整合提升了安全性能

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整合提升了安全性能

整合提升了安全性能


有一个时间安全系统安全系统机器控制是机器控制,永远不会相遇。今天,这个哲学发生了变化。变态开始于功能安全,引入了系统级方法来维持受控条件。它继续引入智能组件和通信协议,使安全和控制的更紧密的集成不仅可能而且可取。在现代工厂,这一趋势为保障员工健康和提高生产力提供了新的契机。
安全设备的任务是检测人类操作人员或机器的异常行为,并采取行动使设备达到已知的安全状态,直到该状况得到纠正。在传统的安全方法中,安全性在于组件。传感器为硬连线安全继电器,接触器和互锁电路提供输入。那些设备在违反规定条件的情况下切断电源。
传统的安全系统经常对运营商和技术人员造成不明确的关联。他们的目标是保持生产力。需要停电的安全措施会影响生产力,从而可以促使员工尝试找到解决方法。考虑一个纸箱从外壳内的传送带掉落的情况。检索它以防止堵塞需要打开外壳,这会阻止生产线并减少生产。如果这种情况经常发生,那么工作人员可能会试图重新连接继电器,以防止机箱打开时线路停止。问题是现在的工程错误地认为,如果不是这样,那么这个区域是安全的,而且迟早会有人受到伤害。
这些类型的问题特别出现在当今的制造环境中,其特征是需要机器访问的频繁更换。清洁和维护步骤也可能需要线路关机,这可能导致员工失去生产力或解决方法。这些因素促成了安全理念的转变。
欧姆龙自动化美洲公司(Hoffman Estates,Illinois)的安全产品工程师Tina Hull说:“过去的工厂主要是固定的机器,并运行一致的产品。“趋势是创造更灵活的环境来满足产品变化的需求。当安全阻碍操作员执行工作的能力时,会导致障碍物被移除并且不会重新安装的情况。我们目前的许多安全控制技术是业界需要更容易的方式来访问设备的结果。“
安全功能
功能安全性是确保设备整体运行生产性和安全性的一种方法。而不是位于诸如屏障或继电器的部件中的安全性,它通过使用安全驱动的驱动器和控制器在系统的操作中实现。这样可以实现更加微妙的功能,例如安全限速(SLS),安全方向(SDI)和安全限制增量(SLI;见侧栏)。安全不再是一个回应(切断电源),而是一个过程(只在这个信封内移动,不要超过这个速度)。
像SLI和SDI这样的功能可以让员工在移动时清洁滚筒,例如,因为滚轮只能以不会造成伤害的方式移动。在我们的纸箱示例中,打开机箱可能会简单地导致线路在纸盒被检索时放慢到安全的速度。这可以减少几小时的清洁时间。因此,功能安全不仅可以保护操作人员和维护人员,还能提高生产力。
这是欧洲组织的经验,其中遵守IEC / EN 62061和ISO 13849-1等功能安全标准是强制性的。博世力士乐(Hoffman Estates,Illinois)产品经理Joaquin Ocampo说:“他们必须有安全性。“他们注意到,生产实际上增加了。您可以为机器周围的所有人员提供安全性,并且正常运行时间更长,您的生产力更高,而且您的报废率更低。这是你捕捉人们注意的地方。“
安全系统的工作原理
安全启用的组件是为了冗余和可靠性而设计的。驱动器和控制器具有双核处理器,具有两种不同的处理数据的方式。安全级编码器具有数字绝对和增量模拟传感器,以便通过两个独立通道记录数据。当信号到达主设备时,无论驱动器还是控制器,每个都将由不同的内核进行分析。
然而,简单地拥有两个核心就不足够了。如果两个通道使用相同的微处理器,并且它具有插补误差,则会影响安全任务。为了消除常见故障,芯片本身需要不同。“你可以使用双通道或者通道来看待不同的路径,”赫尔说。“例如,CPU中的安全控制器实际上有两个微处理器,它不仅具有两个微处理器,而且每个都以不同的方式运行。这样一来,如果存在可能导致其中一个微处理器发生故障的某种类型的问题,则第二个处理器应该能够捕获故障并仍然使机器处于安全状态。“这些处理器可能不仅仅是一种不同的类型,完全来自不同的供应商。
安全控制器包括内部检查,旨在验证系统中的设备是否安装和可操作。这些校验和代码对于每个程序都是唯一的,可以方便地检测更改。添加权限通过作业角色限制用户访问。例如,工程人员可以修改程序,而维护只能查看故障排除屏幕。
图1:在安全系统中,安全控制器与机器控制器/运动控制器共享背板。 这使得安全控制器能够通过基于以太网的安全协议通过背板与驱动器进行通信。 各个传感器还使用背板来获取连接到PLC /运动控制器的安全控制器的安全输入/输出。 因此,当采集到安全输入时,它会绕过运动控制器。 (由Bosch Rexroth提供)。与市场上的供应商几乎一样多的安全实施可用。为了了解该过程的工作原理,我们来考虑一个基本的系统。一般安全系统有四个要素:传感器,安全控制器,机器控制器/运动控制器和安全启用的驱动器。在正常操作中,机器控制器/运动控制器向驱动器发送命令以按照编程的方式移动电机和负载(见图1)。同时,安全传感器(光幕,屏障,压力垫,编码器等)将其数据提供给安全控制器。安全控制器逻辑使其能够处理来自各种传感器的输入并确定适当的响应。在违反条件的情况下,安全控制器将命令发送到安全驱动器,以根据需要调整到安全功能模式,或使机器处于已知的安全状态。这些命令取代了常规机器控制命令。安全控制器在安全模式下继续监视编码器输出,以确保符合性。
