隨著工業(yè)自動(dòng)化的日趨成熟，現(xiàn)代化工廠已經(jīng)摒棄了當(dāng)初的設(shè)備簡(jiǎn)陋，功能單一，安全缺失。因此在我們所從事的工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)，急停按鈕，安全門鎖，安全系統(tǒng)越來(lái)越多的被應(yīng)用到我們自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)流水線上，它們的使用，使得原本危險(xiǎn)的設(shè)備增添了安全的保證。使得我們的工作過(guò)程有了安全的監(jiān)控，不僅讓現(xiàn)場(chǎng)操作人員有了更好的安全生產(chǎn)環(huán)境，也為企業(yè)高效生產(chǎn)，安全管理添磚加瓦。
作為安全家族的最重要環(huán)節(jié)，安全PLC已經(jīng)越來(lái)越多的被人們所認(rèn)知，但是在使用的過(guò)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，在此和大家進(jìn)行分享。
眾所周知，安全設(shè)計(jì)的理念我們一定要記住三個(gè)詞：1.冗余;2.相異;3.自檢測(cè)。
而只有實(shí)現(xiàn)了以上三個(gè)安全理念設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，我們才能認(rèn)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(jì)。那接下來(lái)我們就看看安全PLC是如何通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)這三個(gè)理念的。
1. 冗余
普通PLC內(nèi)部CPU數(shù)量有一個(gè)或者多個(gè)，但程序通常是進(jìn)行一個(gè)處理，多個(gè)CPU的功能是把程序中的邏輯運(yùn)算、算數(shù)運(yùn)算、通訊功能等分擔(dān)實(shí)現(xiàn)，也就是協(xié)作處理。
安全PLC內(nèi)部CPU數(shù)量至少兩個(gè)或者多個(gè)，兩個(gè)CPU的功能是：分別對(duì)同一個(gè)程序各執(zhí)行一次，然后把記過(guò)放在一起比較，如果結(jié)果一直，就會(huì)進(jìn)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(jī))
因此只有具備冗余設(shè)計(jì)的CPU才能稱之為安全PLC。
除此之外，安全PLC中的CPU的檢測(cè)具有時(shí)鐘檢測(cè)，監(jiān)視時(shí)鐘，序列檢查，存儲(chǔ)器檢查。
時(shí)鐘測(cè)量:在處理器電路中，有兩個(gè)不同的振蕩器交叉檢查它們的行為，每個(gè)處理器使用一個(gè)時(shí)鐘檢查另外一個(gè)是否運(yùn)行。如果在一個(gè)確定的周期里，檢測(cè)到對(duì)方?jīng)]有運(yùn)行，CPU就會(huì)進(jìn)入安全狀態(tài)。固件每秒鐘會(huì)檢查兩個(gè)振蕩器的精度。
監(jiān)視時(shí)鐘：一個(gè)硬件和一個(gè)固件的監(jiān)視時(shí)鐘檢查PLC的活動(dòng)和執(zhí)行用戶邏輯的執(zhí)行時(shí)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(chǔ)器檢查：所有靜態(tài)存儲(chǔ)器區(qū)，包括Flash存儲(chǔ)器和RAM，使用循環(huán)冗余碼(CRC)進(jìn)行檢測(cè)，并且雙碼執(zhí)行。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器區(qū)由雙碼執(zhí)行保護(hù)，周期性進(jìn)行檢測(cè)。在冷啟動(dòng)時(shí)，這些檢測(cè)重新進(jìn)行初始化。
從上面的分析可以看出，安全PLC的診斷和檢測(cè)比常規(guī)的PLC的檢測(cè)要多很多，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)，硬件和軟件的設(shè)計(jì)更復(fù)雜。當(dāng)然，檢測(cè)和診斷的范圍也更廣范，更細(xì)致。
2. 相異
安全PLC通常都有兩個(gè)處理器，通常處理器是由兩個(gè)不同廠家進(jìn)行的提供，比如一個(gè)摩托羅拉，一個(gè)因特爾，同時(shí)進(jìn)行解碼和執(zhí)行。這種差異性提供了失效檢測(cè)的下列優(yōu)點(diǎn)：
1. 兩個(gè)可執(zhí)行碼獨(dú)自生成，編譯的差異性使得在代碼生成時(shí)，容易檢測(cè)系統(tǒng)失效。
