安全传感器上升到新的高度

栏: 安全知识 传感器使第一安全继电器减缓危险运动

人的生命是有价值的，这就是为什么综合安全系统保护工人、资产、环境和附近社区免受危险工作环境的影响。虽然教育有所帮助，但智能设计和技术克服了人性的起伏- - - - - -缺乏训练和判断失误- - - - - -这会导致事故。

一种新的工业电梯设计，在如图所示的测试塔中得到了验证，目前正在多个应用中安装。塔电梯系统公司的官员提供了如何将工业传感器和智能设计集成到安全系统中的高级视图。

安全传感器创建了一个禁止进入的区域，通过该区域，安全传感技术检测到入侵，并向附加的逻辑发送信号，停止或大幅减慢任何可能造成伤害的驱动(液压、气动、电动)。此外，安全传感器可以安全地失效，这意味着如果测量或信号传输没有发生，附加的逻辑可以确保安全的结果。

安全传感器还可以包括冗余元件，因此，如果一个元件出现故障，另一个元件会接替，避免停机造成的生产力损失。冗余并不一定意味着系统是安全的，使用安全自动化也不能确保组装系统是安全的。安全自动化，安全完整性等级(SIL4是最安全的)增加了安全性，认证增加了成本;如何将其整合到整体设计中非常重要。参考适用的标准、规范和最佳实践，并使用风险评估将危害降低到可接受的风险水平。(没有什么是没有风险的。)引用的其他文章在这些领域提供了帮助。

敏感性,负担能力

安全传感器或开关产品可以包括自动安全屏障、边缘、电子安全传感器、紧急停止(e-stop)、手掌按钮、安全控制、激光扫描仪、光幕、垫子、光电设备(单束和多束)和双手安全控制等。

欧姆龙科学技术公司工程副总裁John Drinkard表示，安全传感器的发展趋势包括更高的集成度，如将光电二极管和放大器放在同一个芯片上，传感元件的灵敏度更高，发光二极管(led)效率更高，价格更低，可用产品和供应商的选择范围更广，以及对功能安全和可靠性设计的更多关注。

“工厂可以代表极端的环境。“安全产品与非安全产品的主要区别在于，如果安全产品中的某个组件发生故障，或者有人试图不恰当地绕过安全功能，产品的设计可以检测到这些情况，并在输出关闭的情况下安全响应，”Drinkard说。此外，安全装置的设计也发生了变化，以更好地适应特定的应用，比如具有新的静音或消光功能的光幕，他说;配置也变得更容易，通过dip开关或PC。Drinkard补充道:“我们经常在开发新的安全传感技术的同时，对现有产品进行渐进式改进。

三维安全区

虽然这些现有的安全传感器技术遵循更快、更低功耗、更容易使用、更经济的技术趋势，但发明仍在继续。另一家大型安全自动化公司的技术开发人员表示(没有透露竞争对手的名字)，安全区域机器视觉技术是下一个主要的安全增长领域，他期待其他主要的引入，使用互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器技术。

去年6月，Pilz Automation Safety LP推出了全球首款用于控制和监控的3D安全摄像系统SafetyEye。这种基于视觉的三维安全系统具有感知、监控和控制潜在危险工作过程的潜力，比多个二维传感器网络(如光幕和其他防护)更简单。Pilz表示，SafetyEye 3D系统具有易于配置(在PC上)的检测区域，以及快速诊断以快速排除故障，并且没有障碍，从而提供了更高的安全性。

“随着安全传感器技术的不断成熟，”Sick safety Systems Division汽车市场经理Israel Alguindigue表示，“设备已经增强了强大的自我诊断功能，可以提供有关设备健康和状态的信息，在许多情况下，还可以提供有关机器的信息。这些信息可以被机器用户和制造商用来设计强大的维护方案，远远超过被动维护，旨在最大限度地提高机器的可用性。”

例如，Alguindigue说，基于视觉技术的新型压力机制动器安全装置可以从机器中收集有价值的性能数据，例如最大速度和减速，这些数据可用于评估压力机制动器的健康状况。“这些信息的历史记录很容易从安全装置中获得。由于确保操作人员安全所需的精度，以及与机器的紧密接口，安全传感器通常可以提供其他有用的数据，如位置、角度和位置。”

