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AS-I安全型总线的应用

    安装安全保护系统的步骤

    为一个对象安装安全保护系统一般要经过三个步骤:第一步,进行风险评估,决定降低风险的方法,指定安全保护系统的需求;第二步,设计和装配;第三步,验证。其中进行风险评估是最重要的环节,本节重点围绕这个环节进行讨论。
    根据EN954-1,风险评估可以将系统分为五个等级,参看图 1和表 1。

图1 风险评估

表1 EN954-1 的安全等级表

安全等级

需求

系统行为

原理

B

设备安全组件的设计、挑选和组装必须能抵御预期的组装

故障发生可导致安全功能丧失

根据组件的选择

1

与等级B同样的需求,使用良好测试过的安全组件和原理

与等级B同样的行为,不过安全可靠性更高

根据组件的选择

2

在满足等级1需求的基础上,增加对设备启动和运行时周期的自检,故障发生系统进入安全状态或给出警报信息

故障可以被自检检测,两次自检之间的故障可能导致安全功能丧失

根据系统的结构

3

在满足等级2需求的基础上,进一步利用冗余等方法满足一个单一故障不会导致安全功能丧失的需求。

单一故障不会导致安全功能丧失,故障的积累可能导致安全功能丧失

根据系统的结构

4

满足等级3需求的基础上,进一步保证单一故障在下一次故障到来前必须被检验,或者保障故障的积累不会导致安全功能丧失

由于足够及时的被检验到,故障的发生不会导致安全功能丧失

根据系统的结构

      针对安全等级表,我们进行以下分析:

  • 安全等级B 本身并没有特殊的安全保护方法,但它是构成其他安全等级的基础。
  • 不同的安全等级只是应用了不同的方法、针对不同的情况,并非意味着一切对象都采用安全等级4 的安全保护系统就最好。其中,安全等级1 旨在阻止危险的发生:它利用合适的原理、组件和材料,可以有效地阻止一些危险的发生。如果一个对象的故障风险是可避免的,那么就可以采用安全等级1 的安全保护系统。安全等级2、3 和4 旨在当故障不可避免时尽可能检测到故障的发生,并对其实施合适的行为。一般地,对减小风险的需求越高,所采用的安全
    等级也就应该越高。
  • 循环自检和冗余是两种重要的安全保护系统设计方法。其中,循环自检可以达到安全等级2 的需求,冗余可以达到安全等级3 的需求,而循环自检与冗余的结合可以达到安全等级4 的需求。循环自检的目的是不断获知安全功能的可靠性;冗余的目的是当一个触点由于变形等原因无法正常工作时,另一个触点可以准确地表达危险信息;两者相结合将使系统具有非常高的可靠度。参看表2 。
  • 由同一原因导致的多个故障和由某一原因导致的多个具有因果关系的故障,应该按照单一故障处理。

表2 循环自检与冗余在安全等级

    对一个系统准确的进行风险评估,是为其安装合适的安全保护系统的前提。进行风险评估是一项复杂的工作,要具体情况具体分析,没有一概而论的结论。比如同样是接触器元件,不同公司的工艺水平就不同,信誉度好的公司其产品可能就有很高的耐用性和可靠性,而那些不知名公司的产品可能就会有质量问题,在风险评估的时候要考虑到。再比如一些简单的机械元件可靠度很高,其故障是完全可预知的;一些电子器件就相对复杂多了,想要避免故障是很困难的事情;而编程电子器件和带有集成电路的设备等是不可能预知和避免发生故障的,这也要求对不同的元件予以不同的风险评估。 
    AS-i 标准总线安装安全保护系统,也要遵循上述步骤。由于AS-i 安全输入模块按照不同的接法可以完成不同安全等级的功能,所以上述步骤中的设计环节相对简单很多。对于一个已经进行过风险评估的AS-i 标准总线来说,需要多高安全等级的安全保护系统已经很清楚了,余下的工作就是用现成的安全组件装配就可以了,这种便捷也是AS-i 安全型总线的一个优点。
    安全是生产的重中之重,全世界不同的国家和地区都对安全生产等相关问题颁布过法规和条例,相关行业协会也纷纷出台各种指导安全生产的标准和协议。安全保护系统用来排除生产中那些可以避免的危险、减小生产中那些不可预知的对人和设备的伤害。AS-i 安全型总线是安装了安全保护系统、具有安全功能的AS-i 总线;在安全工作全新理念的指导下,标准总线和安全总线得以“两线合一”,这也是目前AS-i 安全型总线最新的技术发展。 

    随着AS-i 安全型总线得到越来越多的认可,人们对AS-i优势也越来越清楚。

  • 它大大简化了传统的直接布线方式,并且使安全信号和标准信号可以共用一条总线传输;
  • 它的组装和拆卸十分简单,原有总线很容易得到安全功能的扩展;
  • 安全信号可被分组;
  • 无需特殊的主站和故障安全PLC,安全监测器通过软件配置十分方便;
  • 安全监测器可以通过接口技术由电脑软件进行诊断;
  • 总线上最多可以同时安装31个安全从站;
  • 经验证可以满足安全等级4 的需要;

    AS-i 安全型总线通过为安全从站设置特殊的动态码,再由安全监测器专门监测这些动态码的方法——而并非在报文结构上做文章——使“两线合一”得以实现。正如AS-i 安全工作协会所说的,AS-i 安全型总线的发展应着眼于执行器的连接以及安全监测器与网关功能的集成上。笔者认为安全监测器仍有不少发展空间,比如目前的安全监测器只能区分安全和非安全的两种情况,这是因为但凡非安全的情况都会影响动态码的传输,而将来的安全监测器应该能区分更多非安全情况,比如是有人进入危险区域、总线中断、还是传输延时等等,这些更细致的判定有利于故障的排查。 
    最后应该指出,安全设备并不能使机器变得安全,它充其量只能起到保护的作用。为此,合适的风险评估是必须而且是重要的,当然保护工作最终还要从人的自身出发,做好培训和教育工作。由于安全监测器只能区分安全和非安全两种情况这个特点,使得AS-i 安全型总线对线路传输错误格外敏感,这就要求技术工人们严格遵守配线规则,保证安装质量,尽量避免由于安装配线问题来的线路传输错误。

 
 

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