耿帥兵

摘 要：為了應(yīng)對特種機(jī)械設(shè)備的高安全性要求，在現(xiàn)代的電氣自動化控制系統(tǒng)中，采用安全PLC技術(shù)已經(jīng)具有極大的優(yōu)勢。在設(shè)備布線和分布式安全系統(tǒng)設(shè)計方面節(jié)省大量的人力物力，更多的設(shè)計方案受益于此，因此在許多特種設(shè)備電氣自動化控制領(lǐng)域也大量采用安全PLC。文章將分析安全PLC技術(shù)的使用現(xiàn)狀，并分析其存在的問題，并提出相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：安全PLC；電氣自動化；安全完整性；安全性能等級

中圖分類號：F407.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0155-02

機(jī)械裝置與電氣自動化融合的越來越深入，應(yīng)用領(lǐng)域越來越靈活?？紤]到操作員和參與者的持續(xù)安全，工程師設(shè)計階段就需要根據(jù)FMEA（失效模式與影響分析）提供保護(hù)性措施方案。對于傳統(tǒng)的項目應(yīng)用，自動化和安全技術(shù)都是單獨(dú)實施的，二者平行運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)前國內(nèi)許多大型特種游樂設(shè)備都會使用安全PLC，其可以提供可靠的硬件和軟件技術(shù)，以實現(xiàn)用集成的方式進(jìn)行簡便的操作，包括安全輸入/輸出端子模塊、用于總線端子系統(tǒng)的小型安全控制器以及伺服驅(qū)動器。從軟件方面來說，它集成了自動化軟件，能夠方便地配置安全功能。在項目設(shè)計過程中，筆者對安全PLC的重要作用有很深的體會，文章將分析安全PLC在電氣自動化中的應(yīng)用問題，并提出相應(yīng)的解決對策。

1 安全PLC相關(guān)介紹

1.1 安全控制系統(tǒng)

安全控制系統(tǒng)包含安全輸入信號（如緊急停止信號、安全限位信號和安全帶信號等）、安全控制模塊（如安全PLC）和被控安全輸出元件（如安全接觸器）三部分組成。安全PLC作為安全控制模塊，需要對安全輸入信號進(jìn)行分析和處理，并最終控制安全輸出元件。安全PLC工作更加可靠，其能夠?qū)Π踩斎胄盘栠M(jìn)行處理，當(dāng)安全輸入信號出現(xiàn)問題時，也會及時采取相應(yīng)的措施，進(jìn)而避免發(fā)生安全事故。

1.2 安全PLC分類

安全PLC，分為獨(dú)立可編程和集成安全控制器兩種。其中獨(dú)立可編程控制器是設(shè)計用來監(jiān)控安全電路的狀態(tài)，能夠根據(jù)具體功能配置軟件，其通常情況下用于小型安全控制器，是針對安全電路控制而設(shè)計的。集成安全控制器設(shè)計用于在一個平臺內(nèi)提供標(biāo)準(zhǔn)電氣自動化控制和安全控制，通過可編程軟件，允許在相同的編程環(huán)境中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)和安全功能的配置，它可以配合安全現(xiàn)場總線使用。

1.3 安全PLC特征

安全PLC的安全要求是在硬件上加入這些模塊：冗余性控制、多樣性控制、系統(tǒng)頻繁且可靠的自筆者檢測、CRC校檢、安全認(rèn)證功能模塊。這些模塊能夠最大程度上避免出現(xiàn)安全問題。

2 安全PLC在電氣自動化中的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

現(xiàn)階段，許多大型成套集控和群控系統(tǒng)已經(jīng)開始使用安全PLC，國內(nèi)的應(yīng)用尤其是在玻璃、汽車制造和游樂設(shè)施等領(lǐng)域。筆者通過自己主導(dǎo)的一些項目并查閱資料，整理如下：

2.1 安全PLC應(yīng)用于玻璃生產(chǎn)

玻璃生產(chǎn)行業(yè)PLC應(yīng)用廣泛，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行了PLC升級，已經(jīng)大量應(yīng)用筆者們所熟知的安全PLC。使用安全PLC后，工廠生產(chǎn)安全、績效和盈利能力顯著變化。