垂直应用程序有助于提供安全传感器如何帮助提高设备安全性的背景。塔电梯系统公司(TESI)将ASME A17.1货运和人员电梯安全规范应用于其工业电梯。这是唯一已知的工业电梯系统使用安全PLC与TUV SIL 4类认证。这些齿条和小齿轮工业升降机的目标工业，广播塔，磨坊，矿山，电厂烟囱，石油钻井平台，炼油厂，船舶和其他应用。它们结合了TESI智能卷筒技术，冗余安全系统和基于西门子的硬连线控制系统运行Profisafe网络。

5维安全

“为了安全，工程师们试图坚持三原则。TESI控制系统经理马克·伯内特(Mark Burnett)表示:“我们的系统有多达五个冗余级别，以确保乘客的安全，并在电梯移动时停止电梯。”“这提供了更高层次的保证。这是对公司最重要资产——员工的投资。”

伯内特说，最新的塔式电梯控制系统提供自我监控，并在发生故障时自动关闭。控制器带有变频驱动(VFD)和编码器，如果实际报告的速度不在预期公差范围内，如果VFD检测到问题，或者如果电机或制动器电源中断，则检查汽车的速度上升或下降，并停止系统。

机械应用的安全刹车提供了额外的安全层。伯内特说，系统健康监控系统每次关闭时都会检查系统，而其他系统每年或每五年才检查一次，这取决于当地的要求。

Tower Elevator总裁兼首席运营官Todd Grovatt表示，用于速度和定位的传感器包括增量正交编码器、非接触式接近传感器和最后超行程站的接触式限位开关。齿条和小齿轮与传动轴的积极机械连接可防止打滑。

非接触式接近传感器重置主位置进行校准，并在每次系统返回到较低的着陆停止点时将计数重置为零。另一个测量参数是电机上的放大器绘制，以判断系统是否在机架上拖动太多。

安全传感技术取样 虽然”如果没有适当的培训，智能安全技术可以感知并避免有害的相互作用。1 & 6。射频识别(RFID)编码的非接触式安全开关和舌控保护锁定开关将保护门联锁，并在打开时关闭任何危险过程。2.驱动器中的反馈装置可以根据光电或其他故障安全传感器的输入验证预期位置和实际位置。3.安全网络有助于确保安全关键操作数据和状态诊断的通信。绳索(电缆)操作的紧急停止装置和紧急按钮放置在危险周围可接近的间隔，一旦启动，就可以关闭危险情况。4.具有安全和自动化控制的集成plc允许机器制造商，最终用户和集成商更有效，更轻松地编程，调试，维护和排除故障。 In smaller applications not requiring a fully integrated system, smaller programmable safety controllers also can be used. 5. Area laser scanner sets a field across the floor to ensure no personnel or obstacles get within robot’s range of motion. Two areas can be programmed. The first is a warning field to notify operators that a person or object is in the vicinity of a hazard. The second is a protection field that once entered the potential hazard is stopped. 7. Light curtains here (and on the work cell near number 1) stop the robots if their sensing beams are broken. Pressure sensitive safety floor mats (not shown) also may be installed. Drawing courtesy of Rockwell Automation.

冗余、集成

其他系统使用一组机械限位开关和凸轮来减速，另一组用于停车，其他系统用于锁门和开锁。TC1K通过先进的控制系统逻辑和电子设备控制这些功能和其他功能。Grovatt说，安全PLC处理所有关键功能，例如带有两个安全接触器的独立制动。第一个使用重新设计的安全控制器的系统于3月底在一个80英尺的测试塔上进行了测试(封面图)，并将在6月底之前安装。

西门子能源与自动化公司业务发展和行业标准经理J. B. Titus说，过去四五年在许多工业环境中使用的综合安全系统，正在扩展到其他应用领域，比如工业强度电梯。结果包括增加了正常运行时间、安全性、节省了安装、布线和诊断成本，以及更好的操作。

注意到安全自动化的价值和增长，罗克韦尔自动化收购了Cedes的安全与自动化业务，据称该业务是欧洲领先的安全光幕和光电子传感器供应商。随后，ARC咨询集团称罗克韦尔自动化是机器和过程安全技术的领导者。

