技術(shù)現(xiàn)狀
縱觀當前市場上所提供的各種安全系統(tǒng)解決方案，在簡單的、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(shè)計機器設(shè)備安全回路時，設(shè)計工程師必須參照最新的國際功能安全標準來設(shè)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(wǎng)絡(luò)功能的安全PLC，還是使用簡單、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(shè)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(jīng)被一個特殊的工作小組“Steuerungstechnikim VDMA”提出并開始分析，最后，制定了相應(yīng)的指導(dǎo)方針，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(nèi)。
可組態(tài)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(tài)的安全模塊擁有應(yīng)用靈活的優(yōu)勢，根據(jù)應(yīng)用需求，可任意組態(tài)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(tài)工具，即可完成整個模塊的組態(tài)和接線工作?？山M態(tài)的安全模塊主模塊面板上擁有數(shù)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(tài)的安全模塊還支持安全信號和非安全信號的混合應(yīng)用。
通過標準現(xiàn)場總線設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，或通過特殊的現(xiàn)場總線模塊(總線耦合器)，可以整合標準自動化機器設(shè)備的控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)，通過這些模塊，將可組態(tài)安全模塊上的信號傳輸至標準控制系統(tǒng)，例如診斷信息或信號狀態(tài)，當然，要實現(xiàn)此功能的前提是，在組態(tài)軟件里，必須事先選擇這些信號，并對其進行地址設(shè)置。
可組態(tài)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(xùn)，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(tǒng)，可組態(tài)的安全模塊的缺點也是明顯的，其不能與安全網(wǎng)絡(luò)進行通訊，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(shè)備而言，這就增加了額外的接線或需要增加專用總線模塊。因此控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，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。
因此控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，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(yīng)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(yīng)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(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(shè)備進行通訊（例如：激光掃描儀、安全驅(qū)動）。最新的安全網(wǎng)絡(luò)還支持無線通訊，對于移動的機器設(shè)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(zhàn)：
首先，需要確認所應(yīng)用的PLC是否能提供“Safe Version”？而對于一些機器設(shè)備，這一要求其實是很難滿足的，因為目前，安全PLC的發(fā)展是非常緩慢，所應(yīng)用的PLC系統(tǒng)不一定能提供“Safe Version”。
其次CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，機器設(shè)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(tǒng)品牌或型號可能是不一樣的，是否能實現(xiàn)所有與安全相關(guān)的控制？這也是一個問題。
第三，機器設(shè)備制造商使用自己研發(fā)和設(shè)計的系統(tǒng)或基于PC的控制系統(tǒng)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，在安全軟件和安全運行技術(shù)可用的情況下（例如：KW-Software公司開發(fā)的安全軟件），基于安全的硬件設(shè)備必須由機器設(shè)備制造商本身開發(fā)或設(shè)計。
在確認所使用的PLC系統(tǒng)所對應(yīng)的安全PLC系統(tǒng)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(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(shè)備制造商必須根據(jù)使用的安全網(wǎng)絡(luò)類型來選擇安全PLC品牌或型號。可是，是否有足夠的安全網(wǎng)絡(luò)類型可供選擇，又是一個值得思考的問題。
進行PLC系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)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。
因此控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，總的來說，安全PLC、安全網(wǎng)絡(luò)、安全零部件和工程之間存在的較強的附屬關(guān)系，對于機器設(shè)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(guān)系進行分析，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(tǒng)，此外，大多數(shù)安全協(xié)議使用特殊的、類似非循環(huán)服務(wù)或特殊通訊網(wǎng)絡(luò)特性，而無法進行參數(shù)化、網(wǎng)絡(luò)設(shè)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，用于實現(xiàn)自動化網(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(xiàn)場總線/網(wǎng)絡(luò)彼此之間較強的附屬關(guān)系，因此控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，安全橋技術(shù)必須能實現(xiàn)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(tǒng)，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就是一種標準的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
其次CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，為了讀取來自分布式傳感器的安全輸入信號，或?qū)踩敵鲂盘杺鬏斨翀?zhí)行器，安全邏輯模塊必須通過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，因此控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，黑通道原理被用于進行參數(shù)化和故障診斷。標準PLC和整個網(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(zhí)行，在黑色通道內(nèi)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)，一個安全站點內(nèi)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，即實現(xiàn)的一臺機器設(shè)備所要求的所有安全功能。
標準PLC系統(tǒng)是黑色通道中的一部分的這一特殊特性，帶來了很多好處：
•標準PLC能直接讀來自輸入設(shè)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(shè)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(fā)送安全輸出信號至安全輸出模塊。
這種既安全、又可輕松實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊的新方案CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，集合了可編程、支持網(wǎng)絡(luò)功能的安全PLC系統(tǒng)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(yīng)用靈活，又可以像可組態(tài)安全模塊一樣安裝簡單，其組態(tài)軟件與可組態(tài)安全模塊所應(yīng)用的軟件是一樣的，都是SAFECONF軟件。
結(jié)論
作為一種全新的安全系統(tǒng)解決方案，安全橋可以集成在自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)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)，因此控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，可非常容易地集成于已有標準系統(tǒng)和標準網(wǎng)絡(luò)中，無需使用特殊的PLC系統(tǒng)和安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，便可實現(xiàn)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(yīng)用簡單的優(yōu)勢，可以應(yīng)用在最高安全等級為4 ,SIL 3, PL e的各種應(yīng)用中。由于嚴格執(zhí)行了安全功能和標準PLC網(wǎng)絡(luò)分開原則，即使系統(tǒng)中所應(yīng)用的標準PLC或網(wǎng)絡(luò)配置發(fā)生了變化，也無需對安全相關(guān)配置和參數(shù)進行修改，這也就意味著，只要是得到認可的安全應(yīng)用方案，無需進行任何修改CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，可以被應(yīng)用于使用不同PLC系統(tǒng)的機器設(shè)備，可以在不同的控制系統(tǒng)中被重復(fù)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(tǒng)之間的應(yīng)用間隙。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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