状态（在负载和惯量作用下可能继续旋转）。
需要特别强调三点：
- STO关断的是“产生转矩的能量”，不是切断主电源，也不是切断控制电源；
- STO激活后电机不会主动制动，是否停止取决于负载、惯量和机械摩擦；
- STO属于安全功能，必须配合安全继电器、安全PLC或安全IO模块，达到指定的安全完整性等级（SIL/PL）。
二、STO的作用与典型应用场景
STO的核心价值在于：当人员可能进入危险区域时，通过安全回路快速切断驱动器输出转矩的能力，从而避免电机意外启动或持续输出危险转矩。它通常用于以下场景：
- 安全门打开时，禁止伺服电机继续驱动；
- 急停按钮触发后，作为安全停车链路的第一道动作；
- 设备维护时，防止驱动器被误启动；
- 多轴系统中，对特定轴单独实施转矩禁止。
在工程实现上，STO通常由驱动器上的两个独立安全输入通道（如STO1、STO2）控制，只有两个通道同时满足条件，驱动器才允许输出转矩。这种双通道结构是达到SIL3/PLe的基础。
三、STO与SS1、SS2、SLS的区别与联系
STO、SS1、SS2、SLS都属于IEC 61800-5-2定义的安全功能，但它们的动作方式和适用阶段不同。可以用“停车方式”和“运行中限制”两个维度来区分：
| 安全功能 | 全称 | 核心动作 | 电机最终状态 | 典型用途 |
|---|---|---|---|---|
| STO | Safe Torque Off | 立即禁止转矩输出 | 自由停车 | 安全门、急停、维护 |
| SS1 | Safe Stop 1 | 先按斜坡减速，再触发STO | 受控减速后自由停车 | 需要平稳停车的急停 |
| SS2 | Safe Stop 2 | 受控减速并保持位置控制 | 零速并保持伺服控制 | 需要保持位置的安全停车 |
| SLS | Safely Limited Speed | 运行中限制速度不超过安全值 | 继续运行但限速 | 调试、示教、低速维护 |
从联系上看，SS1和SS2通常以STO作为最终的安全状态：SS1在减速完成后进入STO；SS2在减速后保持位置控制，但一旦位置控制失效，仍需STO作为后备。SLS则不同，它不停止驱动，而是在运行过程中持续监控速度，一旦超限就触发安全反应，通常也会导向STO或SS1。
四、工程案例：安全门与急停的STO配置
某包装设备使用伺服驱动器驱动送膜轴，安全门打开时要求电机立即失去转矩。安全回路采用双通道安全继电器，输出两路24V信号分别接入驱动器的STO1和STO2。参数配置如下：
STO 输入类型：双通道，高电平有效
STO1 端子：X1A-1
STO2 端子：X1A-2
安全继电器输出：NO 触点，两路独立
响应时间：≤ 10 ms
安全等级目标：PL d / SIL 2
当安全门打开时，安全继电器断开两路输出，驱动器在10ms内禁止PWM输出，电机自由停车。此时若负载惯量较大，电机可能继续旋转数秒，因此机械防护仍需保留。若工艺要求快速平稳停车，则应选用SS1功能，先按设定斜坡减速，再进入STO。
五、常见误区与复盘
- 误区一：STO等于断电。STO只关断功率级输出，控制电源和通信仍可能保持，驱动器仍可被诊断和通信。
- 误区二：STO可以替代机械制动。STO不提供制动力，垂直轴或大惯量负载必须配合机械抱闸。
- 误区三：STO响应时间可以忽略。安全评估中必须计入STO响应时间、继电器动作时间和机械停止时间。
- 误区四：所有安全功能都靠STO实现。SS1、SS2、SLS需要驱动器固件和参数支持，不能仅靠外部安全继电器实现。
复盘来看，STO是伺服功能安全体系的“最后一道防线”，它简单、可靠、易于验证，但功能边界清晰。正确理解STO与SS1、SS2、SLS的区别与联系，才能在安全评估中合理分配安全功能，避免过度设计或安全缺口。