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安全网络搭建三步曲

作者:Helge Hornis Pepperl+Fuchs2011.05.11阅读 2311

        伴随着功能安全的改变,安全网络也发生了改变。EN954安全标准的停用指日可待,届时将会被EN ISO13849取代。大多数设备业主不再视安全为一个负担,而是将其视为增加设备开机时间和提升利润率的契机。安全网络越来越重要,可编程控制器取代继电器,对于功能安全,其角色相当于PLC之于设备控制。
        对于设备生产厂商和系统集成商来说,最有意思的改变发生在安全网络与可编程安全控制器的结合上(可能分成三步)。因为集成商正在面临多PLC作业环境的挑战,一种中立的PLC安全方案是最有效的。它提供了一种可以与Allen- Bradley,Siemens,Mitsubishiwww.cechina.cn,Schneider和Omron等公司的PLC整合的安全解决方案,能够轻松地从一台PLC移植到另一台PLC上。
        AS-Interface作为一种安全网络技术,诞生于1994年,它是一种被300家制造商支持的开放式解决方案。在图1的示例系统中控制工程网版权所有,一个生产车间配备有2组光幕,以控制车间的准入。送入和送出的产品会屏蔽光幕,车间的人员准入由电磁互锁安全开关控制,系统必须配备急停开关和一些重启按钮后才可运行控制工程网版权所有,共使用8个联网设备。
        第一步:搭建网络
        由于网络是包括安全信息和常规信息在内的所有信息的传输机制,稳定的网络通讯必须最先完成。使用AS-Interface完成下列步骤:
        a.)在车间内布置网络电缆,然后将模块/设备与网络连接。AS-Interface允许任何网络拓扑。时间需求:连接8台设备,1个小时就足够了(见图1)。

图1:示例车间使用光幕来控制产品进出危险区域,每个光幕都使用一组光电传感器屏蔽,一台电磁联锁门禁开关保证只有在获得PLC授权后控制工程网版权所有,操作人员才能够打开防护门,加上一个急停开关和两个按钮模块,这个简单的系统就算完整了,网络地址就列在硬件旁边。

        b.)为每一个模块/设备分配一个独一无二的地址。使用简单的手持式选址工具来为每一台设备分配地址。时间需求:大约5分钟。
        c.)将配置输入安全控制器。安全控制器知道了网络设备的地址,才能高效地扫面网络设备。使用安全控制上的按钮就可以完成,无需使用PC或者安装软件。时间需求:15秒。
        第二步:安全功能
        使用拖放接口搭建安全功能,创建直观的流向图、输入变量(例如安全设备的状态)与逻辑操作的关联、将其与安全输出(OSSDs)相连。物理输出可以是干式节点,用来控制直接与现代设备上的电子安全输入连接的安全接触器或者电子安全输出。图2显示的是流向系统框图。绿色突出显示的功能代表急停开关和电磁联锁门禁开关,两者都直接与全局“与功能”模块相连。全局“与功能”确保只有当所有输入都是逻辑1时,OSSDs才会激活设备(例如进入解锁状态)。传统的硬接线系统中,所有的输入设备在电气上串联使用。
        在功能模块上双击,打开对话框。图3是急停开关的设置对话框。设备名称“急停开关”和实际设备的网络地址1-9都是在这里设置。由于相应规范要求急停开关需与重启按钮相连,局部确认默认为开启状态。通过网络传输各种数字位代表其他不同的状态控制工程网版权所有,在此例中是地址为1-5A的按钮模块上的绿色按钮(例如输入数字位为3)。由PLC控制的输出位也可以使用,通过HMI可以使其他状态激活。
        门禁开关的配置类似,但是取决于不同的系统设计,可能不需要重启按钮。与硬接线解决方案对比,OSSD可以根据一组输入自行启动,根据另一组输入进入重置状态。每台设备都可以有自己的重置数据位,或者所有的设备可以共享同样的重置状态。
        使用传统的硬接线安装方式时,通常要求屏蔽功能的光幕与外部屏蔽模块连接,屏蔽传感器也与这些模块连接,所有的设置步骤都在屏蔽模块上完成,屏蔽模块只能提供两组安全输出节点,节点直接与安全继电器相连,或者作为设备的连接件的一部分,串联连接。
        使用网络方式,一旦光幕和屏蔽传感器使用网络进行通讯,屏蔽动作就可以完全在软件中进行设置。图2(也可见图4)中的红色和蓝色突出显示部分是带有相应屏蔽传感器的进料光幕和出料光幕。设置屏蔽功能时,光幕的状态简单地和屏蔽功能做或连接。屏蔽功能提供各种操作状态,包括2传感器和4传感器屏蔽、有向屏蔽、跨接以及输入使能。只要光幕不被遮挡,即使传送带上的物体使屏蔽传感器仍旧处于激活状态,也无法通过光幕。

图2:使用简单的拖放接口,设备库中的功能模块可以相互连接完成逻辑操作。一旦此配置运行于安全控制器上,功能模块的外边框和其连接线的颜色就会改变,显示当前设备状态。确认操作和查找故障既简单又快速。

        第三步:有用的诊断
        一旦配置被移植到安全控制器上,就可以实现图形诊断功能。功能模块的外边框和其连线以如下方式使用。当输入为真时(解锁状态)功能模块为绿色。与下一个功能模块之间的连接线也是绿色。很多其他颜色(红色、黄色)和闪烁状态用来提供具体反馈。除了图形用户接口,功能模块颜色的数字值也传送至PLC。确保PLC持续监控系统,在HMI上显示状态和错误信息,形成带有时间/日期标记的数据日志。

图3:双击功能模块打开相应对话框。在此例中,急停开关功能模块与物理急停开关(分配地址1-9)配合使用。使用了多个定时变量(例如同步时间、稳定时间和误差时间)允许用户指定时间差和冗余触点的触点抖动。局部确认为急停开关定义了重置条件(利用地址1-5A的按钮模块上的输入数字位3)。


 图4:光幕状态和屏蔽功能的状态“或”连接。在屏蔽功能中,光幕也会被评估。这确保屏蔽功能能够被光幕关断,增加了设备安全性。屏蔽功能输入的作用是控制屏蔽跨接以及激活屏蔽功能的屏蔽开关和非安全数据位。

        更换PLC,无需重复劳动
        由于所有的安全作业都由安全控制器完成,包括作为AS-Interface网络一部分的安全输出,所以PLC“安全相关决策”相互独立。它被严格使用,以控制不安全操作并用于评估安全诊断信息。因此,这种技术是独立于PLC的,并且允许设备制造商在更换PLC的时候,可以重复利用所有的安全设置。

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