自動化機械的硬接線點對點式安全系統(tǒng)已經(jīng)過時了，機械制造商們帶來了安全運動的新時代，它集成在機械控制系統(tǒng)中，并引入了標準網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)。 iemens Energy & Automation的市場開發(fā)部和工業(yè)標準部經(jīng)理J.B.Titus說：“運動控制工業(yè)正在發(fā)生巨大的變化，新標準應運而生，這將為機械操作者帶來新的安保方法?！边@一切正在發(fā)生。 　　 舊方法—自動機械安裝的點對點式布線連接安全系統(tǒng)——比光纖差，容易出故障，維護費用高； 　　 新方法—集成在機械控制系統(tǒng)中的基于標準工業(yè)網(wǎng)絡的安全網(wǎng)絡——更有效、不易引發(fā)危險。 　　 它的安全功能是這樣作用的： 　　 X博士向客戶演示大型定制質(zhì)子加速器，他并沒有打開高電壓能量束的電源供給，只是顯示雙等離子管質(zhì)子槍能以60KeV的電壓射出150mA的質(zhì)子束。 　　 150mA、60KeV意味著9000W的質(zhì)子束——如果沒有水冷卻的話，它足夠?qū)①|(zhì)子束的不銹鋼管壁烤得紅熱。X博士在預熱系統(tǒng)時候解釋說：“當然，我們安裝了連動裝置，來確保在沒有水冷的時候，操作人員不能打開質(zhì)子加速器?！? 　　 不幸的是，他緊跟著就補充道：“在最后一次裝配和測試時，我們放棄了連動裝置，在安裝和測試區(qū)，采用智能安全設備而不是連動裝置?！? 　　 他剛說完，人群就被巨響嚇到了，六個12英寸的氣動真空閥關閉了，緊接著是警笛聲，因為真空系統(tǒng)感測到了質(zhì)子束的熱量熔化了真空密封裝置中的銅。 　　 如今自動化設備的安裝比那些粗糙的半人工的控制系統(tǒng)要復雜的多，以前他只帶有幾是個傳感器，現(xiàn)在的自動生產(chǎn)線上可以帶有幾百個傳感器。連接在控制器上的簡單的連動開關已經(jīng)無法勝任這些工作。 　　 在通常使用中，這些連動裝置是很有效的，但是在安裝和維護時就不那么有效了。特別是在故障處理時，他很難起到作用，而此時正是急需它起到作用的時刻。 [ALIGN=CENTER] 模擬點對點安全系統(tǒng)可以制造出一個銅線鼠巢（紅色部分），用于引入傳感器信號到達運動控 制器和驅(qū)動，達到出錯時自動切斷的目的。[/ALIGN] 急需改變 　　 Molex分公司W(wǎng)oodhead的總經(jīng)理Edmund Nabratzky說：“人們一度認為如果你要確保安全，就不得不把一根硬銅線穿過導管，再用螺帽壓緊。你需要一個電工專門做這件事，而且每次你要增加一個停止按鈕或一個安全柵的時候，你都需要再引出一條硬銅線，直接連到面板后面。” 　　 這些做法，在很長的一個時間段內(nèi)，被認為是確保安全的唯一方法。事實卻完全不是這樣。 　　 Nabrotzky報告說：“在實際安裝中我們注意到了，這些器件很容易產(chǎn)生故障。他們的機械特性使他們不可避免地容易粘連和磨損，隨之而來的，是連接變得不可靠，經(jīng)常出問題，安全系統(tǒng)也就無安全可言了?！? 　　 “我們也同樣發(fā)覺這些器件很麻煩，當系統(tǒng)中某處發(fā)生了錯誤，整個條線都癱瘓了。而且對于關鍵安全環(huán)節(jié)和非關鍵環(huán)節(jié)的區(qū)分是沒有什么捷徑可循的。通常的解決方法是系統(tǒng)停運，等待發(fā)現(xiàn)故障的所在，然后獲得授權(quán)，重新設置?！? 　　 Bosch Rexroth公司驅(qū)動和控制分公司的自動化和機床分部經(jīng)理Karl Rapp指出：“機械的運轉(zhuǎn)越來越快，而人的反應速度是不變的，所以例如門限和開關的老方法（通過打開門限或按緊急停止開關來關閉系統(tǒng)）就不足以完成 機械控制了。” 　　 在20世紀80年代，機床的加速度通常是0.2到0.4G。如今，機床的加速度可以高達1到2G。而且，系統(tǒng)復雜，加工昂貴。