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在發(fā)展中求生存,不斷完善,以良好信譽和科學的管理促進企業(yè)迅速發(fā)展國內(nèi)的企業(yè)越來越重視設(shè)備的安全防護,可事故卻頻頻發(fā)生,這是為什么呢?
主要還是源自于大家對于安全防護知識上存在的諸多誤區(qū),比如很多人認為,穩(wěn)定性高、性能強的PLC即可替代安全控制器的作用,其實這就是誤區(qū),往往投入了不少,卻依然換不回真正的安全。
其實安全型PLC具有的“冗余+比較"的工作方式,全面細致的檢測與診斷,能夠構(gòu)建真正安全的控制回路。
作為安全家族的最重要環(huán)節(jié),安全PLC已經(jīng)越來越多的被人們所認知,但是在使用的過程中,仍然有很多使用者困惑,為什么一套和以往使用類似的PLC被冠以安全PLC,安全PLC和普通PLC到底有哪幾方面的區(qū)別???
安全設(shè)計的理念我們一定要記住三個詞:冗余、相異、自檢測。而只有實現(xiàn)了以上三個安全理念設(shè)計的產(chǎn)品,我們才能認為它是安全產(chǎn)品,而普通的PLC產(chǎn)品是不具備安全的設(shè)計。那接下來我們就看看安全PLC是如何通過設(shè)計實現(xiàn)這三個理念的。
普通PLC內(nèi)部CPU數(shù)量有一個或者多個,但程序通常是進行一個處理,多個CPU的功能是把程序中的邏輯運算、算數(shù)運算、通訊功能等分擔實現(xiàn),也就是協(xié)作處理。
安全PLC內(nèi)部CPU數(shù)量至少兩個或者多個,兩個CPU的功能是:分別對同一個程序各執(zhí)行一次,然后把記過放在一起比較,如果結(jié)果一致,就會進行輸出,如果不一致,則選擇安全的結(jié)果輸出(通常意義上的不輸出或者停機)
除此之外,安全PLC中的CPU的檢測具有時鐘檢測、監(jiān)視時鐘、序列檢查、存儲器檢查。
時鐘測量:在處理器電路中,有兩個不同的振蕩器交叉檢查它們的行為,每個處理器使用一個時鐘檢查另外一個是否運行。如果在一個確定的周期里,檢測到對方?jīng)]有運行,CPU就會進入安全狀態(tài)。固件每秒鐘會檢查兩個振蕩器的精度。
監(jiān)視時鐘:一個硬件和一個固件的監(jiān)視時鐘檢查PLC的活動和執(zhí)行用戶邏輯的執(zhí)行時間。這和常規(guī)的PLC系統(tǒng)是相同的。
序列檢查:序列檢查監(jiān)視CPU操作系統(tǒng)不同部分的執(zhí)行。
存儲器檢查:所有靜態(tài)存儲器區(qū),包括Flash存儲器和RAM,使用循環(huán)冗余碼(CRC)進行檢測,并且雙碼執(zhí)行。動態(tài)存儲器區(qū)由雙碼執(zhí)行保護,周期性進行檢測。在冷啟動時,這些檢測重新進行初始化。
從上面的分析可以看出,安全PLC的診斷和檢測比常規(guī)的PLC的檢測要多很多,所以相對來說,硬件和軟件的設(shè)計更復雜。當然,檢測和診斷的范圍也更廣泛,更細致。
安全PLC通常都有兩個處理器,通常處理器是由兩個不同廠家進行的提供,比如一個摩托羅拉,一個因特爾,同時進行解碼和執(zhí)行。這種差異性提供了失效檢測的下列優(yōu)點:
兩個可執(zhí)行碼獨自生成,編譯的差異性使得在代碼生成時,容易檢測系統(tǒng)失效。
兩個生成碼由不同的處理器執(zhí)行,因此,CPU能夠在代碼執(zhí)行時,檢測出系統(tǒng)失效和PLC的隨機失效。
兩個獨立的存儲器區(qū)用于兩個處理器,因此,CPU能夠檢測出RAM的隨機失效,而這在每個掃描周期的全部RAM檢查時測不出來。
安全PLC的自檢測體現(xiàn)在方方面面,包含CPU處理的自檢測,電源監(jiān)視的自檢測,安全輸入輸出點的電路板狀況自檢測。在此我們介紹一下安全輸入輸出的設(shè)計是如何體現(xiàn)了自檢測這一安全理念設(shè)計。
黃色部分是安全輸入點所具備的電路設(shè)計,普通輸入點是沒有的。
內(nèi)部診斷:每個輸入通道使用一個公共輸入電路和2個獨立獲取鏈路,每個微處理器驅(qū)動一個數(shù)字輸入串行器(DIS)來實現(xiàn)對輸入信息的采樣。另外,微處理器還驅(qū)動一個數(shù)字輸入還原器(DID),再驅(qū)動診斷功能塊進行診斷,實現(xiàn)還原數(shù)據(jù)與輸入數(shù)據(jù)的同步比較。
輸入通道錯誤檢測:數(shù)字量輸入監(jiān)視現(xiàn)場側(cè)電源,利用外部接線來進行漏電流的檢測,最小的漏電流是1mA,如果沒有漏電流,就代表外部電路出現(xiàn)開路故障,在干接點的情況下,在接點兩端并聯(lián)一個10k歐的上拉電阻,用于外部線路的斷線檢測。每個輸入電路都配置了開關(guān),周期的強制為1或0,用于檢測電路是否健康。每個輸入電路獨立進行檢測,如果發(fā)現(xiàn)問題就對診斷位置1,聲明通道處于非健康狀態(tài)。
診斷序列
更改開關(guān)命令,這個時間非常短,不會影響執(zhí)行器,最大不超過1ms;核實測試結(jié)果,并且恢復正確的開關(guān)命令。
電源監(jiān)視:每個輸出電路包括兩個串聯(lián)的開關(guān),有兩個處理器分別進行控制。第一個微處理器使用數(shù)字量輸出還原器(DOD)驅(qū)動它的開關(guān),而第二個微處理器則在還原器之后驅(qū)動它的開關(guān)。在每個周期里,兩個微處理器系統(tǒng)的中點電壓要與一個閥值進行比較,然后還要交換它們的結(jié)果,評估中點的狀態(tài),診斷開關(guān)的狀態(tài)。如果在一個通道中檢查到出錯的行為,那么立即停機,并且設(shè)置診斷位,通知CPU,CPU中會有故障信息體現(xiàn)。
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