-
-
-
xiao_xiao1 | 当前状态：离线
总积分：9568 2024年可用积分：0
注册时间： 2008-03-21
最后登录时间： 2012-03-20
-
-
集成机器安全的时代已经来临
xiao_xiao1 发表于 2009/8/12 12:43:25 515 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
手机阅读
摘要：除非机器采用仅一或两个安全继电器，利用单一PLC的网络安全系统会比传统硬接线方式发挥更大的好处。通过和一个有经验的自动化和安全顾问合作能实现改进的机器安全、降低上市时间和降低生命周期成本。
在二十世纪七十年代，机器制造商开始改变机器的接线方式，用自动程序装置（现在叫PLC）取代继电器。然而，除了PLC，还有调节器在机器安全上起作用。最终用户很少注意到安全。机器制造商致力于解决安全是事后的想法。
然而，现在，机器制造商和最终用户正在享受由国际安全标准签署的新机器保护技术的好处。从最
先进的制造运行到最简单的基于继电器的系统，机器制造商和最终用户现在有经济的、有效的选择来加强机器安全。
最新的选择包括集成的、网络的安全系统，该系统利用可靠的安全PLC技术。通过IEC指导方针设计和制造，通过国家认可的测试实验室（例如，TUV和UL）进行测试，西门子SIMATIC安全PLC、总线、I/O以及其他组件，正在取代传统的机器硬接线。例如，把钢管里的电缆连接到操作员的手腕处，从而保证在机器夹紧点手的安全,这种措施不再是必须的，现在安全是自动的。
集成的、自动化的机器安全的最重要的好处是增强的操作员保护。通过一项研究，机器相关的伤亡在工作场所是最常见的。根据国立职业安全与健康研究所(NIOSH)的调查，机器相关的事故的致命率仅次于机动车辆相关的事故，已记录它比杀人、阵亡、电死的致命率更高。
除了保护机器的操作者，机器制造商和最终用户正在意识到加强机器安全的其他好处，包括：
·低的控制成本；
·加速上市；
·降低机器停机时间；
·减少起诉。
通过理解国际安全标准和规则最近的变更，开始安全与机器设计一体化。然后，应用合适的安全选项满足这些要求是简单的事情。最终，当考虑这些选项后，在做决定的过程中，不忽视计算总的生命周期成本是非常重要的。
安全标准驱动变更
机器安全的最近发展是国家防火协会(NFPA)的标准的变更。在2002年秋季，出版了NFPA79标准，它为故障安全、或与安全相关的、PLC以及用于功能安全应用的安全相关的总线提供应用指导。它为所有机器完成的风险分析建立了要求，描述紧急停止作为安全设计的一部分。因此，所有安全相关的设备能安装在安全相关的总线上。
代码文本变更如下：
初始的NFPA79 1997——0类停止用于紧急停止的场合，它仅有硬接线机电组件。另外，它的运行不依赖电子逻辑（硬件或软件）。新NFPA79 2002——措辞允许PLC在安全相关的功能中使用：11.3.4 在安全相关的功能中使用。用于安全相关的功能的软件和基于固件的控制器应为这样的应用列表。
NFPA 79 2002的附件，A.11.3.4 IEC 61508——为应用在完成安全相关功能的控制系统的软件和基于固件的控制器的设计提供要求。这些变更允许制造商用内嵌安全功能的PLC安全电路取代硬接线继电器开发强大的新解决方案。
在2004年，批准了ANSI B11 TR4-2004标准。它为额定安全硬件和基于软件的设备在功能安全应用提供指导。这些和其他的标准参考IEC 61508、62061、60204-1 和 EN 954-1，许多标准要求形式化的风险分析，从而建立降低风险的方法。
风险分析参考形式化要求的标准，但是不是绝对的标准。它曾经假设人们会按照应有的勤奋和工程原则提供安全场地，就象OSHA要求的那样。
现在一个形式化的过程必须遵守评价贯穿所有方式和特定机器的运行的潜在的风险。这个过程确定使操作员、维护人员、甚至在机器旁边走的人受伤的所有的风险水平。进行风险评估的人必须被培训，他们必须理解机器运行和生产是怎样受应用编码和标准影响的。
在风险评估中，考虑的最重要的四个因素是：
·能预测受伤的严重性；
·发生的几率；
·暴露于危险的频率；
·要求满足可应用标准的一系列行动（显示恰当的行动从而确保人员安全）。
通过评估机器以及周围环境的安全，风险评估使制造商知道满足应用编码需要什么。它也极大降低机器操作员的风险。如果发生一次受伤事件，OSHA会询问制造商为工作区安全做了什么。风险评估显示制造商逐步理解并纠正任何相关的违反标准。
不要局限于工厂之内，要放眼全球，熟悉风险评估规则的OEM和机器制造商正在扩大国际销售。所有运到欧洲的机器要求提供完全的风险评估文件。