在需要打開門限或按急停按鈕時的任何猶豫都回隊設備造成損壞。除此之外，如果你只是切斷電源，設備的減速會很不協(xié)調(diào)。 　　 Rapp繼續(xù)道：“然后，人們將延時繼電器引入，如果你按了急停按鈕，轉(zhuǎn)軸會減速，關鍵軸同步停止，這樣控制者就有機會進行調(diào)整?！? 　　 故障需要清除，系統(tǒng)需要工作，工作人員需要檢驗是否所有的軸都就位。視覺校正可以用來移動相應的軸，但是在門限外部視覺校正有可能無法實施。 　　 這導致重復的工作，調(diào)整、關閉門限、重置控制器、系統(tǒng)上電、系統(tǒng)慢行，系統(tǒng)斷電、打開門限進行檢查，這個過程一直反復循環(huán)知道校準結(jié)束。最好的情況是，此過程只是令人覺得厭倦而已，最壞的情況是，操作人員使安全特性失效。 [ALIGN=CENTER] 網(wǎng)絡安全系統(tǒng)使用現(xiàn)有的高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡來承載安全信號和控制信號。 智能傳感器可以發(fā)送狀態(tài)信息和出錯信息。[/ALIGN] 新標準 　　 現(xiàn)代機械安全技術(shù)在歐洲發(fā)展的很完善，正在向世界其它地方擴張，它包括兩個基本組件。 　　 安全網(wǎng)絡是基于標準機械控制網(wǎng)絡的安全性版本，例如CANbus，加上協(xié)議的特征，使之能夠可靠地承載要求安全的信號。 　　 集成安全的概念是將安全特性集成于控制器和驅(qū)動軟硬件中，例如可以將機器速度減慢至人類速度的能力。 　　 Rapp回憶道：“在90年代中期，很多最終用戶致力于推進系統(tǒng)的安全化，這使得設置和恢復變得安全了。我們開發(fā)了一種雙通道策略，控制器在一個通道上，驅(qū)動器在另一個通道上。連接到驅(qū)動器上的指令變成了數(shù)字信號，這樣控制器上的I/O通道就變成了安全通道。” 需要重點強調(diào)的是I/O接口，它從點對點的模擬信號連線轉(zhuǎn)變成了數(shù)字信號總線式結(jié)構(gòu)。這很大程度地減少了連接的數(shù)量和指令的數(shù)量。 　　 任何信號系統(tǒng)都為每一個傳感器提供2部分信息：傳感器輸出值和傳感器編號。在點對點的模擬系統(tǒng)中，模擬電壓和電流承載著這個輸出值，但是傳感器編號是由電壓線承載的。在串行總線通信中，這兩部分信息都出現(xiàn)在同一組數(shù)字信號段中，使用相同的指令集。模擬連線的復雜度和傳感器數(shù)量成正比，而數(shù)字總線連線的復雜度是恒定的。例如CANbus，兩條線就足以承載所有的信號，不管傳感器的數(shù)量是2還是20。 　　 Rapp回憶道：“很多歐洲供應商開發(fā)數(shù)字總線系統(tǒng)，在無需關斷電源的情況下提供安全運動。例如，德國80年代時，針對電控機械，已經(jīng)出現(xiàn)了很多機械安全標準。” 　　 歐洲的OEM廠商通過向美國出口這種系統(tǒng)將安保技術(shù)帶入了美國，但是卻并不很受歡迎。一些美國的最終用戶做了些本土化的修改后加以使用，一些最終用戶干脆將一些功能關閉。他們不喜歡這種安全運動系統(tǒng)的原因是他們每次開門，系統(tǒng)都會被內(nèi)部聯(lián)動裝置關斷一次。 　　 在過去的幾年里，這種狀況開始改變了。在美國和歐洲標準統(tǒng)一上所做的努力讓美國工業(yè)界開始重新重視電控運動設備的安全標準。 　　 國際電工委員會（IEC）是這種努力的先驅(qū)。作為IEC正常工作的一部分，現(xiàn)行標準IEC61508現(xiàn)在被修訂了。歐洲模式的安全系統(tǒng)將被加入其中。點對點連線系統(tǒng)會被排除在外。美國作為IEC的成員國，會采用新標準。1到7部分的最終草案將在2008年1月份國家委員會內(nèi)投票，最終版本將在2008年5月份發(fā)布。 