安全的现场总线技术

作者：李爽 译

欢迎访问e展厅 展厅 5 现场总线/工业以太网展厅 主站板卡, 现场总线适配器, ... 急停开关、光栅栏和其他元件的布线确保了机器的安全性，目前占据了电缆管道和控制柜中可用空间的主要部分。现场总线技术早该处理有关安全性的信号传输。技术上已经可能实现，但问题是迄今为止还缺少一种独立于制造商而且能保证足够安全的开放式接口。 随着安全技术融入到倍福（Beckhoff）总线端子系统中，现场总线的优点现在也运用到有关机器和工厂安全的应用程序中。新型TwinSAFE总线端子可与PROFIsafe兼容，可运行于独立模式或结合到可靠性控制中。 安全地扩充I/O套件 总线端子系统中安全性与I/O设备的结合给客户带来了实惠。就部件、装置和用于规划的工作来说，总体解决方案的成本会达到最小。接口数量的减少使系统更容易被理解，而且简化了对所有有关安全性信息的存取。 I/O系统中的安全性技术为用户带来新的应用，使机器和设备更加小型化而且更为有效。带有TwinSAFE的自动化应用主要提供更高的诊断水平和减少停机时间。用户只需了解一个系统，TwinSAFE，而不用多种安全性系统。 对于新型TwinSAFE总线端子，利用安全性总线端子很容易扩展已经过检证的总线端子系统从而替代了所有用于保证安全线路的电缆，倍福提供了这一选择的可能性。安全信号可以不受限制地与标准信号混合。这就省去了设计工作、安装和材料。通过更迅速的诊断和只需替换少量部件，显著地简化了维护。新型TwinSAFE总线端子只包括3种基本功能：数字KL19xx输入端子、数字KL29xx输出端子和一个KL6900链接单元。这就能够连接所有的通用安全性传感器和执行器，比如急停开关、安全锁定装置、定位开关、双手操作开关、电缆操作开关、光幕、光栅栏和激光扫描器等，还有执行器如接触器、带有倒扳的防护门开关、信号灯或伺服放大器。 基于PROFIsafe的安全概念 TwinSAFE总线端子是以新的PROFIsafe标准为基础。从简单到复杂的应用程序连同可与PROFIsafe兼容的故障安全控制都可以实现。Profibus用户组织（PNO）在PROFIsafe中建立了一个安全传输数据的文件，它允许安全设备在Profibus网络中运行。RS485总线电缆和布线都不需更换。只执行一种与安全相关和与安全无关的自动化任务的现场总线系统。PROFIsafe可用于达到SIL3 IEC61508，Cat．4 EN 954或DIN V 19251 AK 6的任务。建立的保护机制可以保护数据，以免产生如下错误：重复、丢失、插入、错误排序、讹误的用户数据、延迟、安全相关和安全无关数据相耦合以及不正确的编址。 PROFIsafe提供连续编码的安全报文。在主站和从站，通信被实时监控且被密码所保护。为保护数据的完整性，PROFIsafe使用16/32位CRC（循环冗余检验）。每个报文最多可传输12（16位CRC）或122字节（32位CRC）的故障安全数据。作为安全报文的一部分，PROFIsafe用户不仅传输用户数据而且传输状态字节或控制字节。通过寿命计数器检验每个报文通信伙伴和数据传输的状态。 独立于现场总线的解决方案 使用PROFIsafe的机制将数据安全地保存在一个数据帧中，以避免由于传输路径可能产生的作用。除了Profibus以外，此路径可能包括任何其他的传输系统。作为总线系统来说，PROFIsafe代表必须被连贯无误地传送的小数据块，这对现场总线来说不是特别困难的任务。压缩在总线端子中的安全数据的实现意味着安全数据可用于任何现场总线。唯一的条件是总线系统中要有合适的总线耦合器。同时将PROFIsafe数据传送到许多不同总线系统的设备特别有助于用户。安全数据因此可以经过不同控制器系统的边界进行交换。 在总线端子中故障安全PLC的功能 由于逻辑上将信号结合的可能性十分局限，因此目前使用一个或多个安全中继器的安全性解决方案很昂贵。传统的安全PLC既节省空间又容易安装，但其成本要比将驱动器、PLC和ＨＭI结合起来的高。