当前位置:首页 > 独家 > 正文
在自动化网络构建安全
发布时间:2013-07-16     作者:Zachary Stank,Phoenix Contact
摘要:将安全功能集成到自动化网络中提升了灵活性,减少了复杂的布线。但这也向安全软件工程师 提出了特殊的培训要求。

        随着新标准(如IEC 13849-1 和IEC 61508)的创建和已有标准的持续 更新升级,基于处理器和软件的安全控制已经在越来越多的应用领域确立了地位。将安全功能集成到自动化网络中提升了灵活性,减少了复杂的布线,但基于PLC的安全控制也向安全软件工程师提出了特殊的 培训要求。
        创新技术的发展,让安全控制可以通过可拖 放的安全软件功能模块,更加容易地直接集成到 标准自动化控制中。而实现预先集成和工程成本 的最小化,则成为了建设自动化系统安全的关键门槛。
        在自动化网络构建安全 将安全功能集成到自动化网络中提升了灵活性,减少了复杂的布线。但这也向安全软件工程师 提出了特殊的培训要求。
        在很多工厂应用中,使用安全I/O 的数量不 超过50 个,对于这一类的应用,应用专门的安全 控制器并没有经济性可言。当工厂覆盖了很大一 片区域,这时很多用户会希望拥有这样一个解决 方案,即通过安全继电器将灵活的安全控制器和 分布在网络中的安全I/O 相结合。
        大多数制造商在其安全电路中仍然使用继电 器逻辑,在小型、简单的机器中使用继电器逻辑也许利大于弊。继电器逻辑通常在单一功能的布 线方面非常简单,即:输入对输入,输出对输出。
        通常情况下,每个安全应用都要使用一个安 全继电器,所以随着安全输入和输出的数量增加, 安全继电器逻辑的复杂性也随之增加,添加不同 一个集成的安全系统还为机器中的I/ O 布置提供了灵活性,只需要一根通 信线缆将其连接至PLC 即可。分布 式I/O 允许安全系统只在需要的地方 进行布置和配置,大大解放了控制柜 的空间。
        区域和时间逻辑还将进一步增加设计的复 杂性。尽管如此,继电器逻辑的最大问题 还是采集各个独立传感器的状态。
        在高等级安全中,获取现场所有安全 传感器的状态非常重要,尤其是当紧急传 感器导致停机时就更是如此。在安全继电 器中,信号连接被用来向PLC 或人机界面 传送反馈状态,而每一个不同的安全传感 器都需要一个信号输入,这增加了工程实 施和布线的费用。
        改善安全
        将安全功能集成到自动化控制系统中,可以消除基于安全继电器逻辑的大多 数缺点。基于PLC 的控制方案允许安全输 入与输出直接连接到自动化网络中。这意 味着所有的安全传感器将可以向PLC 或分 布式I/O 直接输出信号,使状态信号可以 从I/O 直接采集。这样一来,由于传感器 可以直接与I/O 连接,布线也就不再是一 个问题。任何类型的区域控制或多传感器 设计现在都可以由安全程序和输入来解决, 而输出则直接连接至分布式I/O,复杂的继 电器跨接或串联就不再需要了。
        而一个集成的安全系统还为机器中的 I/O 布置提供了灵活性,只需要一根通信线 缆将其连接至PLC 即可。分布式I/O 允许 安全系统只在需要的地方布置和配置,大 大解放了控制柜的空间。
        不过,将安全融于自动化网络也会导 致更高的单位成本。安全PLC 要求冗余机 制和安全认证,这从本质上增加了额外成 本。而专用的安全通信协议还使得大部分 安全PLC 要求专有的软硬件。
        为了保障适当的功能,专有的软硬件 通常是必要的,但这也使供应商们提高了 此类产品的价格,因为这些产品无法应用 于其他的系统,而其他的安全控制也难 以轻易地集成在它们的网络里。此外, 专有的安全软件通常也要求特殊的培 训,因为安全功能的集成必须依照特定 的标准来实施。以上这些额外的成本和 基础设施需求,使中到大型机器更适合 于集成安全自动化系统。
        新的创新已经开始消除这种障碍。
        提供开放安全解决方案的系统可以被集 成到标准的控制平台之上。应用安全通 信原理(也称黑色通道原理),安全可 以被直接合并到自动化控制器中。安全 逻辑的处理不再放置在PLC 控制器上, 而是放置在标准的自动化I/O 网络,并 通过标准的网络协议与安全I/O 进行通 信。应用这种系统架构,不同的PLC 可 以适用于相同的标准和安全I/O 协议。
        这无疑将创造更加灵活的自动化 控制方案,并为工程师提供更多的选择。
        标准的控制器可以随时访问模块 的输入输出信号,标准的应用程序也就 可以直接响应紧急停止的请求,并以图 形化的方式向用户展示出哪里发生了安 全相关的状况。
        标准的控制器还可以从单独的安 全I/O 模块访问诊断信息,如短路或交 叉电路等。这可以在无需额外编程或连 接工作的情况下缩短停机时间。
        创造灵活性
        通过使用这种通信机制,安全I/O 可以分布于整个网络,并与同一个逻辑 模块进行通信。这创造了更多的系统灵 活性。输入和输出设备可以被连接在它 们需要的地方,不再需要贯穿整个系统 的长连接传感器和驱动导线。在这种场 合下,使用标准PLC 有以下多个优点:
        可以对来自于输入设备的所有安全输 入信号进行可读访问;
        可以对被安全输出设备视为标准输入 的所有输出信号进行可读访问;
        可以直接访问所有分布式安全模块的 诊断信息;
        将标准I/O 视为安全I/O 进行使用。 从本质上看,用户关心的所有安全功 能被合并为一个可配置的中继功能,安全 通信原理也减少了对详细网络视图配置的 需求。
        多年来,应用在这类系统中的安全 技术已经被证明是符合安全标准的,例如 Interbus Safety 和PROFIsafe 等。通过在应 用中调节正确的参数,可以使应用对象达 到PL e 和SIL 3 的等级。安全软件提供了 一种简捷的方式来配置安全输入和安全输 出通道并生成安全逻辑。简单的可拖放软 件,使人们几乎不需要任何编程经验,就 可以利用几乎适用于任何应用的现成功能 模块来完成安全功能。这使得可以容易且 迅速地在网络中设计低成本的分布式安全 应用,并独立于网络和标准控制器。
        开放的安全概念还允许将安全功能更 加方便地集成在现有的、已启用的平台上。
        利用预定义的、经过TUV 认证的功能块 逻辑,简单的安全软件可以创造一个易用 的、可拖放的配置管理界面。简单地创建 一个安全系统,导入并在标准的PLC 编程 软件中配置新的I/O,然后就可以将安全I/ O 添加到所需要的地方。
        在自动化网络中集成安全所带来的收 益,通常伴随着高昂的价格。然而开放的 解决方案消除了升级控制器带来的前期成 本,并让中小型应用也可以简单地集成安全控制。