在玻璃生產(chǎn)中，安全PLC對于工廠自動化FA至關(guān)重要。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，以安全PLC為核心的安全控制系統(tǒng)促進(jìn)了控制功能和安全性能的提高。但同時其對于控制方式和運(yùn)行水平要求也隨即提高。玻璃生產(chǎn)中工藝過程相對較為復(fù)雜，且控制參數(shù)繁多。安全PLC的使用能夠符合新時期玻璃生產(chǎn)安全性能指標(biāo)。

2.2 在汽車制造中安全PLC的應(yīng)用

當(dāng)前汽車制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，自動化水平也不斷提升，其涉及到自動化技術(shù)和產(chǎn)品、現(xiàn)場總線、運(yùn)動控制等多項內(nèi)容。作為重要的主力市場，汽車制造業(yè)的安全PLC應(yīng)用成為安全PLC制造商重點角逐的市場。

汽車生產(chǎn)線包含四大工序：沖壓、焊裝、總裝和涂裝。每個工序都需要使用到安全PLC予以控制，所以可以說安全PLC是朝陽產(chǎn)業(yè)，體現(xiàn)對綜合技術(shù)要求的最高FA行業(yè)。沖壓期間除了機(jī)械手外，其余的都需要安全PLC。焊裝車間主要是傳輸控制，一條生產(chǎn)線就要用到5-7個PLC，每一個小系統(tǒng)都需要用一個安全PLC予以控制，而在總裝車間的安全PLC則是控制三種輸送線：高架線、內(nèi)飾線和總裝線。

2.3 安全PLC在游樂設(shè)施中的應(yīng)用及趨勢

安全PLC的應(yīng)用主要集中在游樂場的室內(nèi)項目，以黑暗騎乘項目和飛行影院為主，迪士尼項目采用的安全控制器是以美國羅克韋爾獨(dú)立可編程安全控制器為主，而國內(nèi)的代表性樂園以萬達(dá)項目為例，采用的安全控制器是以德國倍福集成安全控制器為主。雖然功能上二者沒有區(qū)別，但羅克韋爾的安全控制器在大系統(tǒng)且安全系統(tǒng)相對獨(dú)立的項目上具有明顯的組網(wǎng)優(yōu)勢，而德國倍福安全控制器在安全控制功能相對分散的大系統(tǒng)項目上性價比優(yōu)勢明顯。

安全PLC在游樂設(shè)施中開始被廣泛應(yīng)用，筆者在實際工作中深深體會到安全PLC的重要性。安全PLC具有較好的內(nèi)控檢測功能，能夠?qū)崟r時監(jiān)測游樂設(shè)施運(yùn)行中存在的風(fēng)險項。游樂設(shè)施中特殊的電子線路、細(xì)致的診斷軟件分析，加上有可能會失效的測試設(shè)計，都需要安全PLC來完成。

3 應(yīng)用安全PLC過程中相關(guān)建議

安全PLC實際應(yīng)用中依舊存在一些問題。針對這些問題，筆者根據(jù)自己的安全控制系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試經(jīng)驗給出了相應(yīng)的建議，具體如下：

3.1 提高安全PLC的抗干擾設(shè)計

安全PLC運(yùn)行過程中容易受到強(qiáng)電磁的供給，由此會使得運(yùn)算和通訊出現(xiàn)錯誤。所以，要強(qiáng)化安全PLC技術(shù)的抗強(qiáng)磁能力，確保即使在強(qiáng)磁狀態(tài)下，安全PLC也能夠開展精準(zhǔn)的計算，以此來維護(hù)系統(tǒng)的安全、設(shè)施的安全。

技術(shù)人員設(shè)計電氣系統(tǒng)時也要提高安全PLC的抗干擾能力，需從以下幾個方面考慮：

首先，對下級控制回路做好屏蔽保護(hù)，特別是針對安裝有變頻器和伺服驅(qū)動器等大功率器件的系統(tǒng)。endprint

其次，降低環(huán)境噪聲對測試電路的影響，控制房的位置要遠(yuǎn)離變壓器房和強(qiáng)電間。

最后，降低公共接地、變頻器、電磁閥以及不明脈沖對安全PLC的干擾，并對下級設(shè)備進(jìn)行隔離防護(hù)。通過安裝UPS隔離電源、單獨(dú)接地、濾波器和安全柵等，降低干擾源對安全PLC系統(tǒng)的電磁干擾，減小關(guān)鍵安全系統(tǒng)部件監(jiān)控失效的風(fēng)險。

