
言歸正傳,以下我們將從如下3個(gè)方面來(lái)跟大家詳細(xì)介紹一下“安全串聯(lián)”系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)。
背景
1 DC-故障診斷覆蓋率
如下圖所示,DC(Diagnostic coverage),即診斷覆蓋率,是影響安全等級(jí)的主要因素之一。用于衡量診斷有效性,確定了能識(shí)別到的危險(xiǎn)故障(故障率)與系統(tǒng)總體危險(xiǎn)故障(故障率)之間的比例。

根據(jù)不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和檢測(cè)手段,DC可參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量化,最終形成無(wú)—低—中等—高四個(gè)等級(jí),來(lái)參與最終安全等級(jí)的計(jì)算和評(píng)估。
2 故障掩蔽
EN ISO 14119 標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)報(bào)告 ISO TR 24119 規(guī)定了對(duì)位置開(kāi)關(guān)邏輯串聯(lián)的要求(下文簡(jiǎn)稱(chēng)為安全開(kāi)關(guān))。
在傳統(tǒng)的安全開(kāi)關(guān)串聯(lián)(即簡(jiǎn)單地將觸點(diǎn)手拉手串聯(lián))中,潛在的“故障掩蔽”風(fēng)險(xiǎn)限制了可達(dá)到的性能等級(jí),使得在某些應(yīng)用中無(wú)法實(shí)現(xiàn)此類(lèi)串聯(lián)。
簡(jiǎn)而言之,帶有無(wú)電勢(shì)觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)(例如安全門(mén)開(kāi)關(guān),安全門(mén)鎖,非接觸式安全開(kāi)關(guān),急停按鈕等)串聯(lián)時(shí)可能出現(xiàn)故障掩蔽。控制單元(安全繼電器或者安全PLC)僅評(píng)估完整串聯(lián)的信號(hào),因此可能妨礙故障識(shí)別。
也就是說(shuō)當(dāng)串聯(lián)在一起的多個(gè)傳感器中的一個(gè)發(fā)生故障(如短路或交叉電路)時(shí),沒(méi)有及時(shí)被控制單元診斷出來(lái),最終造成安全功能失效。
如需詳細(xì)了解具體的“故障掩蔽”細(xì)節(jié),可參考如下實(shí)例說(shuō)明:
故障掩蔽過(guò)程示例
、 初始故障出現(xiàn)(例如安全開(kāi)關(guān)2上因?yàn)殡娎|損壞而出現(xiàn)短路)。

、 損壞的安全開(kāi)關(guān)被激活(安全門(mén)2、1打開(kāi)并重新關(guān)閉),評(píng)價(jià)單元識(shí)別到一個(gè)差異,因此關(guān)閉并進(jìn)入鎖定模式(無(wú)法復(fù)位)。

、 在查找故障時(shí)操作了另一個(gè)安全開(kāi)關(guān)(安全門(mén)3、1被打開(kāi),然后重新關(guān)閉)。由于此安全開(kāi)關(guān)上沒(méi)有故障,因此兩個(gè)通道同步關(guān)閉。不再存在差異。

、 滿(mǎn)足評(píng)價(jià)單元的輸入要求:復(fù)位評(píng)價(jià)單元,從而掩蔽初始故障。

、 復(fù)位評(píng)價(jià)單元使危險(xiǎn)機(jī)器功能可以繼續(xù)運(yùn)行,但故障仍然存在。

、 另一個(gè)通道的另一個(gè)故障(例如因?yàn)閷?dǎo)線(xiàn)的進(jìn)一步損壞)會(huì)導(dǎo)致安全功能失效(例如在打開(kāi)安全門(mén)2、1) 時(shí),評(píng)價(jià)單元可能無(wú)法發(fā)出停止指令)。

傳統(tǒng)串聯(lián)造成的風(fēng)險(xiǎn)
如下表,可以看出,隨著串聯(lián)的安全傳感器以及操作頻次的變化,DC-診斷覆蓋率會(huì)發(fā)生降低:

如下表是安全等級(jí)相關(guān)的因素之間的關(guān)系,可以發(fā)現(xiàn)隨著DC-診斷覆蓋率的降低,系統(tǒng)能達(dá)到的安全等級(jí)也會(huì)降低:

