安全控制系统:基本考虑因素，成本

安全控制系统有四种典型的架构，每一种都有优点和缺点，以及不同的成本(每单元)。参见表格、照片。

通过伊恩·布雷迪 2012年5月21日

根据最新的HSE据《健康与安全执行局》报道，每年每10万名工人中就有1人死于工作场所事故。另一个严重的数字是，每125名工人中就有1人会受重伤，无法工作一周或更长时间。仅英国制造业就有近300万人就业，不可靠的安全系统的影响是显而易见的。

工业自动化和生产率的提高意味着许多机器比以往任何时候都更大更快。随后，与任何自动化制造过程相关的健康和安全风险也有所上升。

随着EN954-1迁移到最新的SIL和Pl标准:ENISO13849和IEC/EN62061，欧洲法律促进了安全系统的完整性和可靠性的提高。

对于机器制造商和所有者来说，理想的安全系统架构必须符合最低的行业标准，同时允许安全的机器操作，不影响操作人员的高效生产。这些系统应该进行生命周期成本分析和效益成本比分析。

最近，许多部件制造商已经开发出专门用于安全集成系统的产品。

提供安全控制设备的自动化制造商包括:

Pilz安全
西门子
GuardMaster (Rockwell Automation的一部分)
生病的
德国施迈赛

就其本质而言，机器安全系统是大多数控制应用的一个被理解的元素，是为满足机器安全运行要求而量身定制的。因此，工程师需要在他们选择的产品套件中具有灵活性，以满足单个机器的不同需求。

在安全系统中选择安全组件与任何设计工程练习一样严格。显然，它们必须适合用途，满足应用程序的技术(或安全完整性)需求，并且具有成本竞争力。(安全可能是成本优先度较低的领域之一)。技术和产品支持，一如既往地混合在一起。

这是最基本的安全系统配置，每个单元的成本在100英镑[~$158]到300英镑[~$475]之间

选择1:安全继电器

所有紧急停止按钮串联布线(具有双通道冗余)。
双接触器也用于冗余。
复位电路在允许复位发生之前监视接触器。

安全继电器:优点，缺点

安全继电器的优点	安全继电器的缺点
与其他替代品相比便宜	在大型系统上，布线可能很复杂。
简单的	系统停机时，调试和故障查找困难。
无需软件编程	如果以后需要进行更改，则需要完全重新布线。

选项2:可配置安全继电器

如果安装在小型系统上，使用可配置安全继电器的安全控制系统略贵。每个单位的典型价格在300英镑[~ 475美元]到1000英镑[~ 1582美元]之间

组件是单独连接的，这使得测试更容易。
同样，双接触器用于冗余。
在这种情况下，重置点在软件中是可配置的。

可配置安全继电器:优点，缺点

可配置安全继电器的优点	可配置安全继电器的缺点
可配置的,灵活的	如果用于小型系统，成本会更高
容易找茬	需要一台电脑和软件来编程
在大型系统上更便宜，因为节省了测试时间。	- - - - - -
更容易改变	- - - - - -

方案3:冗余PLC布置

在关键应用中使用的可编程逻辑(PLC)控制器的典型安排是配置冗余对，通常具有“热插拔”功能。冗余控制器用于在主控制器发生故障时支持安全有序的关机。

使用标准PLC安排多个控制器并满足安全/关键应用的需求，涉及来自每个PLC的交叉耦合额外的专用I/O，以监控它们的单独状态，并在机组故障时启动“热插拔”程序。简而言之，这通常被证明是一个复杂且耗时的设计和实现安排。

因此，以标准控制器为核心设计安全系统需要延长工程时间、硬件和构建时间来实现应用程序的安全部分。

罗克韦尔、西门子和其他主要的PLC制造商提供专门为这些关键应用设计的设备，虽然硬件成本较高，但降低了设计、硬件和构建活动的成本，并为应用工程师提供了经过认证的解决方案。

两个并行PLC系统的起价约为10,000英镑(约合15,822美元)，这还不考虑软件工程和调试等其他重大成本。

选择4:安全plc

除常规PLC代码外，还编写了用于安全应用的特定代码。
安全I/O模块可以集中或远程。
目前，安全PLC技术更容易获得，也更便宜(每台2000英镑[~ 3,164美元]*起)

安全plc:优点，缺点

安全plc的优点	安全plc的缺点
非常灵活的	更难编程
大型机器的完美解决方案	需要昂贵的软件
便于后期扩展	需要了解PLC代码，需要训练有素的工程师

*价格只包括硬件;不考虑工程时间。

例:安全控制系统项目3个

安全控制系统项目细节显示了如何通过层压线冗余、机器改造和安全控制系统升级来实现上述选项。

-层压线冗余:最近Optima为API在英国Poynton的层压线设计并安装了安全控制系统。Optima用双回路系统取代了单通道紧急停止按钮和防护装置。机器上安装了六个新的可锁保护开关。

安全的“运动检测系统”包括使用星轮板和安装在两个直流电机驱动滚轮上的旋转检测接近开关。冗余安全系统的设计是为了确保如果一个接触器未能打开和移除主电源，备份接触器将确保电源被移除。

设计机器安全系统需要考虑机器的可操作性。使用可编程安全PLC (Pilz)为机器操作人员提供了灵活的进入机器的某些部分，进行螺纹up等，而不损害机器安全电路的完整性。

API的工程经理Tony Robinson指出，Optima完成了“高质量、按时、预算内的工作”。API以前使用过Optima，并希望再次使用它们。

机器改造:在英国Grimsby Dunlop Oil & Marine的另一个同样安全关键的应用中，Optima工程师对其主要生产机器之一进行了翻新，以提高其控制和可靠性，并满足EN13849更严格的安全标准。

该项目要求Optima的工程师与Dunlop的同行密切合作，设计一个复杂但灵活的安全系统，该系统还可以在各种操作条件下监测运动速率。为了成功满足这些需求，Optima选择了Pilz PNOZ多编程安全继电器，以增强机器的安全性并延长其使用寿命。它还使用西门子的Simotion D驱动器来精确地锁定机器的马车驱动器，将材料应用于主驱动器。Optima董事总经理Michael Hill解释说:“通过使用最新的西门子和Pilz技术，我们成功地提高了邓禄普机器的安全性、安全性和寿命，从而消除了一个主要的风险因素。”

-安全控制系统升级:Optima升级安全控制系统的另一个业务是苏格兰的造纸、涂料和转换公司Tullis Russell。在这个安全项目中，Optima集成了西门子PLC和HMI、Parker Hannifan SSD驱动器、ABB张力控制、Pilz安全设备和Sick光学设备，随后提高了机器的生产率。紧急停止系统的设计适用于SIL2的风险级别。Pilz PNOZ多可编程安全继电器系统也用于该应用。Optima公司的希尔说:“在考虑升级控制系统时，安全改进是不可避免的，这是保持机器运行的基本组成部分。”

Ian Brady是Blackburn Optima Control Solutions Ltd.的高级工程师，TÜV功能安全认证工程师(CFSE)。由CFE Media内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程，设备工程,Consulting-Specifying工程师。联系霍斯克的电话是mhoske@cfemedia.com。

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作者简介:Ian Brady是英国Blackburn Optima Control Solutions Ltd.的高级工程师。作为TÜV功能安全认证工程师，他为Optima监督许多安全控制系统项目。

Optima Control Solutions设计、制造和调试驱动控制系统，包括与安全相关的控制系统。该公司自1995年成立以来一直稳步增长，为英国和海外的客户提供服务，包括欧洲、中国和南非的客户。服务的行业包括造纸、塑料和金属。

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