安全运动功能本身由驱动器通过其对电机的控制来执行。安全启用的驱动器具有集成的功能,如安全转矩关闭(STO),SLS和SDI。实施方式差别很大。一些驱动器可能只提供STO,而其他驱动器可能具有十几个选项。系统级反馈技术也可能会有所不同。在某些系统中,在安全控制器向驱动器发送命令之前,将编码器反馈路由到安全控制器进行处理。在为分布式安全实施设计的安全驱动器的情况下,编码器反馈直接路由到驱动器,驱动器使用它来执行控制器命令。此时,驱动器能够监控电机运行,以确保符合性。这种方法可以导致更快的操作。
上面的段落描述了一个基本框架,但存在许多变化。对于非常简单的系统,启用安全功能的驱动器可能就足够了。在这种情况下,通常不需要编程,只是在驱动器中配置参数的过程。在每个决策中涉及大量设备和传感器的更复杂的系统将需要安全控制器来处理逻辑。偶尔,架构可能会将安全启用的控制器与标准驱动器结合在一起,但更频繁地,它们是安全驱动的驱动器。安全控制器可以采用PLC,可编程自动化控制器(PAC),运动控制器或PC的形式。
硬接线系统适用于某些应用。对于更复杂的设计,独立的安全控制器可以连接到机器控制器/运动控制器并在相同的现场总线上驱动。这就带给我们了解综合控制和安全的话题。
集成控制和安全
集成在通信级别,软件级别以及越来越多的硬件级别上进行。该方法简化了实施,增强了性能,缩小了占地面积,并加快了故障排除。
最低级别的集成是通过共享现场总线进行集成通信。无论是涉及机器网络还是工业以太网,使用通用通道都可以带来很大的收益。“在这两种情况下,集中安全或分散安全的事实是,您在以太网上使用安全协议,例如:CIP对Sercos的安全性允许所有数据都可用于运动/ PLC控制。”奥坎波。“它也减少了接线,因为所有的安全数据都通过一个以太网通道运行。这意味着该控件可以访问安全数据和非安全数据。这使得编程,调试和故障排除更容易,因为程序员可以使用所有的状态数据。“
尽管最初关心的是通过网络路由安全流量,但所有主要的工业以太网协议都具有相关的安全解决方案,旨在优先处理基本通信。
安全控制仍然与常规运动控制分开,但是存在层叠的重叠,增加了可用性。在许多产品中,运动控制和安全软件共享相同的布局或甚至相同的界面。这增加了OEM的连续性,更重要的是为最终用户。
软件方面的更高层次的整合提高了系统响应能力。Hull说:“我们发现的一件事是运动和安全软件得到的结合度越高,性能就越高,因为现在可以更快地进行通信。” “他们不必经过其他网络或耦合器等来沟通。用户可以获得更快的响应时间,从而可以增加生产量或减少其维护距离。“
它也可以简化编程。Hull指向需要映射到运动侧和安全侧的复位按钮或启动命令等变量。如果在安全应用程序中定义了软件包后,软件包可以自动将其重新映射到运动应用程序,从而减少错误并节省时间。“我看到的最大的效率之一是我们只需要映射一下我们的变量,”她说。“一旦安全设置,这些变量可以自动重新映射到运动方面。这是一个更容易的方法来使系统启动并运行。它也减少了变量错误标记或错误定义的机会。“
这些错误类型可能会严重影响故障排除。她说:“过去,如果你没有把它们弄得很正确,也许你的HMI并没有给你最终的方向,甚至导致停机,运动系统或安全系统。” “维护将通过所有的安全措施来尝试弄清楚,然后发现这是因为运动方面真的只是等待一个简单的命令。现在,由于它全部集成,当系统关闭时,故障排除只在一个屏幕上。
整合也发生在物理层面上。一些安全PLC设计为与机器控制器/运动控制器共享背板,使用背板通过以太网通道(如Sercos上的CIPSafety或ProfiNet ProfiSafe(见图1))与驱动器进行通信。,或通过相同的以太网通道。在这张幻灯片中,I / O并不直接连接到控制器,它们是分散的,通过以太网通道连接到控制器,例如:CIP通过Sercos安全或通过Profibus ProfiSafe的现场总线。您可以看到,这也将使用背板获取安全输入/输出到连接到PLC /运动控制的安全控制。因此,当采集到安全输入时,它会绕过运动控制器。
下一级集成涉及将安全处理器和控制处理器组合在一个控制器中的单元。两者在芯片级别上仍然是分开的,但它们可以作为满足安全标准的单一集成设备。这带来了由于整体集成环境而减少占地面积,减少布线和提高性能的好处。
虽然一直是独立系统的地方,但整合的趋势只能承诺继续。为了利用技术,OEM和终端用户需要提前计划,以便将互锁部件放在适当位置。Ocampo说:“一个误解是安全就像是蛋糕上的糖衣,他们希望在设计机器之后放置它,但是从一开始就要考虑一下。“这将使每个人的生活变得更加容易。”

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