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通过openSAFETY构建系统网络更加安全

作者：贝加莱工业自动化（中国）有限公司

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1 引言

今天，当我们谈及在机器之间实现安全数据传输的时候，基于以太网的现场总线网络已经成为标准的传输介质。这些网络不仅可以确保人员和设备安全，而且还能够提高整体生产效率，提供更多对错误进行故障排除的方式。为了使整个生产区域中由不同机型构成的生产系统都能得到无缝保护，机械自动化与控制组织（OMAC，Organization for Machine Automation and Control）目前正在定义一个统一的协议接口。

与拥有硬接线安全电路的安全系统相比，在基于以太网网络如POWERLINK上传输安全信号的安全系统拥有更多优势。这些优势包括通过减少所需布线量节约成本，因为广泛的接线是众所周知的错误源，特别是在复杂的模块化机器中。由于传统的安全接线需要提前知晓所有即将被使用的选项，因此这也会延缓系统投入运行的时间。然而，采用具备直接通信能力的安全系统无需经过控制器路由，可以以更高的数据传输速度满足标准，从而大幅提高数据吞吐量。直接安装在电机上具有智能安全响应（Smart Safe Reaction）功能的驱动组件可以缩短停车距离，优化安全间隙，有利于机器的小型化和低成本制造。

2从机器到生产线

在印刷或者包装领域中，高水平的自动化生产是通过互联的机器和机械手装置实现的。因此，此类领域对于在整个生产线上扩展集成于网络的安全技术，并在所有相关机器上发挥其优势拥有浓厚的兴趣。然而直到现在，组织性和技术性障碍总是在阻碍机器和机械手装置之间通过工业以太网实现安全信号的交换。

组织性问题必须面对的事实是，还没有一家机械制造商能够对外部设备所有潜在的连接需求做出预期和规划，更不用说预见如何去实现了。另外，特定机器外单独的安全设备相比机器内也无法触发更深的安全响应。

技术性障碍是由各种安全导向型控制系统之间的不兼容性而产生的。除了openSAFETY之外，它们只能够与特定厂商的控制硬件和现场总线系统一起工作。因此直到今天，通过共享紧急停车电路将机器连接起来的现象仍然非常普遍。

3安全接口意味着互操作性

不论采用何种系统总线传输数据，openSAFETY都是唯一能够集成于网络用于传输和处理安全相关数据的系统。因此，即使单个机器来自不同的制造商或者配备不同的安全功能，在这些机器之间也能够非常轻松地采用同一种安全技术。不论使用何种现场总线，通过openSAFETY都可以实现贯穿多个机组的安全数据传输。如图1所示。

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尽管这种系统的独立性很强，但是建立一个统一的安全标准并且被每一个机器供应商所接受仍然不太可能。

“正因为这个原因，在网络层上处理不同安全系统之间的互操作性变得非常必要，这样就可以利用其在网络内的全部功能，”贝加莱公司openSAFETY技术经理Miodrag Veselic解释道。“贝加莱和OMAC一起正在就接口协议制定一项规范，旨在让使用不同系统的机器可以轻松地实现安全导向型系统的联网。”如图2所示。

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图2市场份额：openSAFETY可以处理91%的工业以太网应用

4机器配置文件是关键

统一的配置文件是机器和系统安全导向型网络的核心要素，它会对每个机器或机械手装置上与安全相关元件的基本设计进行描述。“这与贯穿系统和设备的一组明确的状态信号有关，包括紧急停车、安装模式、偏离限值等，”Veselic解释道。“机器配置文件会针对每一个信号指定它是否由设备传送，或者设备是否需要这一信号用作自己的安全响应。”

配置文件中的数据结构简单，它可以将不同制造商集成于网络的安全系统组成一个网络，凡是与安全相关的基本信息都可以在该网络上共享。这样就可以使不同地点的每一个单独的机器对安全相关的操作模式设置做出响应，从而提高设备与系统的可用性。由于openSAFETY采用“黑色通道”机制，通过它传输安全信号仅依赖网络通信层，因此可以采用任意以太网拓扑结构建立这种类型的网络。通用安全接口规范的一个重要方面是，它能够在不中止或关闭网络其余部分的情况下添加或删除设备。

5主要目的是什么？易于实现

接口协议以及机器配置文件数据的处理方式尚未最终确定。然而该规范仍然预计会在2012年的某一时刻完成。“接口的成功与否将最终取决于它是如何易于实现的，”Veselic解释道。“因此，配置数据集必须被转换成软件，以使对安全系统厂商的集成变得尽可能容易。对于无内置安全控制的简单装置或设备而言，贝加莱将会提供具备此功能的适配器，而其他制造商也很有可能提供类似产品。”

一旦基于以太网安全数据传输的标准接口配置文件结构被发布，那么机械制造商为了确保兼容性，唯一需要做的事情就是完成机器配置文件的一次性开发。此外，他们还可以将注意力集中在个别机器内的安全装置上，而且不需要经常考虑包括机械手装置在内不断变化的定制化功能。由于开发和认证都是一次性的，因此这样可以缩短Time-to-Market。

6基于网络的安全系统提高生产效率

客户所能获得的另一个优势是机器、机器人以及机械手装置具有高可用性，它们可以作为积木式构件用于在先进的通用安全环境中轻松创建复杂的生产系统。在此类系统中拥有大量易于管理的任务，系统配置随时都能够被修改，从而提高生产效率，而这在过去是传统技术不可能实现的。

智能安全响应（Smart Safe Reaction）如“安全减速”（SRS）功能可以在多个机器上同时启用，它可以提供一个安全状态，无需使系统完全停止运行，这是提高生产效率的一种方式。整条生产线采用全面的安全保障机制对整个系统进行保护也可以提高生产力。这不仅缩短了安全数据传输的路线和时间，而且还可以节约空间，因为系统中相邻机器的安全响应不再需要单独的维护通道。

“基于网络层的安全型系统网络的另外一个优势是，它可以在所有机器上执行高质量且统一的诊断，”贝加莱集成安全技术部产品经理Franz Kaufleitner说道。openSAFETY是面向所有行业的统一的安全解决方案。

“基于网络层的安全型系统网络的另外一个优势是，它可以在所有机器上执行高质量且统一的诊断，”贝加莱集成安全技术部产品经理FranzKaufleitner说道。

文章内容仅供参考 (投稿) (9/18/2015)


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