一直以來(lái)，安全控制技術(shù)落后于標(biāo)準(zhǔn)的控制技術(shù)，隨著生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大和生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步，控制系統(tǒng)復(fù)雜性在不斷增強(qiáng)，新型開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，它不僅能使不同供貨商的設(shè)備共存于一個(gè)總線系統(tǒng)中，而且還能簡(jiǎn)化布線，加快信息在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)上的傳播。但實(shí)際上，標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)在“安全控制”方面存在著漏洞，德國(guó)何其能公司不斷提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)力度，推出相應(yīng)的解決方案。總線技術(shù)不僅在診斷功能方面，同時(shí)也在電器元件連接方面表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。
以汽車(chē)生產(chǎn)廠為例，尤其是在自動(dòng)化程度較高的焊裝車(chē)間和總裝車(chē)間，大量的焊接機(jī)器人和裝配機(jī)械手的出現(xiàn)(見(jiàn)圖1)，造成了許多需要安全保護(hù)的危險(xiǎn)區(qū)域，所以安全傳感器，如區(qū)域保護(hù)掃描器、安全光幕、安全鎖、安全地毯與急停開(kāi)關(guān)的使用已非常普遍，但連接這些安全設(shè)備的控制系統(tǒng)仍停留在“安全繼電器”或“安全PLC”的非總線控制系統(tǒng)的低級(jí)控制狀態(tài)，限制了生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展。但如果將這些安全設(shè)備連接到非安全的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(如標(biāo)準(zhǔn)Profibus、DeviceNet等總線系統(tǒng))上，系統(tǒng)會(huì)處于非安全控制狀態(tài)。
基于這種狀況，世界上幾家比較大的自動(dòng)化系統(tǒng)公司聯(lián)合了幾家著名的安全傳感器的生產(chǎn)公司，共同合作開(kāi)發(fā)了開(kāi)放性的、相互兼容的安全總線系統(tǒng)，如AS-Interface safety、 Profisafe、 DeviceNet Safety、 Interbus safety及Safety BUS p等。這些安全總線控制系統(tǒng)大大加快了控制系統(tǒng)前進(jìn)的步伐。
圖1 焊裝及總裝車(chē)間自動(dòng)化程度較高，安全傳感器普遍進(jìn)行應(yīng)用
AS-Interface SaW系統(tǒng)
AS-Interface Safety at Work 是基于AS-Interface系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，其可兼容相關(guān)安全產(chǎn)品，將狀態(tài)信號(hào)傳送到智能安全繼電器(安全監(jiān)視器)的網(wǎng)絡(luò)，允許在確定的條件下，緊急停止數(shù)字及邏輯電路動(dòng)作。
AS-Interface安全系統(tǒng)已成為傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)場(chǎng)級(jí)安全裝置以貫徹著安全規(guī)則的本質(zhì)安全單元構(gòu)成。與傳統(tǒng)安全系統(tǒng)進(jìn)行比較(見(jiàn)圖2)，AS-Interface安全系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)。傳統(tǒng)安全系統(tǒng)更多依靠人工，為了故障檢測(cè)和處理，傳感器和執(zhí)行器用并行線連接，復(fù)雜且易出故障。而AS-Interface 安全裝置則更靈活、診斷功能更強(qiáng)、安裝更簡(jiǎn)易。其核心部分為安全監(jiān)視器，集成了傳統(tǒng)安全PLC的功能，可通過(guò)軟件組態(tài)不同安全系統(tǒng)的要求。
圖2 與傳統(tǒng)安全系統(tǒng)相較，AS-Interface節(jié)省電纜連接與安裝成本，系統(tǒng)更加靈活
AS-i安全工作系統(tǒng)(SaW)由安全設(shè)備組網(wǎng)而成(見(jiàn)圖3)，可使用標(biāo)準(zhǔn)AS-i 網(wǎng)絡(luò)。依據(jù)SaW，用戶可快速實(shí)現(xiàn)一個(gè)安全系統(tǒng)，滿足規(guī)范所需要的四類(lèi)安全，保持了AS-i網(wǎng)絡(luò)獲得成功的簡(jiǎn)易性，是用戶采用SaW的主要原因。以下特性使SaW功能獨(dú)特：
