一種全新的安全系統解決方案H一種全新的安全系統解決方案，集成了可編程安全PLC 及可組態(tài)的安全模塊的優(yōu)點(diǎn)，應用靈活，可輕松實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通訊功能，為中型/中大型分布式安全系統提供了更加優(yōu)化的解決方案。

    隨著(zhù)現代技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化程度的提高，機器設備對安全的要求也越來(lái)越高，機器設備的發(fā)展目標之一，就是能將安全功能集成于高效、靈活的控制系統中。對于大型應用方案，集成度較高的安全PLC是比較理想的選擇，而對于小型應用方案，簡(jiǎn)單、可組態(tài)的安全模塊則更加實(shí)用，具有更多的優(yōu)勢?，F在，一種全新的解決方案，集成了以上兩種方案的優(yōu)點(diǎn)——應用靈活，可輕松實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通訊功能，為中型、分布式應用提供了更加優(yōu)化的解決方案，無(wú)需使用安全PLC，即可幫助機器設備制造商實(shí)現高效的、支持網(wǎng)絡(luò )功能的安全解決方案。

    技術(shù)現狀

   縱觀(guān)當前市場(chǎng)上所提供的各種安全系統解決方案，在簡(jiǎn)單的、可組態(tài)的安全模塊和靈活的、高性能的可編程安全PLC之間，缺少另一種分支產(chǎn)品。

    依照EU機械指令，在設計機器設備安全回路時(shí)，設計工程師必須參照最新的國際功能安全標準來(lái)設計(例如：EN ISO 13849或IEC 62061)，因此這就提出了一個(gè)問(wèn)題，無(wú)論是使用可編程、支持網(wǎng)絡(luò )功能的安全PLC，還是使用簡(jiǎn)單、可組態(tài)的安全模塊，都要求我們的工程師對最新安全標準有足夠的理解，以保證其設計的安全回路符合當前所流行的功能安全標準的要求。

    早在2008-2009年，這個(gè)問(wèn)題就已經(jīng)被一個(gè)特殊的工作小組“Steuerungstechnik im VDMA”提出并開(kāi)始分析，最后，制定了相應的指導方針，命名為“Programmierbare Sicherheitstechnik imMaschinenbau. Entscheidungshilfe für den Einsatz. Safety(1)”，此指導方針充分考慮了當前工業(yè)技術(shù)發(fā)展水平下所流行的技術(shù)，指出了與安全相關(guān)的通訊功能的重要意義，但這僅限于針對可編程安全PLC，可組態(tài)的安全模塊并不在范圍之內。

    可組態(tài)的安全模塊

    相對于簡(jiǎn)單的、采用硬接線(xiàn)的通用安全繼電器，可組態(tài)的安全模塊擁有應用靈活的優(yōu)勢，根據應用需求，可任意組態(tài)安全功能，僅需借助類(lèi)似螺絲刀這種簡(jiǎn)單的硬件工具，以及簡(jiǎn)單的軟件組態(tài)工具，即可完成整個(gè)模塊的組態(tài)和接線(xiàn)工作?？山M態(tài)的安全模塊主模塊面板上擁有數量固定的安全I/O 輸入/輸出信號，在安全I/O信號不夠的情況下，可以通過(guò)增加I/O擴展模塊，直接將擴展模塊和主模塊相連，也可以通過(guò)專(zhuān)用的擴展總線(xiàn)耦合器，以擴展I/O信號。另外，一些可組態(tài)的安全模塊還支持安全信號和非安全信號的混合應用。
  
                        
                                                    可組態(tài)的安全模塊

    通過(guò)標準現場(chǎng)總線(xiàn)設備和網(wǎng)絡(luò )設備，或通過(guò)特殊的現場(chǎng)總線(xiàn)模塊(總線(xiàn)耦合器)，可以整合標準自動(dòng)化機器設備的控制系統和安全系統，通過(guò)這些模塊，將可組態(tài)安全模塊上的信號傳輸至標準控制系統，例如診斷信息或信號狀態(tài)，當然，要實(shí)現此功能的前提是，在組態(tài)軟件里，必須事先選擇這些信號，并對其進(jìn)行地址設置。hhhhh可組態(tài)安全模塊使用方便、安裝簡(jiǎn)單，所能達到的安全等級對于每個(gè)人都是固定的，例如普通職員、電工和操作工人，即使這些人之前并不負責安全方面的工作，也不需要對他們進(jìn)行編程方面的特殊培訓，因為安全功能已經(jīng)被集成在具有安全認證的安全功能塊中。

