通過(guò)open SAFETY構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更加安全

貝加萊公司

1 引言

今天，當(dāng)我們談及在機(jī)器之間實(shí)現(xiàn)安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)的傳輸介質(zhì)。這些網(wǎng)絡(luò)不僅可以確保人員和設(shè)備安全，而且還能夠提高整體生產(chǎn)效率，提供更多對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行故障排除的方式。為了使整個(gè)生產(chǎn)區(qū)域中由不同機(jī)型構(gòu)成的生產(chǎn)系統(tǒng)都能得到無(wú)縫保護(hù)，機(jī)械自動(dòng)化與控制組織（OMAC，Organization for Machine Automation and Control）目前正在定義一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)議接口。

與擁有硬接線安全電路的安全系統(tǒng)相比，在基于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)如POWERLINK上傳輸安全信號(hào)的安全系統(tǒng)擁有更多優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)包括通過(guò)減少所需布線量節(jié)約成本，因?yàn)閺V泛地接線是眾所周知的錯(cuò)誤源，特別是在復(fù)雜的模塊化機(jī)器中。由于傳統(tǒng)的安全接線需要提前知曉所有即將被使用的選項(xiàng)，因此這也會(huì)延緩系統(tǒng)投入運(yùn)行的時(shí)間。然而，采用具備直接通信能力的安全系統(tǒng)無(wú)需經(jīng)過(guò)控制器路由，可以以更高的數(shù)據(jù)傳輸速度滿足標(biāo)準(zhǔn)，從而大幅提高數(shù)據(jù)吞吐量。直接安裝在電機(jī)上具有智能安全響應(yīng)（Smart Safe Reaction）功能的驅(qū)動(dòng)組件可以縮短停車距離，優(yōu)化安全間隙，有利于機(jī)器的小型化和低成本制造。

2 從機(jī)器到生產(chǎn)線

在印刷或者包裝領(lǐng)域中，高水平的自動(dòng)化生產(chǎn)是通過(guò)互聯(lián)的機(jī)器和機(jī)械手裝置實(shí)現(xiàn)的。因此，此類領(lǐng)域?qū)τ谠谡麄€(gè)生產(chǎn)線上擴(kuò)展集成于網(wǎng)絡(luò)的安全技術(shù)，并在所有相關(guān)機(jī)器上發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)擁有濃厚的興趣。然而直到現(xiàn)在，組織性和技術(shù)性障礙總是在阻礙機(jī)器和機(jī)械手裝置之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)安全信號(hào)的交換。

組織性問(wèn)題必須面對(duì)的事實(shí)是，還沒(méi)有一家機(jī)械制造商能夠?qū)ν獠吭O(shè)備所有潛在的連接需求做出預(yù)期和規(guī)劃，更不用說(shuō)預(yù)見(jiàn)如何去實(shí)現(xiàn)了。另外，特定機(jī)器外單獨(dú)的安全設(shè)備相比機(jī)器內(nèi)也無(wú)法觸發(fā)更深的安全響應(yīng)。

技術(shù)性障礙是由各種安全導(dǎo)向型控制系統(tǒng)之間的不兼容性而產(chǎn)生的。除了openSAFETY之外，它們只能夠與特定廠商的控制硬件和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)一起工作。因此直到今天，通過(guò)共享緊急停車電路將機(jī)器連接起來(lái)的現(xiàn)象仍然非常普遍。

3 安全接口意味著互操作性

不論采用何種系統(tǒng)總線傳輸數(shù)據(jù)，openSAFETY都是唯一能夠集成于網(wǎng)絡(luò)用于傳輸和處理安全相關(guān)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。因此，即使單個(gè)機(jī)器來(lái)自不同的制造商或者配備不同的安全功能，在這些機(jī)器之間也能夠非常輕松地采用同一種安全技術(shù)，如圖1所示。

圖1 不論使用何種現(xiàn)場(chǎng)總線，通過(guò)openSAFETY都可以實(shí)現(xiàn)貫穿多個(gè)機(jī)組的安全數(shù)據(jù)傳輸

盡管這種系統(tǒng)的獨(dú)立性很強(qiáng)，但是建立一個(gè)統(tǒng)一的安全標(biāo)準(zhǔn)并且被每一個(gè)機(jī)器供應(yīng)商所接受仍然不太可能。

“正因?yàn)檫@個(gè)原因，在網(wǎng)絡(luò)層上處理不同安全系統(tǒng)之間的互操作性變得非常必要，這樣就可以利用其在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的全部功能。”貝加萊公司openSAFETY技術(shù)經(jīng)理M iodrag Veselic解釋道，“貝加萊和OMAC一起正在就接口協(xié)議制定一項(xiàng)規(guī)范，旨在讓使用不同系統(tǒng)的機(jī)器可以輕松地實(shí)現(xiàn)安全導(dǎo)向型系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)?！?/p>

