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安全控制系统

作者:Ian Brady2012.10.30阅读 7089

        根据一份HSE(英国健康与安全执行委员会)的最新报告中指出,每年每10万个工人中就有1人死于意外车间事故。另一个可怕的数据是每125个工人中就有1人因工伤无法工作1周或者更长时间。英国制造业从业人员达到300万,所以不可靠的安全性的影响是显而易见的。

        工业自动化和越来越高的产品生产率意味着很多设备比以前更大更快速,相应地,与自动生产过程密切相关的健康和安全风险也越来越高。
        提升安全系统的整体性和可靠性的要求呼之欲出,欧盟标准从EN954-1更新为最新的SIL和PL标准:ENISO13849和IEC/EN62061。
        对于设备制造商和业主来说,理想的安全系统架构必须符合工业标准的最低要求控制工程网版权所有,在实现设备安全作业的同时又不会对作业人员的工作效率带来影响。系统必须经过生命周期成本分析和成本收益率分析。
        很多部件生产厂商已经于近期开发出了专门用户集成安全系统中的产品。一些自动化生产厂商已经能够提供安全控制设备,例如Pilz 、Siemens和Sick等。
        就其本质而言,大多数控制应用中的设备安全系统的定位很明确,安全系统需要满足安全设备的作业需要。因此,工程师会选择使用灵活的产品,以满足不同设备的不同要求。
        为安全系统选择安全组件是一项严谨的工作,丝毫不逊色于设计工作。显然,它们必须适用于特定目的,满足应用的技术指标(或者安全完整性等级),在成本上也需要具有优势。(对于安全来说CONTROL ENGINEERING China版权所有,成本的考虑反而再其次。)技术支持和配件支持永远是考虑的一部分。
        选择1:安全继电器——这是最基本的安全系统配置,每单元成本在158美元到475美元之间。所有急停开关都串联连接(采用双通道冗余),双触点冗余,在复位之前,复位电路会对触电实施监控。
        选择2:可配置安全继电器——采用了可配置安全继电器的安全控制系统如果安装在小型系统上控制工程网版权所有,那么成本只会略微增加一点而已,通常价格在475美元到1528美元之间。组件独立走线,便于测试。同样的,采用了双触点作为冗余。在这种情况下,复位点可以在软件中进行设置。
        选择3:冗余PLC——对于关键应用场合中使用的PLC,通常采用冗余PLC,这种PLC通常都具有“热交换”功能。在主控制器失效时,冗余控制器能够实现设备安全地按序关闭。配置两台并行PLC的成本起价为15800美元,不包括其他成本,例如软件编写成本和调试成本。
        选择4:安全PLC——在原有PLC代码基础上需要为安全应用编写专用代码。安全I/O模块可以中央控制也可以远程控制。目前,安全PLC技术实用性更高,价格也更加低廉,起价为每单元3164美元。
        3个安全控制系统工程
        下面案例中的安全控制系统工程细节显示了上述几种选项如何应用于覆膜流水线冗余配置、设备改造和安全控制系统升级。

        •覆膜流水线冗余配置:最近,Optima公司为API公司的位于英国Poynton的覆膜流水线设计并安装了一套安全控制系统,使用双电路系统取代原有的单通道急停按钮和保护系统,设备上配有6个可以锁定的保护开关。
        系统配有安全“运动检测系统”,在两台直流电机驱动滚筒上安装了行星齿轮板和旋转检测渐进开关。冗余安全系统的设计可以保证在一个接触器失效无法打开进而导致无法将材料移除时,备用接触器能够将材料移除。
        在进行设备安全系统设计时需要考虑到设备的易操作性,使用可编程安全PLC能够使设备操作人员灵活地进入设备的某些区域进行操作,例如旋紧螺钉等等,不会影响设备安全电路的完整性。
        •设备改造:在英国的Dunlop Oil & Marine公司一个对于安全同样要求很高的应用中,Optima公司的工程师对一套主要的生产设备进行了改造,以提升其控制性能和稳定性,满足EN13849标准中对于安全性的更严格的要求。
        此工程要求Optima公司的工程师与Dunlop公司密切合作CONTROL ENGINEERING China版权所有,设计一套既复杂又灵活的安全系统,能够在不同作业条件下对运动速率进行监控。为了成功满足这些需求,Opima公司选择了Pilz公司的PNOZ安全继电器,以提升设备的安全性,并增加其运营时间。它还使用了Siemens公司的Simotion D实现对设备运行通道精确的齿轮锁定。Optima公司的管理总裁Michael Hill解释道:“使用了Siemens公司和Pilz公司的最新技术www.cechina.cn,我们已经成功地提升了Dunlop公司设备的设备安全性、人员安全性和运行时间,降低了风险因素。”
        •安全控制系统升级:Optima公司升级安全控制系统业务的另一个应用实例是造纸和喷涂公司Tullis Russell。在这个安全工程中,Optima公司将Siemens公司的PLC和HMI、Parker Hannifan公司的SSD驱动器、ABB公司的张力控制器、Pilz公司的安全设备和Sick公司的光学设备整合在一起,提升了设备的生产率。急停系统的设计能够满足SIL2等级。Pilz公司的PNOZ安全继电器系统也被应用在这个项目中。Optima公司的Hill说道:“在考虑控制系统升级时,提升安全性是不可避免的议题,而且是确保设备运转的基本议题。”
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