可靠性高，控制性佳，合規(guī)性好-自動(dòng)化中的安全法規(guī)

摘要： 機(jī)器和設(shè)備的功能異?；蚬收峡赡軙?huì)導(dǎo)致人身傷害、環(huán)境破壞或財(cái)產(chǎn)損失。安全標(biāo)準(zhǔn)IEC 61511和IEC 61508對設(shè)施和風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對措施進(jìn)行評估，分成四個(gè)安全類別，從SIL 1（低風(fēng)險(xiǎn)）一直到SIL 4（高風(fēng)險(xiǎn)）。風(fēng)險(xiǎn)越高，就必須付出更大的努力采取預(yù)防措施，所用元件就必須更可靠。這一原則也適用于編碼器，到目前為止編碼器一直是安全預(yù)防措施中“最薄弱的環(huán)節(jié)”。如未通過現(xiàn)有認(rèn)證，唯一的備選方案就是在技術(shù)機(jī)構(gòu)的監(jiān)督下采取足夠的輔助措施。如今已時(shí)過境遷，Baumer IVO的G 1S2B提供了一種安全型多圈絕對值編碼器，它有兩個(gè)冗余接口（通過了SIL 3認(rèn)證），特別適合用于舞臺技術(shù)、起重機(jī)和高架鐵路。 由于任何故障都可能威脅人身安全，或?qū)е颅h(huán)境破壞或財(cái)產(chǎn)損失，所以安全的技術(shù)設(shè)備一直是個(gè)事關(guān)安全風(fēng)險(xiǎn)的重要因素。在這些設(shè)備的設(shè)計(jì)階段，就必須遵守相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，以便將危險(xiǎn)降至最低。然而，在工廠自動(dòng)化中的實(shí)踐應(yīng)用中，真實(shí)的后果并不總是立即顯現(xiàn)。首先是術(shù)語“安全”的定義。在盎格魯撒克遜語言中，“safety”和“security”的含義是不同的。后者表示抵御攻擊，而“safety”意味著采取預(yù)防措施，防止發(fā)生系統(tǒng)或設(shè)備故障、磨損、運(yùn)行錯(cuò)誤等――簡而言之，防止“技術(shù)或人為錯(cuò)誤”的預(yù)防行動(dòng)。在德語中并不存在此區(qū)別，而只是一種不存在風(fēng)險(xiǎn)及危險(xiǎn)的狀態(tài)或狀況的一般性表達(dá)。 鏈條強(qiáng)度取決于最薄弱的環(huán)節(jié) 因此，安全可能會(huì)指不同的事物、個(gè)人或非生物體及系統(tǒng)，以及金錢投資等抽象事物。此時(shí)，提高安全性即意味著將風(fēng)險(xiǎn)降至最低甚至消除，這就要求根據(jù)具體系統(tǒng)采取準(zhǔn)確無誤的安全理念。以秋千為例，只考慮繩子堅(jiān)韌度還不夠。如果秋千板或掛鉤太脆弱，仍然會(huì)發(fā)生事故。由于鏈條強(qiáng)度取決于鏈條中最薄弱的環(huán)節(jié)，所以在考慮安全因素時(shí)必須考慮整個(gè)系統(tǒng)。如果采取的預(yù)防措施消除了意外風(fēng)險(xiǎn)，或者將其降至最低程度，就是一個(gè)成功的安全理念。以秋千為例，從支架到掛鉤、繩，直到坐板的所有元件都必須能夠承受坐在蕩秋千的人的重量。另一方面，坐在秋千上的人也必須遵守特定的規(guī)則和“使用說明”。比如，如果蕩秋千的時(shí)候放開雙手，那么最安全的構(gòu)造也無法避免事故的發(fā)生。這只是個(gè)例子，但類似的事件和條件也可能發(fā)生在工業(yè)環(huán)境中，并且情況會(huì)變得更復(fù)雜。 機(jī)械工程和設(shè)備工程中的潛在風(fēng)險(xiǎn) 機(jī)械工程和設(shè)備工程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)根據(jù)IEC 61511標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評估。安全相關(guān)應(yīng)用所用的自動(dòng)化元件必須符合IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)施和風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對措施分成四個(gè)安全類別，從SIL 1（低風(fēng)險(xiǎn)）一直到SIL 4（高風(fēng)險(xiǎn)）。SIL是安全完整性水平（Safety Integrity Level）的縮寫；SIL評估確定了發(fā)生故障時(shí)的具體安全措施。風(fēng)險(xiǎn)越高，就必須付出更大的努力采取預(yù)防措施，所用元件就必須更可靠。生產(chǎn)設(shè)施的SIL評估是為了確定必須遵守的安全水平。