罗克韦尔自动化安全营销开发经理Dan Hornbeck指出，安全组件为整个安全系统提供信息，而最近产品的进步有助于实现这一目标。

罗克韦尔自动化安全部件营销经理Richard Galera说:“如果出现故障，系统需要确保机器停止运行，并且不会伤害人员或损坏机器。”为了提高可靠性，安全传感器内部有冗余，例如双组直接开触点或双处理器。许多老旧的机器设计后来都把安全问题作为事后的考虑;这样的附加条款可能会遭到阻挠。Galera说，现在从设计的第一天起，安全性就集成了机械和电子，从而提高了安全性并优化了生产率。“如果你必须不停地开门，那就使用光幕，”霍恩贝克补充道。

SmartSignal的应用工程副总裁David Bell说，分析机器传感器的输出可以帮助确保效率和安全性。检查经过验证的传感器的振动模式可以确保机器(例如转速为3600转的数百吨旋转汽轮机或机械制浆机械)保持安全。贝尔表示，当机械或电子系统开始出现故障时，经过验证的传感器会发出信号。在为机器运行方式建立一个基线签名时，SmartSignal软件发现3%到8%的连接传感器是坏的，这并不罕见。

倍加福(Pepperl+Fuchs)智能系统集团经理Helge Hornis表示，传感器数据和安全网络相结合，可以比硬连接应用程序更容易地创建安全区。这样做可以提高生产力。“例如，”Hornis说，“钣金压机可能有几个位置可以引入材料。”霍尼斯说，如果压力机的设计允许在一个进料中断时压力机部分安全运行，“当工人将新材料放入压力机并调整其进料时，就有可能保持该过程继续进行。”

易用性、生产率、更安全的设计……随着机器安全传感器的不断进步，它似乎无处不在。

在线额外

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安全运动选择:电机驱动器可以将安全编程到系统功能中。

Reach for Machine Safety(包括标准)

机器改造和安全

如何评估风险(包括SIL解释)

激光扫描仪、区域防护是增长最快的领域

www.cesuppliersearch.com控制工程买方指南(搜索安全)

www.globalelove.com/integrators(在工程专业下寻找安全)

更好的产品设计被吹捧为安全应用
旗帜工程(链接有标示图和规格表)是合页安全联锁开关。

博世力士乐表示，安全运动技术可以在驱动中选择。在此过程中，驱动器可以执行安全的静止和操作停止、安全的减速或增加、安全的运动方向、安全的受限绝对位置和安全的制动管理。

卡洛·加瓦齐的新系列安全开关据说是理想的所有类型的应用，工作场所的安全是理想的。需要这种类型产品的典型市场包括:包装，塑料，物料搬运，输送机，采矿，电梯和自动门，以及其他行业，以及使用电气外壳的大多数应用。

Elobau表示，对于机器保护监测，非接触式传感器可以有效地使用，它们满足高保护标准，无磨损，特别容易安装。所有包含控制单元和传感器或锁定螺栓系统的系统都是根据EN 954-1批准的，并且符合安全类别1-4。对于多用途要求，传感器可以以不同的设计形式交付，也可以通过ATEX认证。

霍尼韦尔FF-SD系列安全敏感边缘是压力敏感保护装置，设计符合EN 1760第2部分欧洲标准的要求，用于保护暴露于危险活动部件的操作人员。当安全边缘被激活时，控制单元断开其安全输出继电器，停止危险。霍尼韦尔表示，该系统符合EN 954-1欧洲标准的第4类，因此可用于关闭门，压力机，叶片或类似危险的高风险应用。