    當然，相對于靈活的可編程安全PLC系統，可組態(tài)的安全模塊的缺點(diǎn)也是明顯的，其不能與安全網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通訊，不能將一些與安全相關(guān)的信息傳輸至已經(jīng)存在標準網(wǎng)絡(luò )。對于分布式的機器設備而言，這就增加了額外的接線(xiàn)或需要增加專(zhuān)用總線(xiàn)模塊。因此，對于這種用戶(hù)而言，此方案既不靈活性，也不高效，而且還需要增加額外的成本。hhhhhh因此，要在標準網(wǎng)絡(luò )中連接分布式安全I/O模塊，唯一的方法就是應用可編程安全PLC，并且要求這種PLC支持安全網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。

    可編程安全PLC

    相比簡(jiǎn)單的可組態(tài)安全模塊，可編程安全PLC支持更多的安全信號、安全功能塊應用示例，編程資源庫，更好地集成一些特殊的安全功能，例如：安全運動(dòng)。通過(guò)安全網(wǎng)絡(luò )標準化，安全PLC可以和分布式安全I/O模塊、高集成功能的安全設備進(jìn)行通訊（例如：激光掃描儀、安全驅動(dòng)）。最新的安全網(wǎng)絡(luò )還支持無(wú)線(xiàn)通訊，對于移動(dòng)的機器設備和工具，這種方案有很大的優(yōu)勢。

   但是，可編程安全PLC的使用也有一定的限制，需要符合一些前提條件，而且這些條件往往具有很大的挑戰：

    首先，需要確認所應用的PLC是否能提供 “Safe Version”？而對于一些機器設備，這一要求其實(shí)是很難滿(mǎn)足的，因為目前，安全PLC的發(fā)展是非常緩慢，所應用的PLC系統不一定能提供“Safe Version”。hhhhhh其次，機器設備制造商由于需要符合不同客戶(hù)的特殊需求，所使用的控制系統品牌或型號可能是不一樣的， 是否能實(shí)現所有與安全相關(guān)的控制？這也是一個(gè)問(wèn)題。

    第三，機器設備制造商使用自己研發(fā)和設計的系統或基于PC的控制系統，在安全軟件和安全運行技術(shù)可用的情況下（例如：KW-Software公司開(kāi)發(fā)的安全軟件），基于安全的硬件設備必須由機器設備制造商本身開(kāi)發(fā)或設計。

    在確認所使用的PLC系統所對應的安全PLC系統可以提供的前提下，又提出了以下新問(wèn)題：“PLC支持哪種安全網(wǎng)絡(luò )或協(xié)議”？不同的PLC支持不同的網(wǎng)絡(luò )或協(xié)議。最壞的情況就是，機器設備制造商必須根據使用的安全網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型來(lái)選擇安全PLC品牌或型號?？墒?，是否有足夠的安全網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型可供選擇，又是一個(gè)值得思考的問(wèn)題。
  
                        
                                                      可組態(tài)的安全模塊

   進(jìn)行PLC系統和網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型的更改不僅是硬件問(wèn)題，從工程工具方面來(lái)說(shuō)，編程語(yǔ)言，安全程序的驗證和確認流程，所有部件的功能安全管理都是必須要考慮的。

   因此，總的來(lái)說(shuō)，安全PLC、安全網(wǎng)絡(luò )、安全零部件和工程之間存在較強的附屬關(guān)系，對于機器設備制造商甚至最終用戶(hù)，最終又可能成為一大劣勢。

   之所以對這些附屬關(guān)系進(jìn)行分析，其原因也是已經(jīng)非常明顯的，需要將安全邏輯單元和安全通信主站高度集成于中央標準PLC系統，此外，大多數安全協(xié)議使用特殊的、類(lèi)似非循環(huán)服務(wù)或特殊通訊網(wǎng)絡(luò )特性，而無(wú)法進(jìn)行參數化、網(wǎng)絡(luò )設備的診斷。