2. 兩個(gè)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(shí)，檢測(cè)出系統(tǒng)失效和PLC的隨機(jī)失效。
3. 兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器區(qū)用于兩個(gè)處理器，因此，CPU能夠檢測(cè)出RAM的隨機(jī)失效，而這在每個(gè)掃描周期的全部RAM檢查時(shí)測(cè)不出來(lái)。
3. 自檢測(cè)
安全PLC的自檢測(cè)體現(xiàn)在方方面面，包含CPU處理的自檢測(cè)，電源監(jiān)視的自檢測(cè)，安全輸入輸出點(diǎn)的電路板狀況自檢測(cè)。
在此我們介紹一下安全輸入輸出的設(shè)計(jì)是如何體現(xiàn)了自檢測(cè)這一安全理念設(shè)計(jì)。
安全數(shù)字量輸入
黃色部分是安全輸入點(diǎn)所具備的特有電路設(shè)計(jì)，普通輸入點(diǎn)是沒(méi)有的。
內(nèi)部診斷：每個(gè)輸入通道使用一個(gè)公共輸入電路和2個(gè)獨(dú)立獲取鏈路，每個(gè)微處理器驅(qū)動(dòng)一個(gè)數(shù)字輸入串行器(DIS)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信息的采樣。另外，微處理器還驅(qū)動(dòng)一個(gè)數(shù)字輸入還原器(DID)，再驅(qū)動(dòng)診斷功能塊進(jìn)行診斷，實(shí)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(cuò)誤檢測(cè)：數(shù)字量輸入監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)側(cè)電源，利用外部接線來(lái)進(jìn)行漏電流的檢測(cè)，最小的漏電流是1mA，如果沒(méi)有漏電流，就代表外部電路出現(xiàn)開路故障，在干接點(diǎn)的情況下，在接點(diǎn)兩端并聯(lián)一個(gè)10k歐的上拉電阻，用于外部線路的斷線檢測(cè)。每個(gè)輸入電路都配置了開關(guān)，周期地強(qiáng)制為1或0，用于檢測(cè)電路是否健康。每個(gè)輸入電路獨(dú)立進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就對(duì)診斷位置1，聲明通道處于非健康狀態(tài)。
安全數(shù)字量輸出
黃色部分是安全輸入點(diǎn)所具備的特有電路設(shè)計(jì)，普通輸入點(diǎn)是沒(méi)有的。
內(nèi)部診斷：為了檢查開關(guān)是否能夠斷開與閉合，要在輸出模塊(在模塊內(nèi)部電路，插入周期性的診斷循環(huán))進(jìn)行一個(gè)脈沖測(cè)試。
診斷序列包括：
更改開關(guān)命令，這個(gè)時(shí)間非常短，不會(huì)影響執(zhí)行器，最大不超過(guò)1ms;核實(shí)測(cè)試結(jié)果，并且恢復(fù)正確的開關(guān)命令。
電源監(jiān)視：每個(gè)輸出電路包括兩個(gè)串聯(lián)的開關(guān)，有兩個(gè)處理器分別進(jìn)行控制。第一個(gè)微處理器使用數(shù)字量輸出還原器(DOD)驅(qū)動(dòng)它的開關(guān)，而第二個(gè)微處理器則在還原器之后驅(qū)動(dòng)它的開關(guān)。在每個(gè)周期里，兩個(gè)微處理器系統(tǒng)的中點(diǎn)電壓要與一個(gè)閥值進(jìn)行比較，然后還要交換它們的如果，評(píng)估中點(diǎn)的狀態(tài)，診斷開關(guān)的狀態(tài)。如果在一個(gè)通道中檢查到出錯(cuò)的行為，那么立即停機(jī)，并且設(shè)置診斷位，通知CPU，CPU中會(huì)有故障信息體現(xiàn)。
綜上所述，希望大家對(duì)安全PLC和普通PLC的區(qū)別有了一個(gè)更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，也通過(guò)上面的介紹，了解到安全產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三個(gè)重要理念。在未來(lái)使用安全相關(guān)產(chǎn)品的時(shí)候，能夠結(jié)合今天分享的內(nèi)容來(lái)認(rèn)識(shí)這些安全產(chǎn)品，通過(guò)它們的設(shè)計(jì)，區(qū)別于標(biāo)準(zhǔn)控制產(chǎn)品。
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（轉(zhuǎn)載）
