安全控制系統應用簡述

陳麗春

（中國第一重型機械集團重型裝備事業部中型裝備制造分廠，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

每臺機械在設計制造的過程中都需要對可能發生的各種風險進行考慮，例如在運輸、拆卸、安裝過程中的風險、安裝到位后運行時的安全問題等。機械的安全問題現今都是通過安全控制系統來達成的。安全控制系統需要對各種潛在的安全風險和突發狀況進行分析，進而設計出功能完善，響應速度快，安全可靠的控制系統。下文就安全控制系統原理、系統構成以及控制過程進行闡述。

1 安全控制系統簡要介紹

安全控制系統是在機械運行、停止、人員操控時以及發生故障時能夠對人員及設備提供安全保護。當危險發生時，不論是機械本身造成的還是由于人員誤操作造成的，安全控制系統能及時檢測到輸入信號并立即做出反應，使機械裝置能夠立即停止動作，以達到保護人員和機械設備安全的目的。安全控制系統的檢測的輸入信號包括：急停信號、接近開關信號、行程開關信號、壓力反饋信號、電壓電源監測信號、液位信號等。對信號進行處理的控制器現在一般用PLC進行控制。信號經過處理后送至輸出控制單元輸出。安全控制系統在整個機械領域占有重要的地位，能夠對機械設備進行實時保護，保障設備和人員的安全。

安全控制系統的整個控制流程是由傳感器輸入信號、控制器（如PLC）對采集來的信號進行處理、而后輸出至保護裝置。在整個控制回路中，由于這些安全控制采用的都是普通的工業器件，他們在安裝使用的過程中可能會出現一些故障從而早成安全控制系統失效無法對設備進行保護，造成安全隱患。基于以上原因安全控制系統要求對信號的采集安全可靠，一旦設備運轉時超出設定的數值，應立即將信號發送到控制器進行處理，處理器應立即對輸入信號進行響應并及時輸出控制信號進行制動，使設備停止運轉，以阻止安全事故的發生或事態的惡化。針對安全控制系統的硬件可能發生的不可靠因素，下面列舉一些措施來防范這些因素：1.采用關聯性控制多樣性控制；2.硬件應能行自檢并應定期進行檢測檢測的內容包括硬件、軟件、通訊等；3.程序CRC 校驗；4.安全認證功能塊。

安全系統的輸入設備包括急停按鈕、門保釋開關、行程開關、接近開關和一些光電設備等。安全控制部分可以采用繼電器控制、PLC控制或安全總線系統。

2 控制部分

2.1 安全繼電器簡介

繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統和被控制系統，通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自打開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。當輸入量達到規定值，使被控制的輸出電路導通或斷開的電器。廣泛應用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。

安全繼電器是由數個繼電器與電路組合而成，為的是要能互補彼此的異常缺陷，達到正確且低誤動作的繼電器完整功能，使其失誤和失效值愈低，安全因素則愈高，所謂“安全繼電器”并不是“沒有故障的繼電器”，而是發生故障時做出有規則的動作，它具有強制導向接點結構，萬一發生接點熔結現象時也能確保安全。

2.2 安全 PLC

安全PLC是為特殊用途的機器設備而設計的，用于關鍵型控制和安全型應用，安全PLC（安全可編程系統）指的是在自身或外圍元器件或執行機構出現故障時，依然能正確響應并及時切斷輸出的可編程系統。安全PLC不僅包含了普通PLC的全部功能，更有其獨特的特點，安全PLC中所有元器件采用的是冗余的工作方式，兩個處理器處理時進行交叉檢測，每個處理器的處理結果儲存在各自內存中，只有處理結果完全一致時才會進行輸出，如果處理期間出現任何不一致，系統立即停機。安全PLC和普通PLC的區別：1.從CPU來說，常規PLC內部的CPU的數量有一個或多個，它或它們的作用是：執行用戶的程序、進行I/O的掃描和系統的診斷，多個CPU的功能是把將所需完成的工作分擔運行，協作處理。安全PLC的CPU至少有兩個或多個，兩個CPU的功能是：分別對同一個用戶程序各自執行一次，然后再把兩個結果放在一起進行比較，如果比較的結果是一致的，就輸出這個結果，如果是不一致的，選擇安全的結果輸出。安全PLC和常規PLC最大的不同：冗余加比較。2.安全PLC和常規PLC第二個不同：隨時加步步進行診斷和檢測，這種檢測有的是通過自身信息進行的，稱為自檢；還有的通過對方的信息進行檢測，稱為互檢。安全PLC的診斷和檢測比常規PLC的檢測要多的多，主要從時鐘測量、監視測量、序列檢查、存儲器檢查等方面。3.安全I/O模塊和普通I/O模塊的區別：安全PLC要對安全CPU和安全I/O之間的通信進行診斷，比如CRC校驗，此外還要進行上電時診斷、運行時的診斷，過壓診斷、內部診斷等。此外，在軟件方面，安全PLC提供的相關安全功能塊，如急停、安全門、安全光柵等均經過認證并加密，用戶僅需調用功能塊進行相關功能配置即可，保證了用戶在設計時不會因為安全功能上的程序漏洞而導致安全功能丟失。

2.3 安全總線控制系統

安全總線指的是通訊協議中采用安全措施的現場總線。相比于普通總線來說，安全總線可以達到EN ISO 13849-1以及 IEC 61508 等控制系統安全相關部件標準的要求，主要用于如急停按鈕，安全門，安全光幕，安全地毯等安全相關功能的分布式控制要求。

安全總線中采用的安全措施主要包括：CRC冗余校驗，Echo模式，連接測試，地址檢測，時間檢測等。相比傳統現場總線可靠性更高。

結語

安全控制是一個時刻檢測系統中的運行參數，并在系統參數出現異常或接收到安全信號的時候安全控制系統立即將系統的控制權進行接管，根據內部程序設定的邏輯，以安全的方式對輸出設備進行控制，保證系統的安全運行。

[1]孫清泉，徐衛國，康健.冷軋機自動化安全控制系統[J].設備管理與維修，2008.

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