贝加莱:集成架构安全方案有效解决安全生产协同问题

厂商:贝加莱工业自动化(中国)有限公司
作者:王燕平
  点击数:12097  发布时间:2016-02-19 18:43
中国制造业当前所面临的重要挑战是提高生产效率、增加制造的灵活性、缩短产品上市时间。然而在生产制造过程中,一旦发生安全事故,轻则耽误工期,重则造成设备财产损失、甚至威胁人员生命安全。为了避免危险发生,通常安全防护系统在检测到危险即将发生时会自动中断生产,但同时也带来了意外停车损失。
关键词:贝加莱 ,机械 ,工业安全

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贝加莱工业自动化(中国)有限公司产品经理 上官小晶

中国制造业当前所面临的重要挑战是提高生产效率、增加制造的灵活性、缩短产品上市时间。然而在生产制造过程中,一旦发生安全事故,轻则耽误工期,重则造成设备财产损失、甚至威胁人员生命安全。为了避免危险发生,通常安全防护系统在检测到危险即将发生时会自动中断生产,但同时也带来了意外停车损失。如何在生产过程中合理有效地避免意外发生而又能避免意外停车损失?来自奥地利的自动化公司贝加莱给出了他们的解决方案,贝加莱智能化、分布式和集成化的安全技术实现了极短的响应时间,使得安全关闭并不需要将整个设备关机,从而针对各种情况的智能安全响应能够在无需中断生产过程的情况下提供安全保障,为设备和系统开辟了一个全新的安全概念。广泛的机器选项,编程替代硬接线的理念,安全维护和诊断以及全系统安全通信相结合,来优化机器和系统的灵活性和可用性,贝加莱采用集成架构,打造了完美的工业安全防护解决方案。本刊记者专门采访了贝加莱工业自动化(中国)有限公司产品经理上官小晶,请他解读贝加莱的集成架构安全解决方案的优势以及在工业安全领域的实践成果。

《自动化博览》:智能制造、物联网是未来制造业的发展趋势,请您谈谈在这一发展趋势下,我国在工业安全领域有什么规划?

上官小晶:功能安全的基础国际标准是IEC61508。另外,针对不同的应用领域有不同的国际标准来指导和规范,如过程工业规范IEC/EN61511、机械设备安全标准ISO13849/IEC62061、道路车辆规范ISO26262等等。

近年来,国家十分重视安全问题,尤其是像石化行业这样涉及重大民生问题的过程安全问题。2014年国家安监总局特别发文,要求使用符合相关标准的安全仪表系统,并做了时间上的规定。安监局【2014】116号文件指出:从2016年1月1日起,大型和外商独资合资等具备条件的化工企业新建涉及“两重点一重大”的化工装置和危险化学品储存设施,要按照本指导意见的要求设计符合相关标准规定的安全仪表系统。从2018年1月1日起,所有新建涉及“两重点一重大”的化工装置和危险化学品储存设施要设计符合要求的安全仪表系统。其他新建化工装置、危险化学品储存设施安全仪表系统,从2020年1月1日起,应执行功能安全相关标准要求,设计符合要求的安全仪表系统。

随着人们安全意识的提高,工业安全防护必将成为工业领域的一大热点。而以过程工业安全为引领,其他领域的功能安全也必将走进工业生产的方方面面。对与工业安全防护相关的安全产品供应商、安全方案供应商来说,将迎来行业发展的春天。

《自动化博览》:请您介绍一下贝加莱的工业安全产品或解决方案,应用在哪些行业或领域?

上官小晶:贝加莱安全方案采用集成架构,安全系统和普通系统深度融合,且两者之间不会相互干扰,具体拓扑结构如图1所示。

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图1 集成架构的安全方案拓扑图

图1中黄色模块是安全相关模块,包括安全PLC、安全I/O和安全运动控制器等。该方案取得了TüVRheinland功能安全认证,满足SIL3标准,无疑是值得信赖的安全解决方案。

同时,该安全方案是一个开放的安全方案,支持第三方安全设备接入,不仅支持POWERLINK,还支持其他实时以太网总线,如PROFINET、SERCOS、Ethernet/IP等。主要应用于机械安全领域,如包装机械、印刷机械、塑料机械、金属加工设备、工业机器人等,为用户提供全方位的满足相关功能安全标准的整套方案。

《自动化博览》:请您谈谈贝加莱在工业安全领域的核心竞争力?并介绍一下近两年推出的新产品或技术?有哪些特色?

