摘要：本文利用各種安全檢測設(shè)備，通過安全網(wǎng)絡(luò)控制器組成一個DeviceNet Safety安全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，有效地保護(hù)了現(xiàn)場操作人員的人身安全。

關(guān)鍵詞：安全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)PLC

0引言

隨著全球化的加劇，競爭日益激烈，各個公司在提高生產(chǎn)效率的同時，不斷引進(jìn)新的生產(chǎn)設(shè)備，雖然提高了生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度，但同時也帶來了設(shè)備安全問題。生產(chǎn)因素中人作為第一要素，他們的安全問題，在各個企業(yè)越來越受到重視，企業(yè)既要保證生產(chǎn)，又要保障工人的人身安全。以汽車生產(chǎn)廠為例，尤其是在自動化程度較高的焊裝車間，大量的焊接機(jī)器人和搬送線體出現(xiàn)，造成了許多需要安全保護(hù)的危險區(qū)域，所以安全傳感器的使用已經(jīng)非常普遍。目前，國內(nèi)大部分企業(yè)設(shè)備安全，主要由現(xiàn)場的急停信號通過PLC處理，但其安全等級只能達(dá)到2級標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的要求，如果將原有的PLC控制系統(tǒng)撤除，造成很大浪費(fèi)，因此增加一個安全控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)鏈接到現(xiàn)有的PLC系統(tǒng)上，形成一個安全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

1安全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成

一個安全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包含安全輸入產(chǎn)品、安全控制產(chǎn)品和用于機(jī)器控制的PLC。安全輸入產(chǎn)品主要有安全光幕、安全地毯、急停開關(guān)、安全開關(guān)等。安全控制產(chǎn)品包括安全繼電器和安全控制器。為了實現(xiàn)總體控制，安全系統(tǒng)與機(jī)器控制的配合是必不可少的。采用DeviceNet Safety安全總線，它在功能安全性方面符合安全累積級別(SIL)3和安全等級4的安全控制/網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過與機(jī)器控制系統(tǒng)的信息傳遞，可以從PLC監(jiān)視安全控制，異常場所一目了然。如圖1所示：

2DeviceNet安全系統(tǒng)構(gòu)建

利用安全網(wǎng)絡(luò)控制器實現(xiàn)安全控制，標(biāo)準(zhǔn)PLC主站和標(biāo)準(zhǔn)從站是原有控制系統(tǒng)，安全傳感器、安全輸入/輸出終端、安全網(wǎng)絡(luò)控制器和網(wǎng)絡(luò)配置器組成一個安全控制系統(tǒng)。

2.1安全傳感器，一般有安全光幕、安全地毯、急停開關(guān)、安全門等。它們用于檢測生產(chǎn)現(xiàn)場狀態(tài)，它們將檢測到的信號傳送給控制器，控制器根據(jù)邏輯關(guān)系判斷設(shè)備的動作。安全光幕F3SJ是可以用于4級安全回路的4級傳感器，根據(jù)現(xiàn)場檢測范圍選定光幕長度(245mm－2495mm)，光軸距離有9mm、15mm、25mm可根據(jù)需要選擇。安全地毯一般配合安全控制器一起使用。安全墊D9M，它是一種可檢測操作人員是否存在的墊式安全裝置，將多個安全墊串聯(lián)，可以和專用控制器一起實現(xiàn)故障安全，對應(yīng)安全類別3的危險區(qū)域。采用安全墊D9M對輸送線體區(qū)域內(nèi)操作人員進(jìn)行檢測，確保危險區(qū)域內(nèi)的安全。安全門開關(guān)D4NS，對安全門的開關(guān)檢測及鎖定。急停開關(guān)：用于當(dāng)設(shè)備發(fā)生異?；蚬と税l(fā)生危險時使設(shè)備停止。

2.2安全輸入/輸出終端，必須支持DeviceNet安全協(xié)議并提供不同的安全系統(tǒng)功能。作為安全輸入，它能夠連接觸點(diǎn)輸出設(shè)備，檢測到外部接線的錯誤，并設(shè)定輸入延時，為了符合等級4的標(biāo)準(zhǔn)，把成對的相關(guān)本地輸入設(shè)置成雙通道模式。作為安全輸出，每個輸出的額定最大輸出電流為0.5A，為了符合等級4的標(biāo)準(zhǔn)，把成對的相關(guān)本地輸出設(shè)置成雙通道模式。選擇DST1－MRD08SL-1和DST1－ID12SL-1作為輸入/輸出終端。