控制器将这两种途径中的任何一种视为单独的解决方案。能够提供安全控制器状态信息的接口由一些附加接线的数字信号触点构成，或由一个参数化的现场总线接口组成，后者需要相当多的精力去完成。 TwinSAFE总线端子和可与PROFIsafe兼容的安全控制器一起运行。从小规模到中等规模的应用系统，安全的输入和输出运行于配有KL6900 TwinSAFE逻辑总线端子的“非安全”控制器中。高水准的PLC、CX1000嵌入式PC、BC或BX系列带有直接连接的安全端子，都能作为控制器。TwinSAFE逻辑总线端子是安全输入和输出端子之间的链接部件。可以是简单、灵活且经济并达到64个通道的分散型故障安全控制配置。在最后，链接输入和输出所需的逻辑安全功能作为一个功能块实现并根据应用程序被参数化。因此，对于小型配置，小型故障安全PLC的任务可在总线端子系统中进行管理。PLC控制器中的接口不再需要额外的费用。通常提供“安全控制器”的所有状况。根据IEC 61508或EN 954 Cat．4 和DIN V 19251 AK6，KL6900适用于达到SIL3（整体安全水平）的应用系统。 通过总线耦合器或现场总线TwinSAFE逻辑很容易地参数化。对于PC，TwinCAT系统管理程序可作为一个工具。除了TwinCAT，可通过总线耦合器使用KS2000配置软件来配置KL6900。参数一旦选用，就安全地保存在端子中，免受电源故障或讹误的影响。存取被密码保护。只有在不被干扰的安全状态下才有可能操作。 在PROFIsafe的基础上使用倍福总线端子，用户现在可以安装和操作综合自动化网络，包括安全相关的应用程序，而且有很高的性能/价格比。TwinSAFE系统为安全技术提供开放式的标准硬件和软件接口。通过与各种用户组织的合作，倍福为新技术在方便用户的标准下执行做出了积极的贡献。 单个系统中的标准安全I/O KL1904和KL1908 TwinSAFE总线端子都是数字输入端子，分别有四个和八个故障安全通道。通过双通道连接，端子都达到了IEC 61508 SIL3和EN 954 Cat．4或DIN V 19251 AK6的要求。 KL2904 TwinSAFE总线端子是一种四通道数字输出端子。它将24 V DC的执行器的开关电流提高到2A。根据IEC 61508或EN 954 Cat．4和DIN V 19251 AK6，KL2904安全总线端子达到SIL3安全标准。如果总线端子检验出错误，它将自动关闭。 KL2901 TwinSAFE总线端子是一种集成有断开供电功能的馈电端子。这些馈电端子可被安置在总线端子站的输入和输出端子间的任何位置。电能通过功率触点被传送到子总线端子。这就使分散的电源组在一个总线站中实现。KL2901通过PROFIsafe协议连接可靠控制，而且可以被更高水平的可靠控制关闭。如果端子检验出一个内部错误，也会切断电源。 未来的发展 安全逻辑KL6900为安全信号处理领域带来一种新的性能级别：比继电器强，但不敌安全性PLC。KL6900被限制在最多64个通道，这是为了降低价格以适合于小型、简单的应用。将几个KL6900结合可以增加通道数量。在各种分层的安全信号中使用安全逻辑完全能适合工厂的要求。复杂的信号处理和低于50ｍs反应时间的任务还必须由安全性PLC完成。 下一步，倍福将提供一种快速安全PLC。性能要达到系统总反应时间是2ｍs，1KB命令的链接时间是100μs。开发中的安全PLC是一个背负式绕路板，可插入到PC现场总线卡或是在CX1000嵌入式PC系列中的一个现场总线主站。普遍使用IEC61131－3进行编程。与PLC的“非安全”部分的连接由系统自动实现。用户认为安全信号是“安全变量”，可以在任何位置连接到程序中。 李爽译自“PC Control, BECKHOFF, 2003, 2” 杨昌昆校对(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/13/2005)