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近幾十年來，多起工業(yè)事故發(fā)生的原因可以追溯到計算機系統(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家和公眾對減少危險、建立安全工業(yè)流程的意識。為此，IEC制定了新的安全國際標(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)進行探討，希望能對今后的系統(tǒng)選擇有所借鑒和參考。
1．PLC是一個邏輯解算器
一個安全系統(tǒng)的邏輯解算器是一種特殊類型的PLC，它具有獨立的安全功能認(rèn)證，也有繼電器邏輯或者固態(tài)邏輯的運算能力。邏輯解算器從傳感器讀入信號，執(zhí)行事先編制好的程序或者事先設(shè)計好的功能，用于防止或者減輕潛在的安全隱患，然后把結(jié)果信號發(fā)送到執(zhí)行器或最終元件采取行動。
邏輯解算器的設(shè)計有很多種，來滿足不同的市場需求、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)進行討論。
2．安全PLC的體系結(jié)構(gòu)
當(dāng)你構(gòu)建一個安全系統(tǒng)時，可以有很多方式來安排安全系統(tǒng)部件。有些安排考慮的是對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）。
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。這節(jié)內(nèi)容將介紹市場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。它們是在實踐中已經(jīng)存在的多種結(jié)構(gòu)的代表，真正現(xiàn)場使用的系統(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來介紹系統(tǒng)。在每個類型中，X代表需要執(zhí)行安全功能的通道數(shù)，而N代表整個可用的通道數(shù)。
2.1．1oo1單通道系統(tǒng)
單控制器帶有單個邏輯解算器和單個I/O，代表了一個最小化的系統(tǒng)，見下圖（圖1）。這個系統(tǒng)沒有提供冗余，也沒有失效模式保護。電子電路可以失效安全（輸出斷電，回路開路）或者失效危險（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，而安全PLC的輸入通常接傳感器的常閉接點，用于提高輸入信號的快速性和可靠性。有些安全PLC輸入還具有“三態(tài)”功能，即“常開”、“常閉”和“斷線”三個狀態(tài)，這樣可以通過“斷線”來診斷輸入傳感器的回路是否斷路，提高了輸入信號的可靠性。
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一旦輸出了信號之后，就和PLC本身失去了關(guān)聯(lián)，也就是說輸出后，比如說“接通”外部繼電器，繼電器本身最后到底通沒通，PLC并不知道，這是因為沒有外部設(shè)備的反饋所致。安全PLC具有所謂“線路檢測”功能，即周期性的對輸出回路發(fā)送短脈沖信號（毫秒級，并不讓用電器導(dǎo)通）來檢測回路是否斷線，從而提高了輸出信號的可靠性。
2.2．1oo2雙通道系統(tǒng)
兩個控制器的并行處理和連線，可以把單個PLC危險失效的影響降到最低。
為了可靠斷開系統(tǒng)，兩個輸出電路采用串行連接，以防止任何一個控制器在危險的方式下失效，造成系統(tǒng)失效危險。
1oo2結(jié)構(gòu)（圖2）常用于兩個獨立邏輯解算器、并各自帶有自己獨立的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)的停車和機械系統(tǒng)的停機。
圖2：1oo2結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)的輸入方式有兩種：一種為一個傳感器接到兩個輸入點上（可以使用同一個模塊的兩個點，也可以使用兩個模塊的兩個點，廠商推薦用戶最好采用不同機架上的兩個不同模塊的兩個點）；一種為兩個傳感器或者一個傳感器的兩個接點接到兩個輸入點，這樣可以進一步提高輸入信號的可靠性（傳感器冗余）。
圖中的結(jié)構(gòu)為兩個彼此獨立的系統(tǒng)，在輸出之前并沒有對輸入信號和運算結(jié)果進行表決，而有些系統(tǒng)對輸入信號和邏輯結(jié)果要進行表決，然后輸出。1oo2系統(tǒng)的表決機制也非常特別。當(dāng)兩個輸入都為“0”或“1”信號時，自然沒有問題。但如果出現(xiàn)一個為“0”、而一個為“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)用進行設(shè)置。如果“0”為安全值，那么出現(xiàn)一個“0”和一個“1”時，就選擇“0”，相當(dāng)進行了一次3選2的表決。
下面再談?wù)勢敵龅慕泳€方式問題。一般來說也有兩種接法，被稱為：安全接法和冗余接法。所謂安全接法指的是：輸出的兩個通道進行串聯(lián)后再接執(zhí)行器，邏輯關(guān)系為“與”，也就是說：一個通道為“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：輸出的兩個通道進行并聯(lián)后再接執(zhí)行器，邏輯關(guān)系為“或”，也就是說：一個通道為“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)使用一個帶有診斷能力的單一控制器通道，和第二個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)。因為這種系統(tǒng)的造價相對低廉，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)由一個單一邏輯解算器和一個外部的監(jiān)視時鐘而構(gòu)成，定時器的輸出與邏輯解算器的輸出進行串聯(lián)接線。
在更先進的系統(tǒng)中，內(nèi)置診斷控制一個獨立串聯(lián)輸出，當(dāng)系統(tǒng)檢測出失效時，它會強制系統(tǒng)處于斷開狀態(tài)。診斷功能把檢測到的一個危險失效轉(zhuǎn)變成一個安全失效。
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，而另一個繼電器由內(nèi)部診斷控制，提供了第二個常開接點開關(guān)。如果在輸出通道檢測到一個潛在的危險失效，繼電器觸點就會斷開，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實現(xiàn)1oo1D結(jié)構(gòu)，比如兩個常開點，或者一個常開點加一個常閉點等。后綴“D”反映了系統(tǒng)在每個通道中，具有更廣泛和更細(xì)致的自診斷能力。第二個停機路徑，就是由這個自診斷系統(tǒng)，運用高級的“依據(jù)參考”的方法進行系統(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，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”失效的結(jié)構(gòu)設(shè)計，就是三選二結(jié)構(gòu)（三個單元中選擇兩個相同的結(jié)果用于安全功能，見圖4）。這種帶有三個控制器單元的結(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、工作站、驅(qū)動器、
馬達(dá)、 內(nèi)存卡、 電源，機器人備件等)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
RF 050 Rofin Sinar Co2 laser 5000 W ( RF050 ) 5000W
Rofin Sinar Industrial Laser Manufactured in 2002!!NICE
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Rofin Sinar RSY 1000 P 1000 watt Nd:YAG laser welding system RSY1000P
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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
FOR STRIPPET COMBO LASER SYSTEM - HAVE CHILLER, TOO,
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Rofin Sinar 130400369 Focus 348mm RODENSTOCK 1064nm len
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Rofin Sinar 1010-4 HEAD GALVO RSG 532nm
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Rofin Sinar Laser P/N 150500340 & OPHIR P/N 170297
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ROFIN SINAR 909 CIRCUIT BOARD PULLED FROM ROFIN LASER
ROFIN SINAR 405-2B I/O BOARD PULLED FROM ROFIN LASER
ROFIN SINAR 937-2 BOARD PULLED FROM ROFIN LASER
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ROFIN-SINAR 508-0692 0185.01/03 RSL TERMINAL V2
Rofin Sinar Power Supply 15vdc 220126
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ROFIN SINAR SIEMENS LASER PCB MODULE MAT. NO: 223528
GOOCH & HOUSEGO QS27-4S-B LASER Q SWITCH ROFIN SINAR
ROFIN-SINAR 90degee LASER MIRROR
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rofin sinar rsg 1010-4's Galvo scanner scanlab Galvo scanner
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