4 機(jī)器配置文件是關(guān)鍵

統(tǒng)一的配置文件是機(jī)器和系統(tǒng)安全導(dǎo)向型網(wǎng)絡(luò)的核心要素，它會(huì)對(duì)每個(gè)機(jī)器或機(jī)械手裝置上與安全相關(guān)元件的基本設(shè)計(jì)進(jìn)行描述?！斑@與貫穿系統(tǒng)和設(shè)備的一組明確的狀態(tài)信號(hào)有關(guān)，包括緊急停車、安裝模式、偏離限值等?！盫eselic解釋道，“機(jī)器配置文件會(huì)針對(duì)每一個(gè)信號(hào)指定它是否由設(shè)備傳送，或者設(shè)備是否需要這一信號(hào)用作自己的安全響應(yīng)?！?/p>

配置文件中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它可以將不同制造商集成于網(wǎng)絡(luò)的安全系統(tǒng)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，凡是與安全相關(guān)的基本信息都可以在該網(wǎng)絡(luò)上共享。這樣就可以使不同地點(diǎn)的每一個(gè)單獨(dú)的機(jī)器對(duì)安全相關(guān)的操作模式設(shè)置做出響應(yīng)，從而提高設(shè)備與系統(tǒng)的可用性。由于openSAFETY采用“黑色通道”機(jī)制，通過(guò)它傳輸安全信號(hào)僅依賴網(wǎng)絡(luò)通信層，因此可以采用任意以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立這種類型的網(wǎng)絡(luò)。通用安全接口規(guī)范的一個(gè)重要方面是，它能夠在不中止或關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)其余部分的情況下添加或刪除設(shè)備。

5 主要目的——易于實(shí)現(xiàn)

接口協(xié)議以及機(jī)器配置文件數(shù)據(jù)的處理方式尚未最終確定。然而該規(guī)范仍然預(yù)計(jì)會(huì)在2012年的某一時(shí)刻完成?！敖涌诘某晒εc否將最終取決于它是如何易于實(shí)現(xiàn)的。”Veselic解釋道，“因此，配置數(shù)據(jù)集必須被轉(zhuǎn)換成軟件，以使對(duì)安全系統(tǒng)廠商的集成變得盡可能容易。對(duì)于無(wú)內(nèi)置安全控制的簡(jiǎn)單裝置或設(shè)備而言，貝加萊將會(huì)提供具備此功能的適配器，而其他制造商也很有可能提供類似產(chǎn)品?！?/p>

一旦基于以太網(wǎng)安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)接口配置文件結(jié)構(gòu)被發(fā)布，那么機(jī)械制造商為了確保兼容性，唯一需要做的事情就是完成機(jī)器配置文件的一次性開(kāi)發(fā)。此外，他們還可以將注意力集中在個(gè)別機(jī)器內(nèi)的安全裝置上，而且不需要經(jīng)常考慮包括機(jī)械手裝置在內(nèi)不斷變化的定制化功能。由于開(kāi)發(fā)和認(rèn)證都是一次性的，因此這樣可以縮短上市時(shí)間（Time-to-Market）。

6 基于網(wǎng)絡(luò)的安全系統(tǒng)提高生產(chǎn)效率

客戶所能獲得的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是機(jī)器、機(jī)器人以及機(jī)械手裝置具有高可用性，它們可以作為積木式構(gòu)件用于在先進(jìn)的通用安全環(huán)境中輕松創(chuàng)建復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)。在此類系統(tǒng)中擁有大量易于管理的任務(wù)，系統(tǒng)配置隨時(shí)都能夠被修改，從而提高生產(chǎn)效率，而這在過(guò)去是傳統(tǒng)技術(shù)不可能實(shí)現(xiàn)的。

智能安全響應(yīng)（Smart Safe Reaction）如“安全減速”（SRS）功能可以在多個(gè)機(jī)器上同時(shí)啟用，它可以提供一個(gè)安全狀態(tài)，無(wú)需使系統(tǒng)完全停止運(yùn)行，這是提高生產(chǎn)效率的一種方式。整條生產(chǎn)線采用全面的安全保障機(jī)制對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)也可以提高生產(chǎn)力。這不僅縮短了安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆肪€和時(shí)間，而且還可以節(jié)約空間，因?yàn)橄到y(tǒng)中相鄰機(jī)器的安全響應(yīng)不再需要單獨(dú)的維護(hù)通道。

“基于網(wǎng)絡(luò)層的安全型系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，它可以在所有機(jī)器上執(zhí)行高質(zhì)量且統(tǒng)一的診斷?！必惣尤R集成安全技術(shù)部產(chǎn)品經(jīng)理Franz Kaufleitner說(shuō)道。

基于以太網(wǎng)的安全技術(shù)已經(jīng)成為單獨(dú)機(jī)器中的標(biāo)準(zhǔn)。隨著OMAC和EPSG對(duì)于openSAFETY和標(biāo)準(zhǔn)化安全接口定義的開(kāi)發(fā)，相信在不久的將來(lái)，我們可以將這些優(yōu)勢(shì)應(yīng)用到整個(gè)機(jī)組中去。