用于安全相关定位测量系统的Heidenhain编码器接口，endat2.2根据(安全综合级别)IEC 61508，根据(性能级别)ISO 13849和根据(类别3)EN 954-1标准进行认证。它有

ifm效应器解释说，电感式传感器也可以设计为安全故障，用于安全应用。

消除死区(光束不能提供保护的区域)的光幕可以节省资金，使系统设计更容易，Keyence建议。

艾伦-布拉德利SensaGuard非接触安全开关是符合EN954-1, TÜV功能安全通过IEC61508的4类/SIL 3额定开关。罗克韦尔自动化公司表示，SensaGuard采用最新一代射频识别(RFID)技术进行编码，采用感应技术进行传感，具有较大的传感范围和对错位的容忍度，适用于广泛的工业安全应用，具有成本效益。开关可以连接到标准的安全继电器，例如MSR126, MSR127, MSR200/300系列，SmartGuard和安全I/O块。有多种执行器尺寸用于大的传感距离。特点:用于大传感距离的多种执行器尺寸通常为(15- 25mm) IP69K环保等级;短路、过压保护;LED位于开关上，用于门状态和故障排除;2个安全PNP输出和1个辅助PNP输出。罗克韦尔自动化提供在线安全目录。

安全转播，详细报道

来自罗克韦尔自动化的MSR57(以上更多)通过编码器监控运动速度。它要么监控编码器数据已经传输从编码器到驱动器或一个新的编码器可以安装并连接到MSR57独立的驱动器。

MSR57的其他好处包括:

• 通用性:兼容所有PowerFlex, Kinetix和竞争性驱动器

• 编码器输入:支持所有编码器类型(Sin/Cos和TTL)，除了解析器

• 诊断和led:有助于识别问题并减少机器停机时间

• TÜV认证:用于安全应用，高达SIL CL3和类别4

• 更快的安装:Din导轨安装和可移动的端子座

• https://www.ab.com/safety/logic/relays/msr100/msr57.html

更多有关电梯安全的资料

根据塔电梯系统公司(TESI)的说法，有五种方法可以提高工业电梯的安全性:

1. 积极齿条和小齿轮机械连接，设计和维护符合A17.1电梯规范对驱动和安全小齿轮的8:1安全系数的要求。

2. 双驱动和安全系统的所有轨道驾驶室模型提供冗余，安全和效率。

3. 基于西门子S7-300FS安全PLC和ProfiSafe网络的UL分级电梯控制系统。

4. 技术上先进的速度和位置控制通过精密正交编码器，西门子S7-300FS安全PLC和SEW MoviDrive变频器与故障安全技术。编码器将卷轴的每一圈分成4,096个位置，代表22.133英寸。每革命。垂直精度小于30万分之一英寸。系统运行状况监控可以感知是否存在问题以及设置是否在移动，而不是像以前或其他系统那样只表示是否存在故障。

5. 独立的双齿条和小齿轮安全系统符合规范，由安全PLC主动监控运行状态和激活。系统易于从地面站人机界面进行远程测试。

塔电梯总裁兼首席运营官Todd Grovatt表示，Profisafe网络节省了现场布线。在人机界面和地面站提供的信息包括系统条件、速度、位置和关键要素的诊断信息。

TESI控制系统经理Mark Burnett说:“我们计划远程维护功能，在适当的许可下，我们可以拨入系统，并能够查看实际发生的情况。如果一辆车停在烟囱500英尺高的地方，客户希望得到支持，然后继续工作。大多数系统不提供即时支持。可以远程访问日志，并分析数据，以查看事情何时开始变坏。根据情况需要，我们可以应要求提供。维护合同将包括持续的支持。”

Grovatt解释说，利用传感器输出，人机界面提供了竖井和升降道的图形表示，汽车在哪里，要去哪里，着陆站的位置，驾驶状态信息，紧急信息，警报信息(如果有的话)。车上有一部电话，还有一个多余的地面站人机界面，显示系统健康状况的完整状态信息。双接口点提供了冗余，使技术人员能够从地面安全地访问功能强大的系统诊断、状态和测试信息。另一个机械系统，独特的TESI齿条和齿轮设计，是一个液压救援降低系统。故障安全系统采用弹簧制动器，可以手动释放，允许液压调速器在受控减速下降低汽车速度。此外，如果由于任何原因机器的速度超过预设限制，安全超速系统始终处于活动状态，提供冗余保护。”

Burnett表示，该系统可以显示每个电子停止、门、门锁和所有系统组件，减少了维护时间，因为组件可以显示故障时间。在传统的系统中，降低功能依赖于操作员使用deadman杠杆“骑刹车”，并指示每10米停止一次，以避免汽车超速和损坏刹车。TESI救援降低系统消除了这种潜在的危险。