   安全橋技術(shù)——分布式、可組態(tài)的安全模塊

    安全橋技術(shù)是一種全新的解決方案，用于實(shí)現自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )中分布式安全功能，以消除安全協(xié)議、標準PLC和標準現場(chǎng)總線(xiàn)/網(wǎng)絡(luò )彼此之間較強的附屬關(guān)系，因此，安全橋技術(shù)必須能實(shí)現以下2個(gè)重要的特性：

    首先，安全邏輯單元無(wú)需集成在PLC系統，安全邏輯單元是分散的、獨立于標準PLC，是一種可組態(tài)的安全模塊。在安全橋技術(shù)中，具有特殊功能的邏輯模塊其實(shí)就是一種標準的網(wǎng)絡(luò )設備。

    其次，為了讀取來(lái)自分布式傳感器的安全輸入信號，或將安全輸出信號傳輸至執行器，安全邏輯模塊必須通過(guò)一種特殊的安全橋協(xié)議，將這些信息傳輸至已經(jīng)安裝好的標準網(wǎng)絡(luò )中。這種安全協(xié)議不含任何網(wǎng)絡(luò )和PLC之間所指定的某種附屬特性，因此，黑通道原理被用于進(jìn)行參數化和故障診斷。標準PLC和整個(gè)網(wǎng)絡(luò )，以及安全報文中所涉及的所有零部件，都是“黑色通道”的一部分，安全相關(guān)失效檢測方法，僅在通訊的終端被執行，在黑色通道內部檢測所有的殘余失效的概率，以符合最高安全等級（等級4，SIL3，PLe）。

    從使用者的角度出發(fā)，一個(gè)安全站點(diǎn)內所有分布式安全橋模塊要能完成原先使用可組態(tài)安全模塊能完成的功能，即實(shí)現的一臺機器設備所要求的所有安全功能。

   標準PLC系統是黑色通道中的一部分的這一特殊特性，帶來(lái)一些無(wú)法預知的好處：

   • 標準PLC能直接讀來(lái)自輸入設備的所有安全輸入信號。

   • 標準PLC還能直接讀取所有安全輸出信號，這些信號通過(guò)安全輸出設備被映射成標準輸入信號被讀取。

    • 標準PLC能直接讀取來(lái)自所有安全橋模塊（例如：安全輸入模塊、安全邏輯模塊、安全輸出模塊）的所有診斷信息。

   • 只要安全橋和安全邏輯模塊容許，標準PLC還能直接發(fā)送安全輸出信號至安全輸出模塊。

    這種既安全又可輕松實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通訊的新方案，集合了可編程、支持網(wǎng)絡(luò )功能的安全PLC系統和可組態(tài)安全模塊二者的優(yōu)勢。安全橋支持網(wǎng)絡(luò )功能，可以像安全PLC一樣應用靈活，又可以像可組態(tài)安全模塊一樣安裝簡(jiǎn)單，其組態(tài)軟件與可組態(tài)安全模塊所應用的軟件是一樣的，都是SAFECONF軟件。

   結語(yǔ)

   作為一種全新的安全系統解決方案，安全橋可以集成在自動(dòng)化系統網(wǎng)絡(luò )中，實(shí)現安全網(wǎng)絡(luò )通信功能。安全橋技術(shù)完全獨立于安全PLC和標準網(wǎng)絡(luò )，因此，可非常容易地集成于已有標準系統和標準網(wǎng)絡(luò )中，無(wú)需使用特殊的PLC系統和安全網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，便可實(shí)現各種安全功能。此技術(shù)以及產(chǎn)品早在2009年就已經(jīng)通過(guò)了德國萊茵TÜV認證，集合了安全網(wǎng)絡(luò )通訊功能和可組態(tài)的安全模塊應用簡(jiǎn)單的優(yōu)勢，可以應用在最高安全等級為4 ,SIL 3, PL e的各種應用中。由于嚴格執行了安全功能和標準PLC網(wǎng)絡(luò )分開(kāi)原則，即使系統中所應用的標準PLC或網(wǎng)絡(luò )配置發(fā)生了變化，也無(wú)需對安全相關(guān)配置和參數進(jìn)行修改，這也就意味著(zhù)，只要是得到認可的安全應用方案，無(wú)需進(jìn)行任何修改，可以被應用于使用不同PLC系統的機器設備，可以在不同的控制系統中被重復使用。

    安全橋技術(shù)是一種全新的安全技術(shù)，其彌補了可組態(tài)的安全模塊和可編程PLC系統之間的應用間隙。  

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第七期