融合安全性，非安全系统会增加可扩展性，灵活性

将安全系统集成到机器的标准控制平台中，简化了操作，提高了诊断能力，并为工程师和最终用户创造了更安全的工作环境。

由Sree Swarna Gutta 2019年7月2日

由于工程师，原始设备制造商（OEM）和最终用户的益处，先前不同技术的融合仍然是一个重要的话题。用非安全技术整合安全可能看起来不明显，但该主题值得认真考虑。与信息技术（IT）和操作技术（OT）一样，安全和非安全组合到一个系统中，可以提高灵活性和可扩展性，更好地跨系统的数据采集以及更多的定制机会。最重要的是，它为运营商和工厂人员创造了更安全的工作环境，通过在更多地点提供更多安全技术。

输入/输出(I/O)形式的可编程安全装置也集成到主机控制体系结构中，使这种收敛成为可能。这些I/O终端具有集成的安全逻辑，并与基于pc的机器控制器通信，无论它们通过共享背板或以太网电缆连接。EtherCAT工业以太网技术为安全系统的技术融合创造了其他机会，如内置诊断和对多个现场总线的支持。这种方法与以前的体系结构不同，以前的安全系统和非安全系统是分开的。融合技术使机器能够保持安全完整性水平(SIL)标准，同时提供进一步的定制好处。

为了理解这种融合是如何工作的，为什么它是有利的，重要的是考虑三个级别的安全技术和它们在制造车间的作用。

1.基本的安全设备

传统的基本安全方法使安全系统与机器控制平台分开。这些安全装置包括继电器和开关，可在触发时切割电机或模块的电源。虽然它们不需要编程工作，但它们必须直接硬连线到每个模块和每个其他安全装置，以确保当一个设备跳闸时整个机器或线路停止操作。安全继电器的安装和接线是时间和劳动密集型，特别是在较大的机器上。

安全继电器和其他基本设备通常是不可配置的，因为它们没有网络连接。它们不能与可编程逻辑控制器(PLC)通信，也不能提供超出LED灯显示的性能数据或诊断。多年来，这是唯一的工业安全选择，它满足保护操作人员和设备的最低要求。然而，在智能工厂和工业4.0时代，基本的安全要求并没有跟上工业的发展。实施效率低下，因为它需要更大的调试努力，并最终为工人提供低技术保障。

2.独立的安全控制器

独立安全控制器是可扩展的，并提供一些可编程逻辑，但因此，这些系统需要额外的工程努力。这种方法支持网络安全设备的能力，并为故障排除提供更大的诊断，但它不能实现安全系统和非安全系统的融合。

就像基本的安全技术一样，安全控制器与机器控制器在物理上是分开的。虽然安全控制器和PLC都包含逻辑，但它们只支持异步通信，这意味着来自安全系统的关键数据无法进行分析。该安全装置还采用了不同于机器的软件控制逻辑;多个软件包所需的培训和维护也减慢了调试和故障排除的速度。

3.综合安全，可编程I / O.

通过具有可编程安全I / O终端的集成安全系统发生更大的技术融合。安全终端通过它们的固体黄色外部区分外部。在内部，它们拥有冗余电路和微控制器，可最大限度地提高可靠性，满足IEC 61508和DIN EN ISO 13849-1安全标准。这些设备与非安全终端一起安装到标准I / O段中，可以通过像以太卡这样的工业以太网系统进行通信。集成安全可以延伸到I / O终端之外，以实现现场组件中的安全逻辑，例如伺服驱动器和带内置安全扭矩（STO）和安全停止1（SS1）功能的伺服电机。该方法使用与机器控制相同的工程环境，并为分布式安全网络提供灵活性。

可编程I/O模块也可以支持单通道安全。通过安全通信协议所需的固件，这些模块允许工程师，特别是在流程工业中，为不同的应用设置可接受的条件参数，如温度监测，液位传感，速度测试和压力监测。

这些安全终端在外观上有黄色条纹，以在I/O段将单通道模拟技术与标准数字安全终端区分开来。专用的单通道终端也可以用于安全任务的I/O。

在当今越来越多地使用机器人、复杂运动控制设备和自动驾驶汽车的制造环境中，综合安全性至关重要。现代工厂需要简单的安全装置，比如e-stop按钮，以及更复杂的光幕、安全开关垫和双手控制器等。

基于pc的自动化软件与标准的安全功能块允许工程师创建必要的程序，以保护这些工作环境中的工人和设备。在运行过程中，pc机控制器和安全控制器可以相互监控。

由于此汇聚，可提供更高的性能数据和诊断功能。信息可以在人机界面（HMI）上显示，因为安全系统连接到PLC。虽然需要更多的编程是基本安全系统，但集成系统简化了调试。它们还消除了多个编程环境，额外的网络以及将每个设备硬化到所有设备的必要性引起的并发症。对于基于EtherCAT的设备，通过TÜV认证进行通信EtherCAT (FSoE)故障安全协议。

安全数据的安全通信

FSoE的设计初衷是通过“黑色通道”，在核电站现有网络上传输安全数据。网络中的这个安全通道为每两个字节的安全数据增加一个循环冗余检查(CRC)，以确保它们是安全和无错误的。EtherCAT的功能原理使安全和非安全数据的传输不受传输速度和周期时间的限制。EtherCAT专为高速通信设计，实时检查安全设备，并在跳闸时停止操作。内置诊断还可以帮助工程师排除物理问题，如电缆、连接器或I/O终端故障。

FSoE是现场总线中立和工作超过100mbit /s EtherCAT，但它也可以与许多其他工业以太网网络或现场总线集成。如果工厂使用DeviceNet、Profibus、CANopen、EtherNet/IP和Profinet网络，使用FSoE实现集成安全系统需要添加适当的EtherCAT I/ o和网关设备。

FSO通过TÜV认证，并符合IEC 61508和DIN EN ISO 13849-1的所有要求。这些安全名称是否保持不变，无论是通过遗留现场总线，工业以太网或无线网络发生的通信。此外，FSOE和综合安全I / O解锁了定制增加的可能性。

融合技术启用自定义

集成安全性的一个关键好处是能够通过软件定制和测试安全系统的功能。如果客户有一台模块化机器，OEM或集成商可以禁用软件中的某个模块，而不是传统的重新设计和重新编程机器的安全系统。之前的方法包括改变I/O、重新设计组件或创建粗糙的变通方案，如“慢跑”导线，以绕过安全系统的不必要部分。使用基于pc的自动化软件，添加或删除模块或组可以快速做出这些调整。

然而，由于担心在一个平台上将安全和非安全结合起来，一些公司在采用集成安全技术方面进展缓慢。但是，综合安全是可靠的，优于基本安全装置和独立安全控制器。如果安全PLC和机器控制器在同一个环境中，那么他们知道对方在做什么，可以更有效地沟通。

具有更大的灵活性和更快的安装，可以设计机器和工厂，比以往任何时候都具有更多的安全技术。结果，使用可编程I / O模块实现集成安全，是最安全的选择。

Sree Swarna滴,I / O应用专家，Beckhoff自动化．由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程,《媒体,cvavra@cfemedia.com．