图1.风险评估回顾机器的机械和电气组件
安全解决方案选项
合适的安全策略能为制造机器的工人以及制造商提供有竞争力的优势。近来在上述提到的安全标准的变更已为新的解决方案打开方便之门。选择合适的安全选项能带来更快的上市时间、更高的产量、更低的安全系统所有者的总成本、改进总的设备效果（OEE）和改进资产回报率。
以下有考虑的四个安全选项：
专用安全继电器——数十年安全电路的支柱，专用安全继电器直到今天仍在使用。然而，当专用安全继电器能帮助满足机器安全标准时，总成本也许超过利润。这些安全继电器极大限制监视机器和解决机器故障的能力。例如，一个简单的机器集成了20个紧急停止按钮——任何一个都能停机。以前，为降低接线成本，紧急停止按钮串联接线。当故障发生以及操作员需要查找问题时，问题出现了。使用这种传统的接线方式，许多制造商经常花10到20分钟诊断机器的问题。
许多操作员使用依赖这种配置方式的机器经常用短接线绕过安全继电器以便他们打开箱体的门或阻碍
网络安全继电器——这些设备通过允许一个设备接到整个安全电路——与各个独立的设备联网，能极大地降低单区或多区的应用的成本。这个配置极大地降低了接线成本，允许监视独立安全事故，允许快速地解决故障。对相对低复杂性（例如，控制两个或三个安全区）的安全系统来说，它也是很好的解决方案。
然而，网络安全继电器也许不是要求最少控制编程的高度复杂的系统的最好的解决方案。
专用安全PLC——当一个PLC已应用并控制机器，安全PLC也许能添加到系统。如果安全PLC和控制PLC联网以及安全PLC使用现存的PLC程序，这个解决方案能为系统增加更大的监视能力。然而，这个解决方案的挑战有两方面：第一、增加安全PLC对系统来说是一个新的花费；第二、还要学习另外的编程语言、实施、解决故障以及维护。
集成的、简化的安全系统——把控制系统和安全系统的功能性集成到一个PLC，允许制造商极大降低机器的生命周期成本。
例如，西门子SIMATIC S7 PLC把集成控制和安全集成到一个控制器。超过10000个应用案例，制造商的总成本已节省数百万圆。这种集成的安全系统允许所有的数据传到HMI，从而快速和容易地解决故障。这种方法简化了机器控制和安全系统的协调——从设计到安装，到解决故障。
通过为控制和安全电路使用相同的编程语言简化了设计和实施。通过使用安全网络监视和/或控制安全电路上的每个设备简化了接线。由于每个网络安全设备通过控制系统附件的相同HMI通讯，解决故障削减60-80%。这些优势极大降低停机时间以及故障的相关成本。
一个集成的安全系统也几乎不可能通过跳线跳出安全设备（包括门开关或光幕）来绕过安全电路。
使用专用安全PLC和简化的安全系统比使用专用继电器或网络安全继电器极大地降低制造商的总成本以及极大增加系统的功能性。
集成安全节省生命周期成本
当为应用考虑合适的安全选项时，考虑整个产品或系统的生命周期成本，不是仅仅采购成本。
·设计——通过实施网络安全和一个系统控制能节省多少设计时间？用一个PLC，极大地简化机械、电气、编程问题。
·接线——安装集成的系统成本远比硬接线成本低。通过在单一网络（例如，ASI或Profibus）上传输安全和正常生产数据，这种架构仅要求一条电缆，从而取代数百条或数千条电缆。
根据包装机器制造商的电气项目工程师，“一个复杂的、离散的接线的机器要求六个电气人员花368个多小时接线和启动。集成分布I/O和安全I/O消除制造冗余，降低复杂性。两个电气人员仅在96个小时之内就能接完系统。
另外，制造商现在能直接集成电子和可编程安全系统到伺服驱动器，当操作员在运行的箱体中时，允许轴以安全的速度运动。这个变化进一步降低了电缆和连线的数量，又降低了安全系统的复杂性，还降低了设计、试车和安装成本。
·生产效率。如果一个制造商的停机时间每小时消耗成本10000美圆，如果使用安全电路的话，不需要花很长时间证明一个低成本、集成的系统每次能节省30分钟。
总电气成本的百分率,在标准OEM机器上节省的总成本
在最近的一个研究中，当比较安全和自动化系统实施的新方法和旧方法时，发现极大的节省。研究探索总成本的五个关键方面：硬件设计、软件设计、硬件成本、制造和集成以及现场接线。如上图所示，在每个主要区域能发现节省，在制造每个机器时，实施自动化和安全有超过42%的净节省。
结论
除非机器采用仅一或两个安全继电器，利用单一PLC的网络安全系统会比传统硬接线方式发挥更大的好处。通过和一个有经验的自动化和安全顾问合作能实现改进的机器安全、降低上市时间和降低生命周期成本。
例如，西门子在世界上已实施超过10000套安全PLC以及360000个安全网络接点。西门子的工程师理解国际安全标准和规则的变更。他们有经验根据应用实施恰当的安全解决方案。