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近幾十年來(lái)，多起工業(yè)事故發(fā)生的原因可以追溯到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的失效，造成了人員傷亡、設(shè)備損壞和環(huán)境污染。這些事件也喚醒了國(guó)家和公眾對(duì)減少危險(xiǎn)、建立安全工業(yè)流程的意識(shí)。為此，IEC制定了新的安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：IEC61508/61511，現(xiàn)在已經(jīng)由工業(yè)組織合作制定完成，我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化工作也已經(jīng)完成，現(xiàn)已頒布。
為了幫助讀者了解目前安全儀表系統(tǒng)（SIS）使用安全PLC實(shí)現(xiàn)電氣/電子/可編程電子系統(tǒng)（E/E/PES）功能的情況，就常見的幾種安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討，希望能對(duì)今后的系統(tǒng)選擇有所借鑒和參考。
1．PLC是一個(gè)邏輯解算器
一個(gè)安全系統(tǒng)的邏輯解算器是一種特殊類型的PLC，它具有獨(dú)立的安全功能認(rèn)證，也有繼電器邏輯或者固態(tài)邏輯的運(yùn)算能力。邏輯解算器從傳感器讀入信號(hào)，執(zhí)行事先編制好的程序或者事先設(shè)計(jì)好的功能，用于防止或者減輕潛在的安全隱患，然后把結(jié)果信號(hào)發(fā)送到執(zhí)行器或最終元件采取行動(dòng)。
邏輯解算器的設(shè)計(jì)有很多種，來(lái)滿足不同的市場(chǎng)需求、應(yīng)用和任務(wù)。我們下面將就幾種比較典型的安全PLC的結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論。
2．安全PLC的體系結(jié)構(gòu)
當(dāng)你構(gòu)建一個(gè)安全系統(tǒng)時(shí)，可以有很多方式來(lái)安排安全系統(tǒng)部件。有些安排考慮的是對(duì)成功操作的有效性最大化。（可靠性或可用性）。有些安排考慮的是防止特殊失效的發(fā)生（失效安全，失效危險(xiǎn)）。
控制系統(tǒng)部件的不同安排可以從它們的體系結(jié)構(gòu)中看出來(lái)。這節(jié)內(nèi)容將介紹市場(chǎng)上幾款常見的可編程電子系統(tǒng)（PES）的體系結(jié)構(gòu)，了解它們的安全特性，以及在安全和關(guān)鍵控制中的應(yīng)用。它們是在實(shí)踐中已經(jīng)存在的多種結(jié)構(gòu)的代表，真正現(xiàn)場(chǎng)使用的系統(tǒng)就是這些結(jié)構(gòu)的不同組合。
下面的內(nèi)容將用N選X(比如2選1)的方式：XooN來(lái)介紹系統(tǒng)。在每個(gè)類型中，X代表需要執(zhí)行安全功能的通道數(shù)，而N代表整個(gè)可用的通道數(shù)。
2.1．1oo1單通道系統(tǒng)
單控制器帶有單個(gè)邏輯解算器和單個(gè)I/O，代表了一個(gè)最小化的系統(tǒng)，見下圖（圖1）。這個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有提供冗余，也沒(méi)有失效模式保護(hù)。電子電路可以失效安全（輸出斷電，回路開路）或者失效危險(xiǎn)（輸出粘連或給電，短路）。這種安排方式是典型的非安全－常規(guī)PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
圖1：1oo1結(jié)構(gòu)
安全PLC的輸入和常規(guī)PLC的輸入接法也有區(qū)別，常規(guī)PLC的輸入通常接傳感器的常開接點(diǎn)，而安全PLC的輸入通常接傳感器的常閉接點(diǎn)，用于提高輸入信號(hào)的快速性和可靠性。有些安全PLC輸入還具有“三態(tài)”功能，即“常開”、“常閉”和“斷線”三個(gè)狀態(tài)，這樣可以通過(guò)“斷線”來(lái)診斷輸入傳感器的回路是否斷路，提高了輸入信號(hào)的可靠性。
另外，有些安全PLC的輸出和常規(guī)的PLC的輸出也有區(qū)別。常規(guī)PLC一旦輸出了信號(hào)之后，就和PLC本身失去了關(guān)聯(lián)，也就是說(shuō)輸出后，比如說(shuō)“接通”外部繼電器，繼電器本身最后到底通沒(méi)通，PLC并不知道，這是因?yàn)闆](méi)有外部設(shè)備的反饋所致。安全PLC具有所謂“線路檢測(cè)”功能，即周期性的對(duì)輸出回路發(fā)送短脈沖信號(hào)（毫秒級(jí)，并不讓用電器導(dǎo)通）來(lái)檢測(cè)回路是否斷線，從而提高了輸出信號(hào)的可靠性。
2.2．1oo2雙通道系統(tǒng)
兩個(gè)控制器的并行處理和連線，可以把單個(gè)PLC危險(xiǎn)失效的影響降到最低。