格罗瓦特说，根据电梯规范，超速安全系统每五年测试一次。TESI设计允许简单的远程全功能测试和报告，更多的冗余，以及寻找异常的自检，提供更高级别的保证。一个技术人员使用地面站接口，可以很容易地测试系统，没有任何人在车上。改进后的安全控制系统并没有贵多少。虽然代码不需要这些级别的保护，但Titus指出，OSHA通常对更高级别的保护表示欢迎……Burnett补充说，这通常会在以后成为代码。我们选择这种级别的保护，因为这是正确的做法，国际市场青睐它，而且它代表了高质量的工程，以及对客户的重大关怀。

涉及的西门子能源与自动化产品包括西门子Simatic S7-300安全PLC控制系统，具有集成的安全I/O。西门子表示，其安全plc在连续运行1小时内公布的总误差概率小于0.00000001129 (11.29 E-09)。西门子表示，控制器可以自我监控，自动检测故障，并在故障发生时立即切换到或保持在安全模式。

更多关于安全的评论、讨论和建议

您希望确保当所有故障发生时，系统始终处于安全状态，”罗克韦尔自动化安全组件营销经理Richard Galera解释道。传感技术的进步增加了灵活性，减少了振动带来的麻烦，例如使用20毫米范围的射频识别(RFID)取代了传统的2-3毫米范围的门锁。

罗克韦尔自动化安全营销开发经理Dan Hornbeck表示，安全设计和安全系统支持机器安全和生产力，创造了一种更全面、更支持性的方法，改变了将安全视为障碍的看法。Hornbeck说，安全传感器可以检测故障，并在需要时停止机器;应考虑效率，因为有更多种类的传感装置可用于安全应用。改进的诊断定位故障位置，以更快地重新启动机器。霍恩贝克说，新的安全产品可以结合安全速度和方向的概念，允许机器在减速运行时安全控制。基于风险评估，这些产品与教育相结合，可以对某些程序以安全，维护的速度操作机器，而不是完全停止。

Sick安全系统部门的汽车市场经理Israel Alguindigue说，简洁是另一个重要的设计原则。新的安全装置正在设计中，以确保调试、配置和故障排除的简单性。如今，工厂的资源比过去更加有限，使用简单的安全设备减少了实施机器安全所需的时间。

Alguindigue说，为了确保安全传感器的正常运行，在控制可靠性和冗余度方面总是存在明显的差异。“过去，实施安全措施被认为是繁琐和低效的。在许多情况下，机器操作员会想方设法绕过安全措施来达到生产指标。为了在不影响生产的情况下确保完全安全，安全传感器制造商必须设计非侵入式传感器，这些传感器不会干扰操作人员的工作，并且灵活，使操作人员能够完成复杂的任务。新的安全传感器正变得越来越针对特定的机器，因此它们可以适应每台机器和文字处理的复杂性。”

Alguindigue说，集成系统可以提供诊断信息，用于实施合理的维护实践，更重要的是，提供前瞻性和预测性的维护计划。他解释说:“我们的想法是保持工厂车间的正常运行，从而最大限度地延长正常运行时间。随着安全网络的出现，有关安全设备的健康和状态的信息可以实时提供给设施中的任何人，更不用说通常可以由安全传感器收集的有关机器的性能信息了。

此外，Alguindigue补充说，虽然安全传感器的主要目的是保护机器的操作员，但也可以提供其他信息。例如，复杂的装置，如压力机制动视觉安全装置，可用于验证弯曲工具的形状和尺寸，材料的厚度和弯曲角度。相机也可以很容易地检测到波浪状或不规则的材料，因为它看起来横跨金属片。另一个例子是AGV上的安全激光扫描仪，扫描仪用于确保人员的安全，并用于AGV和其他工厂车辆的导航。另一个领域是机器性能，安全传感器可以提供大量关于机器健康的信息。”

倍加福智能系统集团经理Helge Hornis表示，在传统的硬连线解决方案中，状态指示是通过连接到PLC输入的非安全辅助触点完成的。同样，指示器(在e-stop和门联锁上非常常见)是由PLC的输出驱动的，对于在机器操作期间用于机械锁定通道门的螺线管联锁也是如此。

