安全現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及在汽車(chē)行業(yè)的應用

一直以來(lái)，安全控制技術(shù)一直落后于標準的控制技術(shù)。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，讓我們回顧一下幾十年來(lái)自動(dòng)化控制系統的發(fā)展歷程。30年前，幾乎所有的控制系統都采用繼電器控制方式，但這種方式安裝和維護的成本較高，且重新配置系統比較麻煩，非常不靈活?；谶@些原因，PLC及其他一些比較“智能”的控制技術(shù)就逐步取代了繼電器控制方式，因為PLC減少了硬件配置，簡(jiǎn)化了安裝和維護過(guò)程，且能非常靈活地適應以生產(chǎn)過(guò)程為本的控制任務(wù)。隨著(zhù)生產(chǎn)規模的進(jìn)一補擴大和生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，控制系統的復雜性也在不斷增強，新型的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的時(shí)代來(lái)臨了，它不僅能使不同供貨商的設備共存于一個(gè)總線(xiàn)系統中，而且還能簡(jiǎn)化布線(xiàn)，加快信息在數字網(wǎng)絡(luò )上的傳播。但實(shí)際上，標準的現場(chǎng)總線(xiàn)系統還不能算是一個(gè)完美的總線(xiàn)系統，尤其在“安全控制”方面存在著(zhù)很大的漏洞。

以汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)為例，尤其是在自動(dòng)化程度較高的焊裝車(chē)間和總裝車(chē)間，大量的焊接機器人和裝配機械手的出現，造成了許多需要安全保護的危險區域，所以安全傳感器，如區域保護掃描器、安全光幕、安全鎖、安全地毯、急停開(kāi)關(guān)等的使用已經(jīng)非常普遍，但現在連接這些安全設備的控制系統仍停留在“安全繼電器”或“安全PLC”的非總線(xiàn)控制系統的低級控制狀態(tài)，大大限制了生產(chǎn)過(guò)程控制系統的發(fā)展。但如果將這些安全設備連接到非安全的現場(chǎng)總線(xiàn)系統（如標準的 Profibus、DeviceNet等總線(xiàn)系統）上去，就會(huì )存在比較大的安全隱患，是一種非安全的控制狀態(tài)。圖1所示的是安全產(chǎn)品的接線(xiàn)方式。

圖1 安全產(chǎn)品的接線(xiàn)方式

基于這種狀況，世界上幾家比較大的自動(dòng)化系統公司（如Siemens、Rockwell等）聯(lián)合了幾家著(zhù)名的安全傳感器的生產(chǎn)公司（如 SICK、OMRON），共同合作開(kāi)發(fā)了開(kāi)放性的、相互兼容的安全總線(xiàn)系統，如AS- Interface safety、 Profisafe、 DeviceNet Safety、 interbus safety及 Safety bus p等。這些安全總線(xiàn)控制系統大大加快了控制系統前進(jìn)的步伐。圖2 為一個(gè)標準的Profisafe總線(xiàn)系統結構圖。

圖2 一個(gè)標準的Profisafe總線(xiàn)系統結構圖

一、安全總線(xiàn)系統的結構

安全總線(xiàn)系統和標準總線(xiàn)系統的主要區別在于通信協(xié)議的標準不同。安全總線(xiàn)系統的安全是對標準協(xié)議的擴展，使得標準及安全裝置可在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )上運行。其獨特之處就在于安全通信的實(shí)現無(wú)需諸如網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)橋等昂貴的硬件設備，僅僅通過(guò)軟件層就可實(shí)現。圖3所示為安全總線(xiàn)的協(xié)議結構。

圖3 安全總線(xiàn)的協(xié)議結構