2.3安全網(wǎng)絡(luò)控制器，選擇NE1A-SCPU01作為安全網(wǎng)絡(luò)控制器，作為小型安全可編程控制器進(jìn)行動作，它內(nèi)置安全輸入16點(diǎn)、安全輸出8點(diǎn)，具備DeviceNet Safety主站設(shè)備功能，最多可連接16臺安全從站，同時兼?zhèn)銬eviceNet從站功能，可通過DeviceNet主站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視。

2.4系統(tǒng)鏈接，各種輸入檢測元件，在接入DST1以后，所有的DST1都還是獨(dú)立狀態(tài)，需將它們形成一個網(wǎng)絡(luò)整體。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，由安全網(wǎng)絡(luò)控制器、安全輸入/輸出終端、標(biāo)準(zhǔn)從站和標(biāo)準(zhǔn)PLC組成。它們通過“安全總線接口”連接到安全總線系統(tǒng)中去，如圖2所示：

在圖2中，CS1W-DRM21-V1是原控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模塊，NE1A-SCPU01和DST1均為安全控制系統(tǒng)，它們通過網(wǎng)絡(luò)形成一個安全網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

3系統(tǒng)設(shè)置及編程

利用網(wǎng)絡(luò)配置器對NE1A-SCPU01編寫邏輯程序，根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。

3.1輸入/輸出設(shè)置根據(jù)接線方式及系統(tǒng)要求的安全等級，將輸入設(shè)置為“帶測試脈沖和雙路冗余”模式，輸出設(shè)置為“安全脈沖測試”模式。

3.2邏輯程序編寫啟動邏輯編輯器，編寫NE1A-SCPU01程序，在邏輯編輯器中，編寫現(xiàn)場所有安全地墊和急停信號的邏輯關(guān)系，并產(chǎn)生邏輯輸出，如圖3所示，圖3表示了邏輯關(guān)系的編寫，D12、D23表示安全地墊信號，S35、S21為現(xiàn)場和控制柜上得急停按鈕，它們通過邏輯“與”的關(guān)系，最終產(chǎn)生邏輯輸出D2。整個邏輯程序，將類似的D2組合起來，形成一個最終的安全輸出通過繼電器輸出給PLC。

3.4PLC控制程序編寫生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備動作，最終由控制系統(tǒng)PLC發(fā)出，在完成安全邏輯編輯之后，對原有控制PLC重新進(jìn)行編程，將安全網(wǎng)絡(luò)控制器的輸出狀態(tài)傳送給PLC，作為PLC的輸入信號，控制系統(tǒng)根據(jù)安全信號，并結(jié)合自身條件重新編寫設(shè)備動作程序。

4使用效果

安全網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)較原有的控制系統(tǒng)，最大的優(yōu)點(diǎn)在于現(xiàn)場發(fā)生危險后，安全系統(tǒng)反應(yīng)速度快。原有的PLC控制系統(tǒng)，發(fā)生事故后由人員按下急停使設(shè)備停止工作，其反應(yīng)時間T為“人員反應(yīng)時間t1”＋“設(shè)備檢測發(fā)出信號時間t2”+“設(shè)備響應(yīng)時間t3”即T=t1+t2+t3，人員反應(yīng)時間為事故發(fā)生到人員作出動作之間的時間，一般在2秒以上。而安全控制系統(tǒng)，T＝t2+t3，以D9M安全地墊為例，t2=35ms，t3以最差的響應(yīng)時間485ms計算，T=t2+t3=35ms+485ms=520ms因此危險發(fā)生后在0.5秒以內(nèi)，設(shè)備即可停止工作。

5結(jié)束語

通過對DeviceNet Safety安全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用，有效地提高現(xiàn)場安全性。根據(jù)汽車制造焊裝車間的分布情況，在輸送線體兩側(cè)及輸送小車上，安裝D9M安全地墊，人員在進(jìn)行焊接工作時，安全地墊處于非安全狀態(tài)，此時安全控制器停止發(fā)送安全信號，系統(tǒng)控制PLC將禁止線體搬送，當(dāng)操作人員完成所有的焊接工作，退出安全地墊以后，安全地墊通過安全控制器向控制PLC發(fā)出安全信號，允許線體搬送，在整個搬送過程中，安全地墊一直處于檢測狀態(tài)，一旦檢測有人進(jìn)入危險區(qū)域，立即發(fā)出報警信號停止線體的搬送，整個現(xiàn)場的安全由安全地墊和安全急停開關(guān)組成。

參考文獻(xiàn)：

[1]DeviceNet安全系統(tǒng)配置手冊(Z905-CN5-02).2006年.

[2]王兆明.電氣控制與PLC技術(shù).清華大學(xué)出版社.2005.