机器安全网络

十多年前很少有安全网络存在;现有的网络几乎没有什么安全标准，而且大多数网络都是专有的。2014年，各种新的安全网络功能和想法都得到了认证、标准化，并已上市。

今天，有DeviceNet Safety (CIP安全)，Profisafe, AS-Interface Safety at Work (ASi-SaW)， EtherCat FSoE和Powerlink openSafety，只是举几个机器安全网络的名字。如何选择网络?它的许多特性和优点使得选择成为一项艰巨的任务，而不熟悉机器安全，更不用说安全网络了。

让我们快速后退一步，看看安全网络是在哪里以及如何发挥作用的。过去，安全与机器控制是完全分开的。一个独立的安全控制系统使用自己的传感器、控制器和网络通信来执行安全功能。如果发生故障，安全系统的工作是停止机器并发出警报。尽管控制系统完全有能力执行同样的安全功能，但这个想法是为了在主控制系统发生故障时提供一个冗余系统。

拥有第二个控制系统变得既昂贵又尴尬。在大多数情况下，机器控制来自一个供应商，而安全系统来自另一个供应商，这使得工程、集成和售后支持变得复杂。因此，开始努力将安全功能整合到机器控制系统中。

现在可以将安全功能集成到控制系统中，使用安全网络将传感器信息引入控制系统。例如，安全plc可以同时执行控制和安全功能，满足ANSI和IEC的安全要求。

如今，网络上的机器安全是通过冗余或双通道系统来实现的，这些系统可以监控故障并防止故障发生时重新启动。但是，在只有一对电线或单一通信通道的网络中，冗余是如何工作的呢?答案非常简单:IEC 61508和其他标准已经认识到，通信协议中的冗余足以满足与双通道、硬连线系统相同的安全级别。

清单:关于安全网络的问题

要确定哪种安全网络最适合特定环境，请问以下问题。

1.你想要达到什么目标?目标是:

• 只要安全关闭机器就行了?
• 知道为什么机器停止或完成诊断吗?
• 配置新的安全设备?
• 既配置又诊断现场设备?

要回答这些问题，需要有关项目预算、机器对过程的重要性以及可接受的停机时间的信息。

2.同样重要的是，需要什么级别的系统安全?响应时间所需的速度和可靠性是什么?至关重要的是，这些参数应易于确定并在可接受的范围内。

3.工作人员是否接受过足够的培训并对系统有充分的了解?考虑配置和维护系统的复杂性。从我的经验来看，这是最被低估的因素。我见过许多系统一开始没有正确配置，或者在运行后以不利于安全的方式进行更改。

两个关键标准提供了指导。在ISO13849-1和-2中引入的性能水平以及最近采用的ANSI/RIA15.06机器人和机器人系统标准为设计、实现、验证和维护安全网络和其他可编程安全系统提供了要求。

网络安全功能

根据ISO12100，安全功能的技术定义是“机器的功能，其故障可能导致风险的立即增加。”这些功能由系统的安全相关控制部分执行，并降低用户的风险。大多数安全功能都很简单，如紧急停止和保护停止。

但其他安全组件，如光幕、门开关、安全垫和区域扫描仪，或静音、旁路或存在感测装置启动(PSDI)等功能，又如何呢?使用安全控制器可以很容易地实现这些功能，但由于响应时间的原因，有些功能可能很难用安全网络可靠地执行。

例如，在高速包装线上，如果系统要求产品通过光幕或PSDI进入或离开，那么即使是最快的网络系统，产品离开的速度也会构成挑战。

如果在安全网络上执行光幕的静音，光幕可能无法足够快地静音，导致光幕跳闸。通常，罪魁祸首是网络和安全PLC。它们的响应时间可以超过产品在静音传感器前的时间，从而在产品有机会被静音之前触发保护措施。这是一个要求系统做太多事情的例子。

解决方案可能是通过将其输入和输出直接连接到安全PLC或单独的安全继电器，将该特定功能从网络中移出。

更小范围的安全

先进的安全网络可以运行最复杂的机器，尽管这样一个系统的实现、编程、工程和硬件的成本可能超过必要的成本。

新的安全性能级别背后的重点是允许用户在选择硬件时更灵活，从而降低成本和提高效率。

在许多情况下，从安全角度来看，机器并不像人们想象的那么大和复杂，因此可以使用专用的单独安全系统在较小的规模上保护这些系统。

独立的安全系统并不是同时管理机器控制和安全，而是回到过去独立的安全系统和网络设计。由于机器控制系统、安全系统和网络的进步，独立系统的集成比以前简单得多，在许多情况下这是一个可行的选择。

现在有更新、更简单的网络，可用于小规模应用程序。例如，ASi-SaW在较小的范围内提供了简化的安全性，而无需通过安全通道管理大量诊断或配置数据的额外成本或复杂性，从而保持系统的快速和相对易于设置。

另一个例子包括安全网络解决方案(图1)，允许通过节点连接多达32个安全传感器。这种类型的解决方案成本更低，使安全设备网络独立，并提供足够的诊断信息，以最大限度地减少停机时间。这些系统不需要寻址或数据配置，极大地简化了安装，节省了工程成本和安装时间。另一种最近推出的解决方案(图2)允许连接多达32个安全控制器，并在单元或机器之间共享网络紧急保护停止信息。

这些更新的系统保持了最高的安全等级，并使事情变得简单，这对于降低制造成本、增加灵活性和缩短新产品上市时间非常重要。随着安全系统的实施变得更简单，价格也更便宜，未来有望有更多的解决方案和惊喜。

机器安全:回到未来

旧的专用安全网络和安全控制系统笨重、昂贵、笨拙且难以支持。今天，安全网络被纳入控制系统，从而简化了整体系统集成和编程。

但在许多情况下，对于更简单的机器和安全功能来说，安全网络和安全plc是过度的，太慢或太贵。更简单的安全控制器和安全网络的发展使回到未来成为可能——也就是说，使用10年前类似的想法，但以一种更实用、更便宜的方式。

- Ian Brough是Sick公司安全接口的全国产品经理。由CFE Media内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程，mhoske@cfemedia.com．

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关键概念

• 旧的专用安全网络和安全控制系统笨重、昂贵、笨拙且难以支持。
• 今天，安全网络被纳入控制系统，从而简化了整体系统集成和编程。
• 更简单的安全控制器和安全网络可以降低成本，使安装和操作更容易。

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合适尺寸的机器安全网络的应用可以节省时间和人力。

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关于作者:Ian Brough已经在工业控制市场工作了近30年，目前是Sick Inc.安全接口的全国产品经理。

www.sickusa.com

-详见下文相关文章。

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