安全控制系統(tǒng)應(yīng)用簡述

陳麗春

（中國第一重型機(jī)械集團(tuán)重型裝備事業(yè)部中型裝備制造分廠，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

每臺機(jī)械在設(shè)計制造的過程中都需要對可能發(fā)生的各種風(fēng)險進(jìn)行考慮，例如在運(yùn)輸、拆卸、安裝過程中的風(fēng)險、安裝到位后運(yùn)行時的安全問題等。機(jī)械的安全問題現(xiàn)今都是通過安全控制系統(tǒng)來達(dá)成的。安全控制系統(tǒng)需要對各種潛在的安全風(fēng)險和突發(fā)狀況進(jìn)行分析，進(jìn)而設(shè)計出功能完善，響應(yīng)速度快，安全可靠的控制系統(tǒng)。下文就安全控制系統(tǒng)原理、系統(tǒng)構(gòu)成以及控制過程進(jìn)行闡述。

1 安全控制系統(tǒng)簡要介紹

安全控制系統(tǒng)是在機(jī)械運(yùn)行、停止、人員操控時以及發(fā)生故障時能夠?qū)θ藛T及設(shè)備提供安全保護(hù)。當(dāng)危險發(fā)生時，不論是機(jī)械本身造成的還是由于人員誤操作造成的，安全控制系統(tǒng)能及時檢測到輸入信號并立即做出反應(yīng)，使機(jī)械裝置能夠立即停止動作，以達(dá)到保護(hù)人員和機(jī)械設(shè)備安全的目的。安全控制系統(tǒng)的檢測的輸入信號包括：急停信號、接近開關(guān)信號、行程開關(guān)信號、壓力反饋信號、電壓電源監(jiān)測信號、液位信號等。對信號進(jìn)行處理的控制器現(xiàn)在一般用PLC進(jìn)行控制。信號經(jīng)過處理后送至輸出控制單元輸出。安全控制系統(tǒng)在整個機(jī)械領(lǐng)域占有重要的地位，能夠?qū)C(jī)械設(shè)備進(jìn)行實(shí)時保護(hù)，保障設(shè)備和人員的安全。

安全控制系統(tǒng)的整個控制流程是由傳感器輸入信號、控制器（如PLC）對采集來的信號進(jìn)行處理、而后輸出至保護(hù)裝置。在整個控制回路中，由于這些安全控制采用的都是普通的工業(yè)器件，他們在安裝使用的過程中可能會出現(xiàn)一些故障從而早成安全控制系統(tǒng)失效無法對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，造成安全隱患?；谝陨显虬踩刂葡到y(tǒng)要求對信號的采集安全可靠，一旦設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時超出設(shè)定的數(shù)值，應(yīng)立即將信號發(fā)送到控制器進(jìn)行處理，處理器應(yīng)立即對輸入信號進(jìn)行響應(yīng)并及時輸出控制信號進(jìn)行制動，使設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以阻止安全事故的發(fā)生或事態(tài)的惡化。針對安全控制系統(tǒng)的硬件可能發(fā)生的不可靠因素，下面列舉一些措施來防范這些因素：1.采用關(guān)聯(lián)性控制多樣性控制；2.硬件應(yīng)能行自檢并應(yīng)定期進(jìn)行檢測檢測的內(nèi)容包括硬件、軟件、通訊等；3.程序CRC 校驗(yàn)；4.安全認(rèn)證功能塊。

安全系統(tǒng)的輸入設(shè)備包括急停按鈕、門保釋開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)和一些光電設(shè)備等。安全控制部分可以采用繼電器控制、PLC控制或安全總線系統(tǒng)。

2 控制部分

2.1 安全繼電器簡介

繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)，通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自打開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。當(dāng)輸入量達(dá)到規(guī)定值，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動化、運(yùn)動、遙控、測量和通信等裝置中。

安全繼電器是由數(shù)個繼電器與電路組合而成，為的是要能互補(bǔ)彼此的異常缺陷，達(dá)到正確且低誤動作的繼電器完整功能，使其失誤和失效值愈低，安全因素則愈高，所謂“安全繼電器”并不是“沒有故障的繼電器”，而是發(fā)生故障時做出有規(guī)則的動作，它具有強(qiáng)制導(dǎo)向接點(diǎn)結(jié)構(gòu)，萬一發(fā)生接點(diǎn)熔結(jié)現(xiàn)象時也能確保安全。