為了可靠斷開系統(tǒng)，兩個(gè)輸出電路采用串行連接，以防止任何一個(gè)控制器在危險(xiǎn)的方式下失效，造成系統(tǒng)失效危險(xiǎn)。
1oo2結(jié)構(gòu)（圖2）常用于兩個(gè)獨(dú)立邏輯解算器、并各自帶有自己獨(dú)立的I/O。系統(tǒng)提供了較低的失效可能性，但它增加了失效安全斷路的可能性。失效安全斷開率的增加，有可能增加流程系統(tǒng)的停車和機(jī)械系統(tǒng)的停機(jī)。
圖2：1oo2結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)的輸入方式有兩種：一種為一個(gè)傳感器接到兩個(gè)輸入點(diǎn)上（可以使用同一個(gè)模塊的兩個(gè)點(diǎn)，也可以使用兩個(gè)模塊的兩個(gè)點(diǎn)，廠商推薦用戶最好采用不同機(jī)架上的兩個(gè)不同模塊的兩個(gè)點(diǎn)）；一種為兩個(gè)傳感器或者一個(gè)傳感器的兩個(gè)接點(diǎn)接到兩個(gè)輸入點(diǎn)，這樣可以進(jìn)一步提高輸入信號(hào)的可靠性（傳感器冗余）。
圖中的結(jié)構(gòu)為兩個(gè)彼此獨(dú)立的系統(tǒng)，在輸出之前并沒(méi)有對(duì)輸入信號(hào)和運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行表決，而有些系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)和邏輯結(jié)果要進(jìn)行表決，然后輸出。1oo2系統(tǒng)的表決機(jī)制也非常特別。當(dāng)兩個(gè)輸入都為“0”或“1”信號(hào)時(shí)，自然沒(méi)有問(wèn)題。但如果出現(xiàn)一個(gè)為“0”、而一個(gè)為“1”，系統(tǒng)如何表決呢？答案是：取安全的值做為表決的結(jié)果！那么何謂安全值？答案是：要根據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)置。如果“0”為安全值，那么出現(xiàn)一個(gè)“0”和一個(gè)“1”時(shí)，就選擇“0”，相當(dāng)進(jìn)行了一次3選2的表決。
下面再談?wù)勢(shì)敵龅慕泳€方式問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)也有兩種接法，被稱為：安全接法和冗余接法。所謂安全接法指的是：輸出的兩個(gè)通道進(jìn)行串聯(lián)后再接執(zhí)行器，邏輯關(guān)系為“與”，也就是說(shuō)：一個(gè)通道為“0”，負(fù)載就不得電，這樣可以確保系統(tǒng)的安全性。所謂冗余接法指的是：輸出的兩個(gè)通道進(jìn)行并聯(lián)后再接執(zhí)行器，邏輯關(guān)系為“或”，也就是說(shuō)：一個(gè)通道為“1”，負(fù)載就可以獲電，這樣可以提高系統(tǒng)的可用性。至于采用哪種接線要根據(jù)應(yīng)用的要求來(lái)決定。如果是安全性系統(tǒng)，建議采用安全接法。如果是高可用性系統(tǒng)，建議采用冗余接法。
2.3．1oo1D雙通道系統(tǒng)
這種結(jié)構(gòu)使用一個(gè)帶有診斷能力的單一控制器通道，和第二個(gè)診斷通道利用串行連接構(gòu)成輸出回路。典型的1oo1D結(jié)構(gòu)見圖3。1oo1D的“D”意思是診斷的含義，所以被稱為一選一診斷系統(tǒng)，功能相當(dāng)于一種二選一系統(tǒng)。因?yàn)檫@種系統(tǒng)的造價(jià)相對(duì)低廉，所以這種系統(tǒng)在安全應(yīng)用中扮演了重要的角色。這種1oo1D結(jié)構(gòu)由一個(gè)單一邏輯解算器和一個(gè)外部的監(jiān)視時(shí)鐘而構(gòu)成，定時(shí)器的輸出與邏輯解算器的輸出進(jìn)行串聯(lián)接線。
在更先進(jìn)的系統(tǒng)中，內(nèi)置診斷控制一個(gè)獨(dú)立串聯(lián)輸出，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)出失效時(shí)，它會(huì)強(qiáng)制系統(tǒng)處于斷開狀態(tài)。診斷功能把檢測(cè)到的一個(gè)危險(xiǎn)失效轉(zhuǎn)變成一個(gè)安全失效。
圖3：1oo1D結(jié)構(gòu)
出開關(guān)。比如固態(tài)開關(guān)提供了常規(guī)的控制器輸出，而另一個(gè)繼電器由內(nèi)部診斷控制，提供了第二個(gè)常開接點(diǎn)開關(guān)。如果在輸出通道檢測(cè)到一個(gè)潛在的危險(xiǎn)失效，繼電器觸點(diǎn)就會(huì)斷開，使輸出回路斷電，確保執(zhí)行器處于安全狀態(tài)。
雙重電路通道可以使用不同類型的觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)1oo1D結(jié)構(gòu)，比如兩個(gè)常開點(diǎn)，或者一個(gè)常開點(diǎn)加一個(gè)常閉點(diǎn)等。后綴“D”反映了系統(tǒng)在每個(gè)通道中，具有更廣泛和更細(xì)致的自診斷能力。第二個(gè)停機(jī)路徑，就是由這個(gè)自診斷系統(tǒng)，運(yùn)用高級(jí)的“依據(jù)參考”的方法進(jìn)行系統(tǒng)診斷。下面是標(biāo)準(zhǔn)的1oo1D結(jié)構(gòu)的特性：