不只是方便 　　 Woodhead公司的Nabrotzky說：“網(wǎng)絡所做的并不只是節(jié)省了布線和安裝上的開銷，它同樣開創(chuàng)了一個新世界，它將外部診斷技術(shù)和其他功能引入系統(tǒng)，這些功能對于傳統(tǒng)的標準二進制信號是根本不可能實現(xiàn)的。如果一個設備除了問題、如果攝像頭的鏡頭臟了、如果流量被粘連的閥體阻斷，這些診斷信息可以打包成復雜的數(shù)據(jù)報，通過網(wǎng)絡傳輸，這使得網(wǎng)絡很有價值?！? 　　 過去你有兩個控制器：安全控制器和運動控制器，安全控制器負責控制所有的安全門限、安全墊、光幕傳感器和按鈕。Nabrotzky說：“新標準允許你把兩者合二為一，你不再有兩個系統(tǒng)，很明顯，這樣節(jié)省成本——你只需要購買一半的設備，卻可以同樣滿足要求?！? 　　 Siemens公司的Titus指出：“安全的PLC分布式地滿足IEC61508，它具有一塊智能自動防故障I/O卡，能對故障作出直接的快速響應，無需PLC做上層監(jiān)控。” 　　 Nabrotaky說：“機械和人可以更近距離的工作?！崩?，在傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)中，一個機器人周圍有一個區(qū)域，是嚴格限制進入的。只要人類一接近機器人，整個系統(tǒng)就關斷。如果你集成了控制和安全系統(tǒng)，就可以知道機器人的位置和它正在做什么。如果它正在工作區(qū)域的左邊工作，而此時人進入了安全區(qū)域的右手邊，機器人是沒有必要關斷的。只要沒有區(qū)域上的沖突，就可以一直工作。如果程序控制的動作朝向工作人員，集成的智能系統(tǒng)就可以用傳感器來識別，并作出適當?shù)姆磻獊泶_保安全。“這就意味著你可以使用更小的廠房。” 　　 安全網(wǎng)絡和集成安全系統(tǒng)提供了多種方法以節(jié)約成本： 　　■ 自動化設計人員們在設計安全系統(tǒng)的時候，可以不再使用外部電路、熔絲、斷路器、銅線和導管。 　　■ 他們可以直接使用已經(jīng)在廠區(qū)使用的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡光纜作為安全網(wǎng)絡的物理媒介。 　　■ 在控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)的實現(xiàn)上，他們有更多智能化的選擇。 　　■ 一個更智能的安全/控制系統(tǒng)可以持續(xù)可靠運轉(zhuǎn)，具有更高的安全性和更少的故障。 　　 光幕傳感器或區(qū)域傳感器仍舊使用，但是連接到網(wǎng)絡上，而不是單線。網(wǎng)絡可以節(jié)省資金，避免外部布線。而且網(wǎng)絡具有復雜的信號系統(tǒng)，光幕傳感器不僅僅可以提供自己是“開”還是“關”的信息，它甚至可以提供“鏡頭臟了”和“固定松動”等信息。 安全選項 　　 安全網(wǎng)絡規(guī)范和標準的深入分析將會是很復雜混亂的事情，但是，有兩件事是很清楚的： 　　■ 事實上所有流行的機械控制網(wǎng)絡標準都有一個安全運動變量。 　　■ 事實上主要的控制設備生產(chǎn)商都有安全運動特征，不管是內(nèi)嵌的還是通過附加選件。 　　 為了簡化安全運動系統(tǒng)的選型，首先選擇控制網(wǎng)絡和設備供應商，然后詢問安全運動和安全功能如何與系統(tǒng)其他部分集成。確保供應商明白你需要的是符合新版IEC61508標準的系統(tǒng)，然后再詢問其他相關產(chǎn)品的性能。 　　 尋找安全網(wǎng)絡（在控制網(wǎng)絡上傳輸安全相關信號）和集成安全特性（確保工作人員能夠靠近正在運行的設備，而無須去掉聯(lián)動裝置）Nabrotzky總結(jié)道：“現(xiàn)在我們正在使用的是硬接線安全系統(tǒng)，它有很多管路和銅線連接組成，機柜內(nèi)布滿了繼電器和斷路器，為安全系統(tǒng)單獨配置了一個控制器。在將來，這些設備都將消失，安全和控制系統(tǒng)集成在一起，以一種既能確保正常工作又能節(jié)省資金的方式?！?