IEC 6158指圖形風(fēng)險(xiǎn)評估，用于評估潛在風(fēng)險(xiǎn)范圍、人員停留在危險(xiǎn)區(qū)的預(yù)期時(shí)間，以及應(yīng)采取的預(yù)防措施。舞臺技術(shù)的安全因素比較復(fù)雜，因?yàn)椴季昂途酃鉄舯仨氹S著演員和附近的其他人移動(dòng)。這也適用于工業(yè)中的高架鐵路。生產(chǎn)程序經(jīng)常要求在運(yùn)轉(zhuǎn)期間對機(jī)器和設(shè)備進(jìn)行操作。因此，不可能簡單地用安全光柵將危險(xiǎn)區(qū)隔離。這樣，人員可能會(huì)經(jīng)常甚至一直處于危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)。 這些應(yīng)用要求采用通過SIL 3認(rèn)證的控制系統(tǒng)，或者必須使用通過SIL 3認(rèn)證的元件。例如，PROFIsafe是一個(gè)符合IEC 61508的PROFIBUS和PROFINET協(xié)議。根據(jù)EN 954-1的SIL 3或4評估，通信介質(zhì)PROFIsafe符合最嚴(yán)格的生產(chǎn)與過程自動(dòng)化安全要求。 舞臺技術(shù)中采用的控制系統(tǒng) 在舞臺控制中，所有元件都必須符合最嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)。圖5a所示是需要的全部元件。不僅包括通信介質(zhì)，還包括控制器本身、變頻器、帶制動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器、位置檢測編碼器、移動(dòng)布景的卷揚(yáng)筒以及聚光燈等?！版湕l中最薄弱的環(huán)節(jié)”是編碼器，因?yàn)榕c控制設(shè)備不同的是（參見文字1），目前尚無通過相應(yīng)認(rèn)證的編碼器。旋轉(zhuǎn)軸、升降機(jī)和卷揚(yáng)筒監(jiān)控中的位置檢測需要采用其它途徑。 通過認(rèn)證的編碼器的傳統(tǒng)備選方案一般是使用兩個(gè)。在這種情況下，編碼器不需要通過認(rèn)證，因?yàn)閮烧邩?gòu)成了一個(gè)冗余系統(tǒng)，能夠保證持續(xù)供電。典型組合是兩個(gè)絕對值編碼器、一個(gè)絕對值編碼器和一個(gè)增量式編碼器，或者也可以是編碼器與電子凸輪組合，但是后者一般安裝比較困難。兩只編碼器的冗余信號送至兩臺計(jì)算機(jī)或控制器，并進(jìn)行比較。 通過SIL 3認(rèn)證的編碼器是取代昂貴權(quán)宜之計(jì)的終極解決方案 所有三種備選方案的共同點(diǎn)是兩臺設(shè)備顯著增加了工作量――不僅是成本，還包括安裝。另一種備選方案是附加增量軌跡的絕對值編碼器，這樣只需一臺設(shè)備，但是由于通電時(shí)，編碼器提供的錯(cuò)誤不能被識別，所以并未實(shí)現(xiàn)真正的冗余。在電氣運(yùn)轉(zhuǎn)后，僅提供絕對位置，而增量值僅在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生。德國技術(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)（TÜV）對這個(gè)解決方案并不完全滿意。長期以來，它們一直要求更實(shí)用的備選方案，在通電時(shí)提供兩個(gè)絕對值。帶兩個(gè)冗余接口的新型絕對多圈編碼器G1S2B就是一種通用型解決方案。通過SIL 3認(rèn)證的編碼器可以用于SIL 3系統(tǒng)，無需預(yù)先或附加試驗(yàn)。編碼器符合DIN EN 61508關(guān)于“安全相關(guān)電氣、電子、可編程電子系統(tǒng)的功能安全性”的要求――簡言之，“E/E/EP系統(tǒng)”。 是舞臺控制所缺乏的環(huán)節(jié)。不言而喻，對于需要使用SIL 3認(rèn)證元件檢測位置的其他應(yīng)用，例如電氣高架鐵路和起重機(jī)，這也具有重大意義。 框1中文字： 舞臺技術(shù)中的監(jiān)控 多年來，德國公司EAE以其在劇場、歌劇院、音樂廳所用開關(guān)裝置的開發(fā)、規(guī)劃和制造而享有國際聲譽(yù)。30多個(gè)國際聞名的場所配備了EAE符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)61508安全完整性水平SIL 3的先進(jìn)、模塊化舞臺控制系統(tǒng)和安全與定位控制器。應(yīng)用范圍從最小的系統(tǒng)一直到最復(fù)雜的系統(tǒng)，不論使用液壓還是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。由于采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可滿足現(xiàn)代舞臺設(shè)備的所有要求。