3.2 充分運(yùn)用安全PLC的安全性能

根據(jù)安全PLC高可靠性等特點，并加上計算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，對兩者進(jìn)行有效的結(jié)合，以此保證系統(tǒng)正常運(yùn)行后面的故障監(jiān)控。不僅如此，安全PLC和電子顯示屏的結(jié)合，能夠有效發(fā)揮安全平臺的監(jiān)控能力，促進(jìn)人機(jī)的有效互動，便捷操作。外部安全傳感器和安全PLC的邏輯互鎖能夠?qū)Σ僮靼踩杂枰蕴嵘?dāng)前游樂設(shè)施中就需要安全PLC系統(tǒng)來降低存在的操作風(fēng)險和故障風(fēng)險。因為游樂場人流量大，且大部分以有效兒童為主，要想確保其安全，實現(xiàn)這些目標(biāo)，就需要高度重視安全PLC系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用。

充分運(yùn)用安全PLC的安全性能，當(dāng)前安全PLC中的安全系統(tǒng)程序和標(biāo)準(zhǔn)功能程序都可以在冗余的CPU中同時運(yùn)行，這有效簡化了復(fù)雜的應(yīng)用過程。不需要單獨(dú)的配置安全控制器，就能夠精準(zhǔn)編輯相應(yīng)的功能塊，且根據(jù)相通的線路來維持安全和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的通訊，只需要管理好安全總線，有效減少了相應(yīng)的安裝費(fèi)用，而這也是普通PLC所無法比擬的。

3.3 提高安全PLC技術(shù)人員的專業(yè)能力

隨著安全PLC系統(tǒng)的不斷進(jìn)化，即使是不同廠家的安全PLC也會有不同的編程語言，國內(nèi)以梯形圖（LD）編程的技術(shù)人員居多，國外的工程師則以結(jié)構(gòu)化文本（ST）編程居多，安全PLC更多是以安全功能塊的形式進(jìn)行編程和調(diào)用，因此這就需要專業(yè)的技術(shù)人員對安全功能塊進(jìn)行系統(tǒng)性學(xué)習(xí)和應(yīng)用調(diào)試。

不僅如此安全PLC的操作人員還應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)相應(yīng)的系統(tǒng)安全理論知識，如安全評估、安全設(shè)計和安全檢查。實踐上也需要具備工廠電工的強(qiáng)電知識、電路方面的弱電知識等等。所以，安全PLC技術(shù)人員必須能夠從電氣自動化系統(tǒng)安全完整性的角度去設(shè)計，同時還要了解安全PLC所涉及的外圍元器件的安全性能等級。

當(dāng)前系統(tǒng)集成型的制造企業(yè)對引進(jìn)和培養(yǎng)電氣自動化安全方面的專業(yè)設(shè)計人才還不夠重視，這個問題會讓企業(yè)在培養(yǎng)和積累核心競爭力中落后，無法培養(yǎng)引領(lǐng)行業(yè)前進(jìn)的人才。開發(fā)專業(yè)技術(shù)需要積累相應(yīng)的經(jīng)驗，企業(yè)會因為大量非專業(yè)人才進(jìn)入到專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域而面臨巨大的風(fēng)險。

4 結(jié)束語

筆者經(jīng)過多年在大型游樂設(shè)施領(lǐng)域主導(dǎo)安全控制系統(tǒng)設(shè)計工作，很清楚安全PLC系統(tǒng)最早用于冶金等傳統(tǒng)高危行業(yè)，但是當(dāng)前在游樂設(shè)施系統(tǒng)中其已經(jīng)具有不可撼動的地位。安全PLC系統(tǒng)的發(fā)展，能夠有效維護(hù)工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全，能夠為游樂設(shè)施的安全性保駕護(hù)航。對于有著安全性能等級要求的設(shè)備，不是僅采用了該安全性能等級的安全PLC就能達(dá)到。設(shè)計團(tuán)隊需要系統(tǒng)的從安全評估、安全設(shè)計直至安全檢查的安全設(shè)計流程，才能夠完成一個高水準(zhǔn)、符合安全要求的電氣自動化項目。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫振強(qiáng).可編程控制器原理及應(yīng)用教程[M].清華大學(xué)出版社，2005.

[2]史國生.電氣控制與可編程控制器技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[4]李丹.關(guān)于電氣設(shè)備自動化控制中PLC技術(shù)的應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（33）：132.endprint