安全PLC在制造行業的應用

　　摘要：隨著產能的不斷提升，廠商對設備自動化的要求越來越高，機器和設備也越來越復雜、速度也越來越快。因此，廠商對這些機器的安全要求也越來越高。我們既要能夠保證安全、可靠性，又要保證靈活、易維護性。這就對安全元器件的正確和合理的設計和選擇提出了一定的要求。
　　
　　安全功能在工業設備上的使用在發達國家已十分普及，例如，在歐洲有強制的安全標準，達不到相應安全等級的設備不能投產；在美國則依靠高額的事故賠償來強制設備的安全性。通常，我們可以參照以下歐洲標準進行設備的設計：
　　
　　EN1050-1996機械安全風險評價
　　
　　EN292－1：1991機器安全基本概念與設計通則
　　
　　EN954-1機械安全控制系統有關安全部件第1部分設計通則
　　
　　EN/IEC60204機械安全機械電氣設備
　　
　　EN/ISO13894機械的安全控制系統有關的安全部件
　　
　　EN/IEC61508主要涵蓋了電氣/電子/可編程電子系統的功能安全
　　
　　EN418緊急制動設備
　　
　　EN1088與保護裝置有關的連鎖裝置設計和選擇原則
　　
　　EN12415機床安全小型數控車床和車削中心
　　
　　EN12417機床安全加工中心
　　
　　EN12478機床安全大型數控車床和車削中心
　　
　　EN692：1996機械壓力機安全
　　
　　EN693：2000機床安全液壓機
　　
　　EN1550：1997機床安全工件夾緊用卡盤設計和制造的安全要求
　　
　　在這方面我國還處于起步階段，很多有一定危險性的設備沒有任何安全保護措施，這也是工廠事故頻發的一個重要原因。隨著國家對此重視程度的提高和以人為本理念的逐漸深入人心，設備的安全性正得到越來越多的重視。
　　
　　設備的安全性能由機械安全防護和電氣安全控制兩方面組成。機械安全防護在本文不做過多介紹，下面詳細介紹電氣安全控制的原理及應用。
　　
　　安全控制系統必須提供一種高度可靠的安全保護手段，zui大限度地避免機器的不安全狀態、保護生產裝置和人身安全，防止惡性事故的發生、減少損失。該系統在開車、停車、出現工藝擾動以及正常維護操作期間對機器設備提供安全保護。一旦當機器設備本身出現危險，或由于人為原因而導致危險時，系統立即做出反應并輸出正確信號，使機器安全停車，以阻止危險的發生或事故的擴散。
　　
　　一套安全控制系統，由安全輸入信號（即安全功能，如緊急停止信號、安全門信號等）、安全控制模塊（如安全繼電器、安全PLC）、和被控輸出元件（如主接觸器、閥等）三部分組成。
　　
　　要使設備達到相應的安全等級就離不開必要的安全元件和安全線路，常見的安全元件有急停按鈕、雙手按鈕、安全門開關、安全光柵等。這些元件通過線路（一般是雙回路）連接到安全控制的核心，此核心不是普通的PLC，因為它不具備安全功能。
　　
　　具有安全要求的機器中，普通的繼電器或者PLC被廣泛地作為控制模塊，對安全功能進行監控。從表面看來，這樣的機器在一定條件下也能夠保證安全性。但是，當普通的繼電器和PLC由于自身缺陷或外界原因導致功能失效時（如觸點熔焊、電氣短路、處理器紊亂等故障），就會丟失安全保護功能，引發事故。
　　
　　而對于安全控制模塊，由于其采用冗余、多樣的結構，加之以自我檢測和監控、可靠電氣元件、反饋回路等安全措施，保證在本身缺陷或外部故障的情況下，依然能夠保證安全功能，并且可以及時的將故障檢測出來。從而在zui大程度上保證了整個安全控制系統的正常運行，保護了人和機器的安全。
　　
　　電氣安全控制的方式大致分為以下幾種：
　　
　　1.用普通繼電器搭建有自鎖和互鎖功能的雙回路線路。這種是zui原始的安全控制方式，能達到較低的安全等級。其優點是成本低廉，缺點是維護和改造十分復雜，無法監控。
　　
　　2.使用安全繼電器搭建安全回路。上個世紀隨著安全繼電器的出現，它已經越來越多的應用于各種工業設備中。可以用于控制單一安全功能，適用于小型的安全控制系統。其安全輸出通常有繼電器觸點輸出或晶體管輸出。無論采用何種形式的輸出結構，安全繼電器都能夠保證至少2個通道進行輸出的控制。在一個輸出通道出現故障的情況下，另外一個冗余的通道依然能夠保證安全繼電器的安全功能，并且及時檢測出故障通道。常見的安全繼電器品牌有皮爾茲、施邁賽等，現在西門子、歐姆龍等系統集成商也都相繼推出了自己的安全繼電器產品。此控制方式成本適中，能達到較高的安全等級，但如果安全元件多線路依然比較復雜，不適于大型生產線。
　　
　　3.使用安全PLC進行安全控制。安全可編程控制器的CPU采用冗余的多處理器結構。各個處理器之間相互監控，一旦出現不一致，立刻使控制器處于安全狀態，并且發出報警信息；同時，安全可編程控制器對內部的RAM，EPROM，輸入輸出寄存器等元件進行實時監控，并且采用特殊的測試脈沖對輸入信號和輸出被控元件進行檢測，一旦出現任何不安全隱患，控制器立刻切換至安全保護狀態。安全總線系統適用于大型、離散式的安全控制系統。其原理是在現有工業現場總線的基礎上，采用了一系列的時間檢測、地址檢測、連接檢測和CRC冗余校驗等措施，達到高的安全等級。安全PLC是上世紀末出現的產品，他的優點是可編程性能強大，使用安全總線能實現很高要求的安全控制，但成本較高。
　　
　　4.使用可編程安全繼電器進行安全控制。可編程安全繼電器是近年推出的安全產品，它介于安全PLC和安全繼電器之間，即具有一定的可編程性，價格卻不是很高。安全繼電器是一個多功能、可自由配置的模塊化安全系統。與其他普通安全繼電器不同，可編程安全繼電器的安全電路可在個人電腦上使用圖形配置工具輕松生成。通過基礎模塊上的RS232接口可以直接向可編程安全繼電器寫入程序。