•單一控制器；
•單一I/O子系統(tǒng)，帶有保護(hù)輸出和“失效接通”和“失效斷開”的診斷輸出選擇；
•冗余電源；
•冗余通信總線；
•診斷率>99.5%。
2.4．2oo3三通道系統(tǒng)
如果在一些控制系統(tǒng)的應(yīng)用中，根本不允許失效模式的出現(xiàn)，那么三選二系統(tǒng)是一種最牢靠的辦法。當(dāng)要防止兩種失效模式的出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜。一種既可以容忍“安全”失效，又可以容忍“危險(xiǎn)”失效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就是三選二結(jié)構(gòu)（三個(gè)單元中選擇兩個(gè)相同的結(jié)果用于安全功能，見圖4）。這種帶有三個(gè)控制器單元的結(jié)構(gòu)，提供了即有安全性又有高可用性的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)被稱為TMR（三重模塊冗余）系統(tǒng)。
本公司主營(yíng)產(chǎn)品：
DCS集散式控制系統(tǒng)、PLC可編程控制器、數(shù)控系統(tǒng)、
(CPU處理器、模塊、卡件、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)、工作站、驅(qū)動(dòng)器、
馬達(dá)、 內(nèi)存卡、 電源，機(jī)器人備件等)各類工控產(chǎn)品
主要業(yè)務(wù):
ABB DCS卡件
A-B 1756，1747，1785系列 PLC CPU，
Siemens 6DD，6FX，6SC，6FC，6S5系列，
Foxboro 系統(tǒng)卡件，
Triconex 系統(tǒng)模塊，
Rexroth 力士樂(lè)全系列產(chǎn)品，
Modicon 停產(chǎn)模塊 等各類工控產(chǎn)品
Schneider 施耐德 140系列PLC,CPU
Ovation 系統(tǒng)模塊
RF 050, Rofin Sinar Co2 laser 5000 W + KOOLANT KOOLERS CHILLER + LASER MECH ARM
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Rofin Sinar Industrial Laser Manufactured in 2002!!NICE
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ROFIN SINAR 120100366 NSFP 120100366
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ROFIN SINAR 12100-073 NSPP 12100073
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Rofin Sinar 101107062 Resonator Module PL-20E HQ;V SHGII;OWC PowerLine E-532nm
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Rofin Sinar RSG 2010
Rofin Sinar Resonator System - NON WORKING HAS ALL PARTS
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Rofin Sinar 130400369 Focus 348mm LiNOS 1064nm lens
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Rofin sinar LiNOS 11782735 F-Theta-Ronar f=250mm 532nm
Rofin Sinar 1010-4 HEAD GALVO RSG 532nm
Rofin Sinar P/N 150500340 & COHERENT PM-1300
Rofin Sinar Laser P/N 150500340 & OPHIR P/N 170297
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ROFIN SINAR 909 CIRCUIT BOARD PULLED FROM ROFIN LASER
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ROFIN SINAR 937-2 BOARD PULLED FROM ROFIN LASER
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ROFIN SINAR 402-2B BOARD PULLED FROM ROFIN LASER
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