陳進標

摘要：當(dāng)我們能夠關(guān)注機械本身的安全性能的時候，其安全功能應(yīng)該由安全自動化控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。安全控制系統(tǒng)的正確設(shè)計會影響到機械的安全性能。安全控制系統(tǒng)的可靠性是衡量該臺機械是否符合安全要求的重要依據(jù)，本文對于機械制造中的安全控制系統(tǒng)相關(guān)問題進行分析。

關(guān)鍵詞：機械制造；安全控制；應(yīng)用技巧

1 安全控制系統(tǒng)

所謂的安全（控制）系統(tǒng)，是在開車、停車、出現(xiàn)工藝擾動以及正常維護、操作期間對生產(chǎn)裝置提供安全保護。一旦當(dāng)工廠裝置本身出現(xiàn)危險，或由于人為原因而導(dǎo)致危險時，系統(tǒng)立即做出反應(yīng)并輸出正確信號，使裝置安全停車，以阻止危險的發(fā)生或事故的擴散。它包括了現(xiàn)場的安全信號，如緊急停止信號、安全進入信號、閥反饋信號、液位信號等，邏輯控制單元和輸出控制單元。無論在機械制造領(lǐng)域還是在流程化工領(lǐng)域，安全控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)中不可或缺的一部分。

從安全控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖我們可以看出，安全控制鏈由輸入（如傳感器）、邏輯（如控制器）、輸出（如觸發(fā)裝置）構(gòu)成。從邏輯上來說，對于安全信號的控制功能可以采用普通繼電器、普通PLC、標準現(xiàn)場總線或DCS 等邏輯控制元器件，從表面上達到我們所需要的邏輯輸出。但是，我們可以注意到，普通繼電器、普通PLC、標準現(xiàn)場總線或DCS 不屬于安全相關(guān)元器件或系統(tǒng)。常見的安全輸入設(shè)備包括由緊急停止設(shè)備、安全進入裝置（安全門開關(guān)或聯(lián)鎖裝置）、安全光電設(shè)備（安全光幕、安全光柵、安全掃描儀）。安全邏輯部分常采用安全繼電器、安全PLC 和安全總線系統(tǒng)。

2 安全邏輯控制設(shè)備

邏輯控制設(shè)備是整個安全控制系統(tǒng)中最重要的一部分。它需要接收安全信號，進行邏輯分析，可靠的進行安全輸出控制?，F(xiàn)代自動化安全控制領(lǐng)域中，安全系統(tǒng)的控制元器件有安全繼電器、安全PLC 和安全總線控制系統(tǒng)。

2.1 安全繼電器

安全繼電器，或者稱為安全繼電器模塊，是最簡單的安全邏輯控制元器件。其特點是采用了冗余的輸出控制和自我檢測的功能，實現(xiàn)了對輸出負載的可靠控制。

該模塊的存在2 個安全輸出觸點，這兩個安全輸出觸點在內(nèi)部是由來自2個不同的特殊繼電器K1 和K2 的常開觸點串連而組成。當(dāng)K1 出現(xiàn)故障的時候，K2 依然可以實現(xiàn)安全觸點斷開的功能。同時，安全繼電器模塊可以通過內(nèi)部電路進行自檢，檢測出外部接線故障和內(nèi)部元器件的故障。

2.2 安全可編程控制器

安全可編程控制器采用了多套中央處理器進行控制，并且這些處理器來自不同的生產(chǎn)商。這樣的控制方式符合了冗余、多樣性控制的要求。這是安全PLC 與普通PLC最根本的區(qū)別。當(dāng)一定數(shù)量的處理器出現(xiàn)故障后，完好的處理器依然執(zhí)行安全功能，切斷所有安全輸出使系統(tǒng)停機。導(dǎo)致系統(tǒng)停機的處理器的故障數(shù)量取決于不同的系統(tǒng)。如，1oo2 系統(tǒng)（2 取1 的系統(tǒng)），一旦一個處理器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)立刻進入故障安全狀態(tài)；又如，2oo3 系統(tǒng)（3 取2 的系統(tǒng)），當(dāng)一個處理器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)并不會停機。系統(tǒng)只有在2個處理器同時出現(xiàn)故障的情況下才會導(dǎo)致系統(tǒng)停機。前者我們通常成為2 重冗余系統(tǒng)，安全可靠性較高、可用性較低；后者我們通常成為3 重冗余系統(tǒng)，其安全可靠性和可用性較高，但相比前者成本高。

對于信號的采集、處理和輸出的過程，安全PLC 都采用了冗余控制的方式。當(dāng)信號進入PLC 后，分別進入多個輸入寄存器，再通過對應(yīng)的多個中央處理器的處理，最后進入多個輸出寄存器。這樣，安全PLC 就構(gòu)成了多個冗余的通道。整個過程之中，信號狀態(tài)、處理結(jié)果等可以通過安全PLC 內(nèi)部的暫存裝置進行相互比較，如果出現(xiàn)不一致，則可以根據(jù)不同的系統(tǒng)特性，進入故障安全狀態(tài)或?qū)⒐收蠙z測出來。

輸入回路可以采用雙通道的方式，通過2 條物理接線進入安全PLC。安全PLC也可以提供安全測試脈沖，用以檢測輸入通道中的故障。安全PLC 的輸出內(nèi)部電路也采用了冗余、多樣性的方式，對一個輸出節(jié)點進行安全可靠控制。安全PLC 可以通過2 種不同的手段，即切斷基極信號和切斷集電極電源兩種不同的方式，將輸出信號由1 轉(zhuǎn)變?yōu)?。無論那種方式出現(xiàn)故障，另外一種方式依然完好的執(zhí)行安全功能。同時，安全PLC 提供了內(nèi)部檢測脈沖，以檢測內(nèi)部故障。

安全PLC 的掃描時間要求為每千條指令1ms 以下?？焖俚闹醒胩幚砉δ懿粌H可以達到緊急停車的要求，同時能夠以較短的時間完成整套系統(tǒng)的安全功能自檢。

在軟件方面，安全PLC 必須有可靠的編程環(huán)境、校驗手段，以保證安全。這主要可以通過規(guī)范安全功能編程來實現(xiàn)。這些安全功能塊經(jīng)過加密，不能夠修改。我們只需要在功能塊的輸入和輸出部分填入相應(yīng)的地址、參數(shù)和中間變量，即可以完成對安全功能的編程。這些MBS 功能塊涵蓋了機械制造領(lǐng)域及流程化工領(lǐng)域的安全功能控制。

2.3 安全總線控制系統(tǒng)

安全現(xiàn)場總線系統(tǒng)是以安全PLC、安全輸入輸出模塊、安全總線構(gòu)成一套離散式控制系統(tǒng)。硬件和通訊的安全可靠是安全總線控制系統(tǒng)的可靠性判斷依據(jù)。在硬件上，安全總線系統(tǒng)的模塊都采用了冗余、高速的可靠元器件。

3 結(jié)論

安全控制系統(tǒng)是一個靜態(tài)的系統(tǒng)，其監(jiān)控系統(tǒng)中的安全相關(guān)的參數(shù)。在系統(tǒng)正常運行期間，安全控制系統(tǒng)不作出任何響應(yīng)。但是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常、或安全相關(guān)信號被觸發(fā)，安全控制系統(tǒng)立刻奪去系統(tǒng)的控制權(quán)，根據(jù)其內(nèi)部邏輯，對輸出設(shè)備進行安全控制，從而保證了整個系統(tǒng)的安全。

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