走向成熟的安全現(xiàn)場總線
何華先生：安全現(xiàn)場總線技術(shù)是在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的具有安全總線協(xié)議的新型的安全控制系統(tǒng)技術(shù)。安全現(xiàn)場總線能夠確保在應(yīng)用中有很高級別的完整性，包括報文冗余、交叉核對，確保安全信息能夠在預(yù)定時間內(nèi)，可靠地從一個設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€設(shè)備，并能保證數(shù)據(jù)內(nèi)容的完整性。
從安全總線在全球的應(yīng)用范圍來看,實(shí)踐證明已經(jīng)采用安全總線的行業(yè)包括汽車、機(jī)床、機(jī)械、船舶等行業(yè),以及過程工業(yè)中的石化、煉油、電廠、鍋爐控制和燃燒控制、高壓應(yīng)用等。此外,它還應(yīng)用于遠(yuǎn)程遙控、無人值守以及維護(hù)費(fèi)用十分昂貴的場合(例如大型儲罐區(qū))。
許瑋先生：安全現(xiàn)場總線是一個開放性的總線系統(tǒng)，用于傳輸一系列與安全相關(guān)的數(shù)據(jù)。整套系統(tǒng)用來完成安全相關(guān)的功能，例如緊急停機(jī)，安全門監(jiān)控，安全光柵監(jiān)控等。安全現(xiàn)場總線推出的目的與標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線的目的類似，就是使控制分散化、現(xiàn)場化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活化，使安全系統(tǒng)控制的范圍更廣。
安全總線系統(tǒng)基本由安全控制器（安全PLC）和現(xiàn)場分散安全模塊組成（例如分散式I/O安全模塊）。安全控制器是安全總線系統(tǒng)的核心，安全系統(tǒng)中所有的邏輯運(yùn)算處理、以及安全總線系統(tǒng)的運(yùn)作管理等都由安全控制器完成?，F(xiàn)場分散安全模塊用于處理安全輸入信號以及安全輸出信號。安全控制器和現(xiàn)場分散安全模塊必須符合安全相關(guān)要求，經(jīng)過安全相關(guān)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，達(dá)到一定的安全等級。這兩者之間就是通過安全現(xiàn)場總線（Cable）來連接，在這根Cable上安全相關(guān)的數(shù)據(jù)傳遞于安全控制器和現(xiàn)場分散安全模塊之間。由于安全相關(guān)數(shù)據(jù)在傳遞過程中的正確性、安全性、反應(yīng)時間及可靠性等會直接影響安全功能，所以這根安全現(xiàn)場總線（Cable）也必須經(jīng)過安全相關(guān)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證。
當(dāng)前主流的安全總線標(biāo)準(zhǔn)
上官小晶先生：現(xiàn)在安全總線都以各自的現(xiàn)場總線技術(shù)為基礎(chǔ)，發(fā)展相應(yīng)的安全解決方案，這樣不利于標(biāo)準(zhǔn)化。未來的發(fā)展方向必然是安全總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，這樣才有利于技術(shù)和產(chǎn)品的推廣。
當(dāng)前行業(yè)內(nèi)主流的安全總線標(biāo)準(zhǔn)如下：
EthernetPowerbbbbSafety：2001年11月貝加萊推出EthernetPowerbbbb，2003年1月EPSG成立，2003年11月EPSG推出EthernetPowerbbbbV2。近期推出以EthernetPowerbbbb為基礎(chǔ)的Safety方案，滿足安全等級SIL3（IEC61508），同時循環(huán)時間下降到200μs，符合TÜV認(rèn)證。
ProfiSafe：1999年在西門子問世，ProfiSafeV1.30以ProfiBus為基礎(chǔ)，擁有TÜV，BGIA，UL等機(jī)構(gòu)認(rèn)證，達(dá)到SIL3安全等級（IEC61508）。2005年6月ProfiSafeV2推出，進(jìn)入工業(yè)以太網(wǎng)ProfiNet的應(yīng)用范疇。
CIPSafety：由ODVA提出，CIPSafety以CIP網(wǎng)絡(luò)（DeviceNet，ControlNet，Ethernet/IP）為基礎(chǔ)，達(dá)到SIL3安全等級（IEC61508）。
SafetyNetp：1999年P(guān)ILZ推出安全、開放的現(xiàn)場總線系統(tǒng)SafetyBusp，近期推出了安全的工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)SafetyNetp。
InterbusSafety：由InterbusClub和PhoenixContact公司開發(fā)，以Interbus總線為基礎(chǔ)，2001年得到德國BIA組織EN954-ILKAT4標(biāo)準(zhǔn)許可證明，達(dá)到SIL3安全等（IEC61508）。
CC-bbbbSafety：由CLPA推出，以CC-bbbb為基礎(chǔ)，達(dá)到SIL3安全等級（IEC61508）。