在AS-Interface 部件(主站、從站與電源裝置)清單中，包含有安全監(jiān)視器和安全相關(guān)從站，它們都在同一AS-Interface網(wǎng)絡(luò)上工作。主站采用處理其他任何從站相同的方式識(shí)別安全相關(guān)從站，并將其象所有常規(guī)從站一樣集成到網(wǎng)絡(luò)中。SaW利用AS-Interface標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸從安全節(jié)點(diǎn)到安全監(jiān)視器的安全信息(E-stop和開(kāi)關(guān)的狀態(tài))。安全監(jiān)視器和安全節(jié)點(diǎn)是一個(gè)SaW系統(tǒng)的基本組成部分。AS-Interface 網(wǎng)關(guān)/掃描器和電源沒(méi)有改變。它們保證了網(wǎng)絡(luò)的正常通信，決定了部分系統(tǒng)特性。
圖3 SaW可為用戶提供安全系統(tǒng)，保持網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)易性
為了滿足安全要求，安全監(jiān)視器像其他模塊一樣連接到AS-Interface網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)視來(lái)自AS-Interface網(wǎng)絡(luò)上模塊的信息，其可被放置在網(wǎng)絡(luò)中的任意位置。當(dāng)安全監(jiān)視器檢測(cè)到非安全條件時(shí)可關(guān)斷非安全動(dòng)作，判斷系統(tǒng)是否安全，除非安全節(jié)點(diǎn)不斷地傳送表明系統(tǒng)安全的信息。OSSDs保持常開(kāi)(關(guān)斷非安全動(dòng)作)，除非‘?dāng)?shù)據(jù)鏈’中斷或不能正常工作。數(shù)據(jù)鏈包括AS-Interface網(wǎng)關(guān)/掃描器、電源和電纜。安全監(jiān)視器現(xiàn)有兩個(gè)版本：標(biāo)準(zhǔn)版可以用于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，特別是干擾較多的場(chǎng)合，例如，AS-i網(wǎng)絡(luò)旁有遙控設(shè)備、頻率轉(zhuǎn)換器，以及其他噪聲源，安全系統(tǒng)會(huì)在AS-i網(wǎng)絡(luò)上重試六次并保持運(yùn)行;高速版用于光幕或任何靠近安全設(shè)備的非安全區(qū)域。該版本監(jiān)視器在AS-i網(wǎng)絡(luò)上一次重試后就會(huì)關(guān)斷設(shè)備。兩種版本可達(dá)到同樣的安全等級(jí)。當(dāng)安全設(shè)備故障時(shí)，冗余觸點(diǎn)會(huì)立即打開(kāi)。安全監(jiān)視器也可被分配地址，分配地址后，可在PLC或PC上讀取安全網(wǎng)絡(luò)中的診斷信息。
安全節(jié)點(diǎn)也是I/O模塊，專為滿足安全等級(jí)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。一個(gè)安全節(jié)點(diǎn)傳輸4位數(shù)據(jù)，按一定規(guī)則傳送給AS-Interface網(wǎng)關(guān)/掃描器，這樣安全監(jiān)視器可以判斷安全組件的工作狀態(tài)。安全監(jiān)視器替代了傳統(tǒng)安全繼電器功能。一個(gè)Pepperl+Fuchs安全節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)安全輸入，用于滿足安全等級(jí)4 (一個(gè)安全節(jié)點(diǎn)上的兩個(gè)安全輸入是冗余的)，安全等級(jí)與安全輸入有關(guān)(E-stop按鈕及開(kāi)關(guān)等)。一個(gè)安全等級(jí)3的輸入與Pepperl+Fuchs安全節(jié)點(diǎn)的連接最多實(shí)現(xiàn)安全等級(jí)3。每個(gè)AS-Interface網(wǎng)絡(luò)最大支持31個(gè)安全節(jié)點(diǎn)。
只要滿足AS-Interface網(wǎng)絡(luò)基本規(guī)則，SaW就可以被加入到現(xiàn)存的AS-Interface系統(tǒng)。其與標(biāo)準(zhǔn)I/O模塊混用，所有組件按AS-Interface系統(tǒng)連接方式進(jìn)行連接。來(lái)自安全節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)像網(wǎng)絡(luò)上的其他I/O模塊一樣被傳送接收，通過(guò)ASiMON軟件對(duì)監(jiān)視器進(jìn)行組態(tài)。MS操作系統(tǒng)有著簡(jiǎn)單友好的界面，可實(shí)現(xiàn)拖拽功能。使用ASiMON，用戶可快速組態(tài)一個(gè)安全監(jiān)視器，上載已存組態(tài)信息并修改安全系統(tǒng)組態(tài)。另外，ASiMON有著強(qiáng)大的診斷功能。一旦組態(tài)信息被加載，安全監(jiān)視器將不斷監(jiān)視AS-Interface網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)。
