安全現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其在汽車(chē)行業(yè)的應用
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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-Interfacesafety、Profisafe、DeviceNetSafety、interbussafety及Safetybusp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
一個(gè)標準的安全總線(xiàn)系統應包括：
帶雙CPU的安全PLC；
安全總線(xiàn)協(xié)議；
安全總線(xiàn)接口I/O及安全傳感器。
最初，人們普遍認為僅僅通過(guò)軟件上的變化來(lái)改變總線(xiàn)系統的性質(zhì)是一種冒險的行為，但恰恰是安全總線(xiàn)系統內部固有的安全協(xié)議保證了整個(gè)系統的安全性。協(xié)議中規定的諸如：數據冗余、交錯互檢等功能保證了數據傳輸的高可靠性及故障診斷的快速及時(shí)等特性。
安全總線(xiàn)系統不僅能夠單獨使用，還能直接連接到標準的總線(xiàn)系統中去，而無(wú)需其他輔助設備。
二、安全總線(xiàn)系統的優(yōu)點(diǎn)
性能卓越的傳輸介質(zhì)，已經(jīng)過(guò)“高噪聲干擾”等惡劣場(chǎng)合的考驗；
重合“節點(diǎn)地址”的自動(dòng)檢查功能；
內置的“數據鏈路層”的重審功能；
通過(guò)配置建立的“優(yōu)先權”功能；
非常低的誤碼率（≤10-7相當于在滿(mǎn)負載運行情況下，150年只允許出現1次錯誤）。
安全現場(chǎng)總線(xiàn)現正處于起步階段，Profisafe安全現場(chǎng)總線(xiàn)現已完成協(xié)議的制訂，在歐洲已開(kāi)始產(chǎn)品的推廣和試用，Siemens公司計劃于2004開(kāi)始在中國進(jìn)行推廣。DeviceNetSafety安全現場(chǎng)總線(xiàn)現正處于協(xié)議的完善階段，較Profisafe會(huì )晚一步開(kāi)始市場(chǎng)推廣工作。
三、安全總線(xiàn)系統在汽車(chē)行業(yè)的應用
（1）焊接機器人
汽車(chē)廠(chǎng)焊接車(chē)間中存在著(zhù)大量的焊接機器人，焊接機器人周?chē)枰惭b機械式安全圍欄、安全門(mén)鎖、激光區域保護掃描器及急停開(kāi)關(guān)等安全保護設備。這些安全保護設備通過(guò)“安全總線(xiàn)接口”連接到安全總線(xiàn)系統中去（如圖4所示）。
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