與標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的兼容
許瑋先生：其實(shí)安全控制系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)兩者在控制上是相互獨(dú)立的，但是彼此之間又存在著一定的關(guān)聯(lián)。從如下的一張圖中可以明白標(biāo)準(zhǔn)的安全總線、現(xiàn)場總線和最終的受控對象之間的關(guān)系。
在邏輯結(jié)構(gòu)上安全控制系統(tǒng)的輸出與標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)的輸出做了個“與”功能，其意義就在于當(dāng)安全控制系統(tǒng)經(jīng)過對安全輸入信號的處理之后得出現(xiàn)場工況不存在一定的危險性時，其安全輸出閉合，此時標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)輸出通過本身的通或斷來控制最終的受控對象。一旦安全控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場需要緊急停機(jī)時，其會把安全輸出給切斷，此時由于控制回路已經(jīng)斷開，所以標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)將無法使最終受控對象再次運(yùn)行。
安全現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線之間在控制上是一個獨(dú)立的關(guān)系，那它們之間就沒有一點(diǎn)關(guān)聯(lián)嗎？Pilz的安全現(xiàn)場總線SafetyBUSp于1999年推出。經(jīng)過多年來的不斷發(fā)展，現(xiàn)在通過我們的安全PLC（PSS）上的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線接口能夠?qū)afetyBUSp的信息傳輸給標(biāo)準(zhǔn)控制器（標(biāo)準(zhǔn)PLC），實(shí)現(xiàn)安全現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線之間的通信功能。目前我們的PSS可以和如下的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線進(jìn)行通信：Profibus-DP、DeviceNet、CANopen、Interbus-S、ControlNet、MPI以及Ethernet。
2005年P(guān)ilz推出了最新的安全現(xiàn)場分散模塊PSSuniversal。其采用了模塊化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了一個現(xiàn)場總線分站能夠擁有兩個現(xiàn)場總線接口-安全總線接口+標(biāo)準(zhǔn)總線接口。使安全現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線在現(xiàn)場總線分站上相互兼容，在這個分站上既可以擁有安全輸入輸出也可以擁有標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出，可以節(jié)省用戶大量的項目成本。由于安全現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)總線在現(xiàn)場總線分站上的相互兼容，標(biāo)準(zhǔn)PLC可以直接通過標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線讀取現(xiàn)場總線分站上安全輸入輸出相關(guān)的信息以及該現(xiàn)場總線分站上的模塊診斷信息，大大地節(jié)省用戶的項目開發(fā)時間。此外PSSuniversal具有現(xiàn)場使能原理，可以使得原本在外部硬件實(shí)現(xiàn)的安全輸出和標(biāo)準(zhǔn)輸出的“與”功能在PSSuniversal現(xiàn)場分站的內(nèi)部通過軟件的方式完成。這樣既可以減少用戶的接線的工作量也可以節(jié)省一定的成本。
與現(xiàn)場總線之間的區(qū)別
李女士：安全現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線的主要區(qū)別在于通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)不同。安全現(xiàn)場總線的協(xié)議是對標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的擴(kuò)展，（CIPSafety=CIPStandard+CIPsafetyextensions，CIP：CommonIndustrialProtocol）。
安全總線的主要特點(diǎn)是提供節(jié)點(diǎn)之間（如，安全輸入/輸出設(shè)備、安全門開關(guān)、安全光幕、安全網(wǎng)絡(luò)控制器等）的故障安全通信；它滿足現(xiàn)有的IEC61508標(biāo)準(zhǔn)，即“可編程電子系統(tǒng)的功能安全”，能達(dá)到安全完整性等級3級（SIL3）；它能夠在同一網(wǎng)絡(luò)上將安全設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)無縫集成，增強(qiáng)靈活性；它使安全數(shù)據(jù)能穿過多個連接實(shí)現(xiàn)路由，減少了對特殊網(wǎng)關(guān)的需求。CIP安全協(xié)議可以確保安全網(wǎng)絡(luò)上安全設(shè)備間的高度完整性通信。