当使用安全网络时，这些额外的非安全操作也可以通过网络进行，这进一步减少了安装人员必须在安全设备上终止的引线数量。例如，在as接口安全工作的情况下，具有照明的4类IP20面板安装电子停止开关只有2个端子，或者单个M12快速断开，不需要着陆任何电线，而传统硬接线电子停止开关有8根引线(4根用于安全功能，2根用于辅助触点，2根用于照明)。类似的更改适用于连接到as接口安全工作的其他设备。

www.as-interface.com

Hornis继续说，设计用于在“安全状态”下失效的安全传感器也被冗余构建，并允许或执行脉冲测试。此外，用于安全系统应用的传感器必须经过安全认证;这是一个昂贵且耗时的过程。

Hornis说，设计合理的安全系统将提高工厂的性能，因为:

• 除了事故的人类悲剧，任何事故都是一个耗时和昂贵的事件。

• 适当设计的安全系统保护工人和管理机器访问。

• 进入压力机、切割机或任何其他可能有害的系统的门，可以由安全门开关保护。

• 一旦门被打开，一个安全系统会主动停止不安全的动作。虽然这是安全的，但并不一定是理想的。在许多情况下，电磁驱动的安全门联锁可以防止工人首先打开门，这可以减少，如果不能消除，无意的过程中断。

• 当一个人需要访问工作单元时，通常通过按按钮来“请求访问”。PLC使用该输入信号使机器在允许通过释放螺线管进入之前达到受控停止状态。

• 除了上面提到的，Hornis说安全网络在几个方面改善了应用:

• 诊断——典型的网络安全设备不仅传输数据，告诉安全控制器保持一切运行(或关闭一切);它们还允许用户解决焊接触点甚至断线连接等问题。例如，在as接口安全工作的情况下，只需要PLC梯的一个梯级就可以检测到电子停止或磁门开关的安全触点是否焊接，Hornis继续说道。一个更大的问题是检测安全输入设备的间歇性连续性损失。在过去(当使用硬连线安全系统时)什么也做不了。一旦断断续续的连接自行解决，机器就可以重新启动。解决这个问题的唯一办法- - - - - -缺乏测试和验证每个电线连接和终止点-是等待间歇性连接的“固体故障”。现在可以用欧姆计了。在工作安全中，发现这种类型的问题是微不足道的，因为能力是内置到系统本身的。

• 分区- - - - - -对应用程序进行分区是提高生产力的好方法。不幸的是，当使用硬连线安全解决方案时，这是非常困难的，但当使用灵活的安全网络时，这很容易。有了分区，工程师可以以这样一种方式应用安全性，即只有系统的相关部分才能转换到安全状态。

作者信息

马克·t·霍斯克是总编辑。打电话给他。MHoske@cfemedia.com。

安全知识

A 2008年3月控制工程安全文章重点介绍了安全控制器的两个应用，展示了安全系统的集成:一个着火的过山车和一个饮料罐的安装。这篇5月的文章将测量机器安全系统中的传感器，而8月的文章将研究如何集成执行器。4月份的网络广播提供了5个过程安全提示，6月份您将在网上找到过程安全白皮书的链接。2007年，安全文章的主题包括网络安全和安全运动等。有关这些资源的链接以及此处提到的更多内容，请访问

传感器使第一安全继电器减缓危险运动

罗克韦尔自动化公司的新型艾伦-布拉德利MSR (Minotaur安全继电器)57速度监控安全继电器据说是同类产品中第一个允许人员在运动时进入危险区域的设计。今年晚些时候上市的MSR57与输入设备(电子停止、光幕、开关和联锁开关)一起工作，以停止运动，在验证后将机器置于安全速度，并在安全速度条件下监控危险区域的人员。

MSR57通过用于编程标准驱动器(驱动器资源管理器或HIM设备)的相同工具进行配置和监控。在配置过程中，用户可以根据具体的应用要求设置各种参数，包括输入设备类型、门锁和监控、使能开关和维护(安全速度)模式。例如，MSR57可以通过在检测到零速度时自动解锁门来帮助提高生产率。它支持各种驱动应用，可以适应当前安装的标准驱动器，或使用“安全关闭”功能的艾伦-布拉德利驱动器。(在线:查看图片和链接获取更多信息。)

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