2.2 安全 PLC

安全PLC是為特殊用途的機(jī)器設(shè)備而設(shè)計的，用于關(guān)鍵型控制和安全型應(yīng)用，安全PLC（安全可編程系統(tǒng)）指的是在自身或外圍元器件或執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障時，依然能正確響應(yīng)并及時切斷輸出的可編程系統(tǒng)。安全PLC不僅包含了普通PLC的全部功能，更有其獨(dú)特的特點(diǎn)，安全PLC中所有元器件采用的是冗余的工作方式，兩個處理器處理時進(jìn)行交叉檢測，每個處理器的處理結(jié)果儲存在各自內(nèi)存中，只有處理結(jié)果完全一致時才會進(jìn)行輸出，如果處理期間出現(xiàn)任何不一致，系統(tǒng)立即停機(jī)。安全PLC和普通PLC的區(qū)別：1.從CPU來說，常規(guī)PLC內(nèi)部的CPU的數(shù)量有一個或多個，它或它們的作用是：執(zhí)行用戶的程序、進(jìn)行I/O的掃描和系統(tǒng)的診斷，多個CPU的功能是把將所需完成的工作分擔(dān)運(yùn)行，協(xié)作處理。安全PLC的CPU至少有兩個或多個，兩個CPU的功能是：分別對同一個用戶程序各自執(zhí)行一次，然后再把兩個結(jié)果放在一起進(jìn)行比較，如果比較的結(jié)果是一致的，就輸出這個結(jié)果，如果是不一致的，選擇安全的結(jié)果輸出。安全PLC和常規(guī)PLC最大的不同：冗余加比較。2.安全PLC和常規(guī)PLC第二個不同：隨時加步步進(jìn)行診斷和檢測，這種檢測有的是通過自身信息進(jìn)行的，稱為自檢；還有的通過對方的信息進(jìn)行檢測，稱為互檢。安全PLC的診斷和檢測比常規(guī)PLC的檢測要多的多，主要從時鐘測量、監(jiān)視測量、序列檢查、存儲器檢查等方面。3.安全I(xiàn)/O模塊和普通I/O模塊的區(qū)別：安全PLC要對安全CPU和安全I(xiàn)/O之間的通信進(jìn)行診斷，比如CRC校驗(yàn)，此外還要進(jìn)行上電時診斷、運(yùn)行時的診斷，過壓診斷、內(nèi)部診斷等。此外，在軟件方面，安全PLC提供的相關(guān)安全功能塊，如急停、安全門、安全光柵等均經(jīng)過認(rèn)證并加密，用戶僅需調(diào)用功能塊進(jìn)行相關(guān)功能配置即可，保證了用戶在設(shè)計時不會因?yàn)榘踩δ苌系某绦蚵┒炊鴮?dǎo)致安全功能丟失。

2.3 安全總線控制系統(tǒng)

安全總線指的是通訊協(xié)議中采用安全措施的現(xiàn)場總線。相比于普通總線來說，安全總線可以達(dá)到EN ISO 13849-1以及 IEC 61508 等控制系統(tǒng)安全相關(guān)部件標(biāo)準(zhǔn)的要求，主要用于如急停按鈕，安全門，安全光幕，安全地毯等安全相關(guān)功能的分布式控制要求。

安全總線中采用的安全措施主要包括：CRC冗余校驗(yàn)，Echo模式，連接測試，地址檢測，時間檢測等。相比傳統(tǒng)現(xiàn)場總線可靠性更高。

結(jié)語

安全控制是一個時刻檢測系統(tǒng)中的運(yùn)行參數(shù)，并在系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)異?；蚪邮盏桨踩盘柕臅r候安全控制系統(tǒng)立即將系統(tǒng)的控制權(quán)進(jìn)行接管，根據(jù)內(nèi)部程序設(shè)定的邏輯，以安全的方式對輸出設(shè)備進(jìn)行控制，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

[1]孫清泉，徐衛(wèi)國，康健.冷軋機(jī)自動化安全控制系統(tǒng)[J].設(shè)備管理與維修，2008.

[2]陸武.淺談故障安全控制系統(tǒng)的通信[J].自動化儀表，2007，28（01）.