上官小晶：與標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線相比，安全總線的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了安全的智能化，如打開一個保護(hù)蓋的時候，降低速度就足夠了，不需要停止系統(tǒng)。根據(jù)配置，安全總線可以適應(yīng)各種安全的場合。此外，安全總線系統(tǒng)的安全是對標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的擴(kuò)展，使得標(biāo)準(zhǔn)及安全裝置可在同一個網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。其獨(dú)特之處就在于安全通信的實(shí)現(xiàn)無需諸如網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)橋等昂貴的硬件設(shè)備，僅僅通過軟件層就可實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)對來自安全網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)
劉榮興先生：安全網(wǎng)絡(luò)的使用已經(jīng)有20多年，如今，得益于一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立，工控行業(yè)已經(jīng)開發(fā)出多種創(chuàng)新的產(chǎn)品包括安全PLC、安全級的網(wǎng)絡(luò)控制器等，但是挑戰(zhàn)依然存在。
企業(yè)在享受安全網(wǎng)絡(luò)（總線）帶來的眾多優(yōu)點(diǎn)的同時，也面臨以下兩種挑戰(zhàn)。1.系統(tǒng)的響應(yīng)時間是否因為網(wǎng)絡(luò)通信的原因變得太慢，結(jié)果是需要增加安全裝置（安全光幕）與機(jī)器設(shè)備（機(jī)器人）之間的安全（緩沖）距離。2.怎樣降低各種使用成本，包括軟硬件的成本。編程是否方便，通信語言格式是否兼容于各種硬件，是否適應(yīng)于各種現(xiàn)場情況，是否防水防塵，安裝接線的距離是否可以縮短，更換或變更設(shè)備是否方便，查找故障是否快捷？等等。
在設(shè)計安全網(wǎng)絡(luò)時，除應(yīng)考慮首期投入外，還需要考慮在整個設(shè)備運(yùn)行生命周期內(nèi)可能發(fā)生的成本，最后才能夠確定是否值得投資。
我們認(rèn)為解決上述挑戰(zhàn)的方案應(yīng)有如下兩點(diǎn)：
1.如何縮短安全（緩沖）距離。根據(jù)所在的國家、地區(qū)、行業(yè)等法規(guī)要求，廠家或設(shè)備生產(chǎn)商必須對使用的設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險性評估，并確保有一個消除風(fēng)險的可靠方法。例如我國機(jī)械式壓力機(jī)使用光電保護(hù)是有一份官方的文件，GB4584－200X，規(guī)定安全光幕與模具之間必須有足夠的安全（緩沖）距離，讓系統(tǒng)從檢測到人體手部后，于它到達(dá)模具前有足夠的時間停止。根據(jù)人體學(xué)，手部的伸展速度和走動速度都有科學(xué)的統(tǒng)計。如果希望縮短安全距離，是必須提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。根據(jù)統(tǒng)計，總線的響應(yīng)時間比繼電器要慢很多，繼電器為20～60ms，安全邏輯控制器為10～100ms，安全網(wǎng)絡(luò)（總線）為40～300ms。如果網(wǎng)絡(luò)比較龐大，就更為復(fù)雜，會使總響應(yīng)時間延長，從而降低生產(chǎn)效率。
2.為了平衡安全與生產(chǎn)效率，我們開發(fā)了一個獨(dú)特的技術(shù)，名稱是“safetylogix”，把原來需要主機(jī)（安全PLC）負(fù)責(zé)的邏輯下載到總線模塊，即把部分安全PLC的功能結(jié)合到總線模塊，它代替PLC對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出瞬間急停指令，同時把最新的操作狀態(tài)信息發(fā)送到主機(jī)上，這樣整個網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時間就能從300ms降到8ms，而安全距離會降低一半，從而提高工人的工作效率。而且，廠家不需要買一個貴重的安全PLC,完全可以用一個普通的PLC來代替安全PLC，因為現(xiàn)場工況大都需要防水防塵，所以“safetylogix”現(xiàn)場控制器都是IP67防護(hù)等級，接線方便，電纜的長度也會降低，也有利于降低成本。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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