罗克韦尔自动化 控制系统 安全系统 机器安全 2012年01月16日
引言
未来的集成安全系统将会提供更多选择，也更加灵活，以便应用安全技术满足具体需要。Roback 说：“随着安全和标准组件不断地无缝集成到控制系统设计中，实施安全保障将不再是一门孤立的学科，而将成为设计过程中更加天然的有机组成部分。反过来，这些创新也将在帮助提高利润的同时，让工作人员和机器更加安全。”
集成安全方面的进步有助于进一步简化控制系统的设计并降低成本。
在先进技术和行业标准变革的刺激下，针对安全和标准控制的单一系统平台的设计、执行和维护已经较以往大大地得到了简化并更具有成本效益。在安全系统的部署方面，最近的技术进步为自动化设计人员提供了更大的灵活性，从而削减了成本并提高了生产效率。
经济因素是指在保障安全的同时增加最终收益。它推动着安全系统从旧式的硬接线解决方案发展到联网系统，再到现代的集成配置。
罗克韦尔自动化安全系统、控制和可视化部门的营销经理 Tim Roback 说，设计人员将控制系统的安全功能与非安全功能集成的越好，就越有可能减少设备冗余、提高生产效率以及将成本降至最低。
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由于应用的标准部分和安全相关部分可以使用相同的系统组件，因此设计人员才得以降低硬件成本。
另外，由于不再需要独立的安全控制器，因此集成后的安全系统也可以使用单个编程软件包。这样一来，也不再需要在不同的控制器上编写和协调多个程序，从而简化了应用程序编程工作，有助于削减培训和支持成本。
此外，使用单一开发环境还能降低昂贵的重复开发风险。例如，如果控制工程师需要从一路扩展为三路，只要将所需的应用程序通过端口从一个连接到下一个即可。
组件越少就意味着面板外壳越小，从而可以在控制柜上节省费用，同时也可以减少占地面积。
CIP 安全协议集成
Roback 解释说，伴随着 CIP 安全协议的引入，集成安全系统的发展又迈出了重要的一步。过去，无缝通信几乎不可能实现，因为没有哪个网络能够在集成安全和标准控制系统的同时，又能在多个车间的实体网络之间实现无缝数据传输。
随着通用工业协议 (CIP) 这个独立于实体网络的工业网络应用程序协议的推出， 这种情况已经永远地成为了历史。CIP 协议涵盖了在所有 CIP 网络(DeviceNet™、ControlNet™ 和 EtherNet/IP™)中进行控制、配置、收集和共享的一整套一般性服务。
过去，因为标准系统对安全事件的认识有限，机器某部分的安全事件可能会导致整台机器停机。
CIP 安全协议允许控制和安全系统在同一网络中共存，并可在安全和标准应用程序之间共享数据。这样一来，工程师就可以执行区域控制，即机器的一个区域进入安全状态，而其他区域则继续运行。
与传统系统不同的是，安全和标准控制系统的集成让操作人员和维护人员能够通过机器或人机界面 (HMI) 查看所有的机器事件，当然其中也包括安全事件。有了集成系统带来的可见性，车间人员便可以迅速反应，让机器尽快恢复到全面生产状态。
有了 CIP 安全协议还能尽量减少网络之间昂贵且维护困难的网关安装的必要。开发安全网络之前，工程师通常不得不使用较小的系统，或是尽可能降低它们的性能要求，因为将互锁器和基于继电器的安全逻辑通过硬接线连接到完整的自动化系统非常困难。
现在，工程师只要将他们的设备集成在普通的实体网络部分中，然后允许安全和标准信息在设备和控制器之间传输就可以了。
新一代安全控制
集成安全方面最近的发展包括合理利用通用控制平台的优势以及将其扩展到更小巧、可扩展性更好的封装形式。这就让用户的设计更加灵活，使他们在更多种类的应用中可以采用集成安全功能，这也包括多种中型应用。在以前，这些中型应用可能由于受到成本的局限而认为没有必要使用大型的控制器。
Roback 说：“罗克韦尔自动化全新的 Allen-Bradley® Compact GuardLogix® 可编程自动化控制器 (PAC) 能够执行全部的机器控制功能，这包括驱动器、运动控制和高速序列控制。同时还能执行 SIL 2 和SIL 3 安全功能。”
他继续说道： “ 多策略控制器专为中型应用而开发，为设计人员提供了以前只有大型集成系统才能拥有的安全功能。”
集成安全系统还带来了通用编程环境方面的好处，它有助于减少设计、配置、启动和维护方面的时间和成本。有了同时管理安全和标准功能的单一软件程序，工程师不再需要分别手动管理标准和安全存储器，也不用考虑通过逻辑划分来隔离安全了。
设计更简单
这些高效的设计让全球包装制造商Amcor 在澳大利亚的 Revesby 铝罐头加工厂实施了全新的集成安全解决方案。从前，该工厂的 11 个罐身成圆机和修剪机上的标准控制器与独立硬接线的安全控制系统呈互锁状态。现在则分别通过 11 个独立的集成安全控制器进行管理。
EtherNet/IP 连接提供了机器之间的互锁，并将集成安全控制器连接到工厂的监控和数据采集 (SCADA) 系统。分布式 I/O和 CIP 安全网络的组合有助于缩短现场安装和布线时间。在集成的开发环境中，工程师们的标准开发和安全控制系统代码开发可以同时进行，从而大大节省了时间。
此外，随着集成控制架构的建立，系统的开发和扩展也将变得更加简单。
提高控制的一致性
Roback 指出，高完整性用户自定义指令 (AOI) 等新的软件工具对于提高安全系统设计的效率和准确性贡献极大。AOI 将代码封装到经过预先验证的模块中，从而方便了重复使用。这提升了项目之间的一致性，有助于简化调试和故障处理工作，并且能够将出现编码错误的风险降至最低。
这些高完整性的 AOI 利用签名功能来帮助设计人员保护数据，避免产生有意或无意的改动。签名功能可以让他们了解到 AOI 定义是否已被修改。该版本控制功能在制造商需要保持一致性以迎合监管要求、保护知识产权的监管严格的行业非常重要。
未来的集成安全系统将会提供更多选择，也更加灵活，以便应用安全技术满足具体需要。Roback 说：“随着安全和标准组件不断地无缝集成到控制系统设计中，实施安全保障将不再是一门孤立的学科，而将成为设计过程中更加天然的有机组成部分。反过来，这些创新也将在帮助提高利润的同时，让工作人员和机器更加安全。”
