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案例頻道 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 及可組態的安全模塊的優點，應用靈活，可輕松實現網絡通訊功能，為中型/中大型分布式安全系統提供了更加優化的解決方案。
隨著現代技術的發展，自動化程度的提高，機器設備對安全的要求也越來越高，機器設備的發展目標之一，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，簡單、可組態的安全模塊則更加實用，具有更多的優勢。現在，一種全新的解決方案，集成了以上兩種方案的優點——應用靈活，可輕松實現網絡通訊功能，為中型、分布式應用提供了更加優化的解決方案，無需使用安全PLC，即可幫助機器設備制造商實現高效的、支持網絡功能的安全解決方案。
技術現狀
縱觀當前市場上所提供的各種安全系統解決方案，在簡單的、可組態的安全模塊和靈活的、高性能的可編程安全PLC之間，缺少另一種分支產品。
依照EU機械指令，在設計機器設備安全回路時，設計工程師必須參照最新的國際功能安全標準來設計(例如：EN ISO 13849或IEC 62061)，因此這就提出了一個問題，無論是使用可編程、支持網絡功能的安全PLC，還是使用簡單、可組態的安全模塊，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，這個問題就已經被一個特殊的工作小組“Steuerungstechnik im VDMA”提出并開始分析，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技術發展水平下所流行的技術，指出了與安全相關的通訊功能的重要意義，但這僅限于針對可編程安全PLC，可組態的安全模塊并不在范圍之內。
可組態的安全模塊
相對于簡單的、采用硬接線的通用安全繼電器，可組態的安全模塊擁有應用靈活的優勢，根據應用需求，可任意組態安全功能，僅需借助類似螺絲刀這種簡單的硬件工具，以及簡單的軟件組態工具，即可完成整個模塊的組態和接線工作。可組態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，也可以通過專用的擴展總線耦合器，以擴展I/O信號。另外，一些可組態的安全模塊還支持安全信號和非安全信號的混合應用。
可組態的安全模塊
通過標準現場總線設備和網絡設備，或通過特殊的現場總線模塊(總線耦合器)，可以整合標準自動化機器設備的控制系統和安全系統，通過這些模塊，將可組態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，當然，要實現此功能的前提是，在組態軟件里，必須事先選擇這些信號，并對其進行地址設置。hhhhh可組態安全模塊使用方便、安裝簡單，所能達到的安全等級對于每個人都是固定的，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，也不需要對他們進行編程方面的特殊培訓，因為安全功能已經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，可組態的安全模塊的缺點也是明顯的，其不能與安全網絡進行通訊，不能將一些與安全相關的信息傳輸至已經存在標準網絡。對于分布式的機器設備而言，這就增加了額外的接線或需要增加專用總線模塊。因此，對于這種用戶而言，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，要在標準網絡中連接分布式安全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支持安全網絡協議。
可編程安全PLC
相比簡單的可組態安全模塊，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。通過安全網絡標準化，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行通訊（例如：激光掃描儀、安全驅動）。最新的安全網絡還支持無線通訊，對于移動的機器設備和工具，這種方案有很大的優勢。
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，這一要求其實是很難滿足的，因為目前，安全PLC的發展是非常緩慢，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， 是否能實現所有與安全相關的控制？這也是一個問題。
第三，機器設備制造商使用自己研發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可用的情況下（例如：KW-Software公司開發的安全軟件），基于安全的硬件設備必須由機器設備制造商本身開發或設計。
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，又提出了以下新問題：“PLC支持哪種安全網絡或協議”？不同的PLC支持不同的網絡或協議。最壞的情況就是，機器設備制造商必須根據使用的安全網絡類型來選擇安全PLC品牌或型號。可是，是否有足夠的安全網絡類型可供選擇，又是一個值得思考的問題。
可組態的安全模塊
進行PLC系統和網絡類型的更改不僅是硬件問題，從工程工具方面來說，編程語言，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，總的來說，安全PLC、安全網絡、安全零部件和工程之間存在較強的附屬關系，對于機器設備制造商甚至最終用戶，最終又可能成為一大劣勢。
之所以對這些附屬關系進行分析，其原因也是已經非常明顯的，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，大多數安全協議使用特殊的、類似非循環服務或特殊通訊網絡特性，而無法進行參數化、網絡設備的診斷。
安全橋技術——分布式、可組態的安全模塊
安全橋技術是一種全新的解決方案，用于實現自動化網絡中分布式安全功能，以消除安全協議、標準PLC和標準現場總線/網絡彼此之間較強的附屬關系，因此，安全橋技術必須能實現以下2個重要的特性：
首先，安全邏輯單元無需集成在PLC系統，安全邏輯單元是分散的、獨立于標準PLC，是一種可組態的安全模塊。在安全橋技術中，具有特殊功能的邏輯模塊其實就是一種標準的網絡設備。
其次，為了讀取來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一種特殊的安全橋協議，將這些信息傳輸至已經安裝好的標準網絡中。這種安全協議不含任何網絡和PLC之間所指定的某種附屬特性，因此，黑通道原理被用于進行參數化和故障診斷。標準PLC和整個網絡，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，一個安全站點內所有分布式安全橋模塊要能完成原先使用可組態安全模塊能完成的功能，即實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，帶來一些無法預知的好處：
• 標準PLC能直接讀來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還能直接發送安全輸出信號至安全輸出模塊。
這種既安全又可輕松實現網絡通訊的新方案，集合了可編程、支持網絡功能的安全PLC系統和可組態安全模塊二者的優勢。安全橋支持網絡功能，可以像安全PLC一樣應用靈活，又可以像可組態安全模塊一樣安裝簡單，其組態軟件與可組態安全模塊所應用的軟件是一樣的，都是SAFECONF軟件。
結語
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化系統網絡中，實現安全網絡通信功能。安全橋技術完全獨立于安全PLC和標準網絡，因此，可非常容易地集成于已有標準系統和標準網絡中，無需使用特殊的PLC系統和安全網絡協議，便可實現各種安全功能。此技術以及產品早在2009年就已經通過了德國萊茵TÜV認證，集合了安全網絡通訊功能和可組態的安全模塊應用簡單的優勢，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網絡分開原則，即使系統中所應用的標準PLC或網絡配置發生了變化，也無需對安全相關配置和參數進行修改，這也就意味著，只要是得到認可的安全應用方案，無需進行任何修改，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。
安全橋技術是一種全新的安全技術，其彌補了可組態的安全模塊和可編程PLC系統之間的應用間隙。
摘自《自動化博覽》2012年第七期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號