實(shí)現(xiàn)方式
考慮前述說(shuō)明,傳統(tǒng)串聯(lián)方法存在重大缺陷,會(huì)帶來(lái)安全等級(jí)的降低,同時(shí)有限的診斷功能會(huì)導(dǎo)致不必要的停工期和較高的維護(hù)和維修成本。
然而來(lái)自SICK的Flexi Loop結(jié)束了這一切:
節(jié)省成本、支持診斷、安全可靠——Flexi Loop 是在一臺(tái)機(jī)器中串聯(lián)安全開(kāi)關(guān)和其它安全傳感器的出色解決方案。

要實(shí)現(xiàn)上述安全串聯(lián)主要有2種方式:
針對(duì)復(fù)雜應(yīng)用,可實(shí)現(xiàn)豐富的邏輯控制和診斷信息

例如,采用安全控制器 Flexi Soft或Flexi Compact,配套相關(guān)Loop節(jié)點(diǎn),可通過(guò)直觀,自由的軟件進(jìn)行設(shè)置和程序編輯,實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜的邏輯控制和應(yīng)用功能。
針對(duì)不同的傳感器類(lèi)型配套不同的Loop節(jié)點(diǎn),而且兼容不同廠家的傳感器類(lèi)型,大大擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。

(安全串聯(lián)系統(tǒng))

。ǜ黝(lèi)Loop節(jié)點(diǎn))
針對(duì)簡(jiǎn)單的安全串聯(lián)應(yīng)用,保證一定的安全功能和安全等級(jí)

例如,采用RLY3-LOOP1/UE410類(lèi)安全繼電器與Flexi Loop節(jié)點(diǎn)相結(jié)合,是一種用于安全傳感器級(jí)聯(lián),最多32個(gè)傳感器、經(jīng)濟(jì)且無(wú)需軟件的解決方案。
通過(guò)獨(dú)立監(jiān)控,可以在不降低安全等級(jí)的情況下達(dá)到性能等級(jí)PLe(SIL3)。相對(duì)于單獨(dú)布線(xiàn),明顯減少了安裝,調(diào)試等成本。


(Rely安全繼電器)
典型案例
如下圖所示,為一臺(tái)自動(dòng)化涂布機(jī),該設(shè)備結(jié)構(gòu)龐大,分布2層,涉及多個(gè)工藝流程,但需要集中控制,在每個(gè)機(jī)臺(tái)均配置了相關(guān)的安全類(lèi)產(chǎn)品,例如:安全光幕,安全門(mén)開(kāi)關(guān),緊急停止等等。

通過(guò)SICK 的安全串聯(lián)解決方案:Flexi Soft/Flexi Compact配套Loop節(jié)點(diǎn),有效地實(shí)現(xiàn)了客戶(hù)的應(yīng)用端需求。
系統(tǒng)局部配置

采用的產(chǎn)品
Flexi Soft主模塊,IO模塊及通訊模塊,F(xiàn)lexi Compact控制器,安全光幕(C4RD,C4C類(lèi)),各類(lèi)Flexi loop節(jié)點(diǎn),安全門(mén)開(kāi)關(guān)(RE13,STR1等),安全光電L41等。
客戶(hù)受益
借助Flexi Loop安全串聯(lián),客戶(hù)輕松地將多個(gè)傳感器連接在一起,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸,輕松高效地解決了這個(gè)問(wèn)題。
整個(gè)調(diào)試軟件系統(tǒng)易于部署和操作,由于模塊化設(shè)計(jì)和直觀的配置軟件,還節(jié)省了成本,而且可以使用相關(guān)模塊,例如可以選用非安全的模塊作為標(biāo)準(zhǔn)輸入或輸出。
基于高安全級(jí)別的產(chǎn)品應(yīng)用(特別是Flexi Loop的安全功能),它幫助客戶(hù)實(shí)現(xiàn)了PLe Category 4,這是一些終端客戶(hù)高度重視的。
他們的主控制器還可以通過(guò)相關(guān)網(wǎng)關(guān)模塊獲取診斷或監(jiān)控信息,這使得控制連接和信息透明成為可能。
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