SaW的概念可將待直接連接的安全相關(guān)部件，例如急停按鈕、保護(hù)門(mén)開(kāi)關(guān)及安全燈柵集成到AS-Interface網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。根據(jù)EN 50295標(biāo)準(zhǔn)，這些部件完全與標(biāo)準(zhǔn) AS-Interface部件兼容，例如主站、從站、電源裝置與中繼器等。AS-I SaW已運(yùn)行多年，并在多個(gè)公眾的標(biāo)準(zhǔn)中得到認(rèn)證，可滿足IEC 61508的SIL3并兼容EN 954-1.的四類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)SaW也取得了TUV和BIA認(rèn)證，這些標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證的信息可從各相應(yīng)機(jī)構(gòu)獲取，倍加福為構(gòu)建安全AS-Interface網(wǎng)絡(luò)解決方案提供相關(guān)部件。
更多的優(yōu)勢(shì)
AS-Interface總線技術(shù)適用于安全防護(hù)系統(tǒng)是因?yàn)橄嚓P(guān)安全領(lǐng)域的控制都是基于數(shù)字信號(hào)，例如這些信號(hào)可能是：門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、光線是否被遮擋，這些都是開(kāi)關(guān)量的信號(hào)，只需要用1 bit(0或1)就能正確顯示其狀態(tài)。AS總線技術(shù)就是為處理這類(lèi)數(shù)據(jù)的傳輸而開(kāi)發(fā)的，并且也顯示出在這方面的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。在其他需要傳輸大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域，同樣存在相應(yīng)的總線技術(shù)。
如果希望在安全防護(hù)被斷開(kāi)時(shí)機(jī)械設(shè)備仍然可以正常工作，就需要應(yīng)用其他的保護(hù)裝置。這樣的保護(hù)裝置要求在保護(hù)區(qū)內(nèi)的操作人員連續(xù)操作，在這樣的應(yīng)用中總線技術(shù)有更大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殡娍亻T(mén)是確定的。如果使用普通的接線方式，電報(bào)柜內(nèi)的布線將非常復(fù)雜，而用AS總線技術(shù)，就變得很簡(jiǎn)單了，僅使用軟件設(shè)置就可以取代復(fù)雜的接線。
通過(guò)ASi總線連接的安全集成模塊幾乎不必使用其他配線。如果不使用總線系統(tǒng)，需要大量的配線來(lái)連接安全開(kāi)關(guān)的全部信號(hào)。如果這么多的配線隨意布置的話，為了防止斷路或其他可能帶來(lái)的故障，就必需加裝額外的保護(hù)措施。這就導(dǎo)致了裝配成本和裝配周期的提高。而所有這些因配線帶來(lái)的問(wèn)題，都將在使用了集成總線接口的元件后得到解決。
在安全監(jiān)視器中可以靈活的配置組態(tài)各種安全輸入信號(hào)，也就是說(shuō)安全信號(hào)的邏輯關(guān)系不再受限制于物理安裝和接線方式。在同一個(gè)AS-Interface網(wǎng)絡(luò)中最多允許使用31個(gè)安全監(jiān)視器。在安全監(jiān)視器中可以組態(tài)許多高級(jí)功能，如：E-STOP， 停止類(lèi)別0或1， 雙手操作， 門(mén)禁與 重啟動(dòng)條件。
系統(tǒng)的診斷能力可以分析出E-STOP條件的源頭，可自行判斷出故障源和故障類(lèi)型。這種智能診斷方式減少了因系統(tǒng)故障而停機(jī)的時(shí)間。總體來(lái)說(shuō)，AS-Interface具有幾大優(yōu)勢(shì)：
系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)安全系統(tǒng)的硬接線連接方式;
節(jié)省了電纜連接和安裝成本;
不再需要安全PLC;
整個(gè)系統(tǒng)靈活性更高，維護(hù)擴(kuò)展方便;
每個(gè)安全信號(hào)都有診斷;
安全與非安全信號(hào)在同一根電纜上傳輸;
安全信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)靈活的組合;
滿足Category 4 EN 954-1;
有TüV和BIA認(rèn)證;
安全監(jiān)視器可看作是一個(gè)具有編程功能的安全繼電器;
診斷信號(hào)可上傳給PLC。
AS-Interface總線，尤其是Safety at Work，近些年發(fā)展尤為迅速。AS-Interface的不斷發(fā)展確保了用戶日益復(fù)雜的應(yīng)用需求和安全系統(tǒng)的各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)得以滿足。Safety at Work technology 正逐漸被許多公司單獨(dú)作為功能性的安全子系統(tǒng)。