上官小晶:贝加莱在工业安全领域的核心竞争力是创新能力。2002年推出STO(Safe Torque Off),2005年推出openSAFETY概念,2006年推出STO/SIL3, 2010年推出SafeOPTION,2011年推出安全温度模块,2012年推出SafeROBOTICS,都是当时市场上唯一的产品。

近两年,贝加莱相继推出了一系列安全领域的新产品,如:

经济型安全PLC SafeLOGIC-X(支持较少点数的安全系统);

支持reACTION Technology的安全模块(I/O响应可达微秒级);

多通道输入输出安全模块;

混合型输入输出安全模块;

安全钥匙(系统在缺少安全钥匙的情况下将无法正常运行);

安全伺服驱动器ACOPOSmulti Safe MC、ACOPOS P3;

mapp SAFETY(支持贝加莱mapp TECHNOLOGY安全组件)等。

集成安全是贝加莱工业安全解决方案的关键。在工业4.0时代,必须面对的是生产线集成后的安全协同问题,在保障安全的前提下如何提高生产效率,这是必须予以考虑的,而openSAFETY正是为了满足生产线集成的安全而设计的。此外,随着机器人更为广泛地应用于工业制造领域,SafeROBOTICS是必需考虑的问题,贝加莱已经针对机器人安全设计了SLS@TCP等功能,以确保安全的机器人协同。

《自动化博览》:就您的了解,国内外工业安全法规标准制定和实施情况如何?我国与国外有什么样的差距?在哪些方面还有待完善?

上官小晶:就过程工业功能安全而言,我了解的法规及实施情况是:美国:ANSI/ISA-84已经接受IEC61511;日本:JIS已经使用IEC61508(第一版),IEC61508现行版本已经翻译,很多厂家内部使用IEC61508/61511;澳大利亚:AS 60508和ASIEC61511已经作为功能安全法规;欧洲:EN60508已经应用于各个跨国公司的产品;中东:IEC61508/61511的要求由采购商、工厂提出;中国:GBT 20438.1-7:2006(对应IEC61508)及GBT21109.1-3:2007(对应IEC61511)已经发布。

就机械设备功能安全而言,据我所知,欧洲、美国和日本均有完整的基于国际标准ISO13849的机械设备安全法规。中国也制定了相应的国标GB 28526-2012(对应EN62061),并于2013年5月开始实施。

从法规方面而言,我认为我国与国外的差距并不大,关键是隐藏在法规背后的设计理念和安全评估方法,我们还有待提高。

SafeLOGIC-X集成安全解决方案支持不同规模的应用

传统情况下,成本问题使得较小规模的应用一般不会选择集成安全解决方案,而往往采用硬接线解决方案,这样就不得不放弃集成方案在应用中的很多优势,需要解决扩展性不足以及不同大小应用之间的系统中断问题。目前,贝加莱提供了一个极其简单的解决方案来解决这些问题——SafeLOGIC-X。

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对于SafeLOGIC-X而言,通常由硬件控制器提供的功能是被标准PLC、安全输入模块和HMI单元共享的。这是在不牺牲集成安全技术的任何优势的情况下完成的。

现代机械的开发人员都很清楚从集成在总线网络的安全技术中可以获得哪些好处。他们很看重从接线中所节省的时间和成本以及虚拟布线所提供的灵活性——恰巧的是这样还能使模块化机器设备和系统设计变得更加容易。贝加莱安全解决方案的先进功能适用于运动控制,并且开放的以太网标准POWERLINK能够实现快速响应。通过openSAFETY传输安全信号,这是市场上唯一独立于总线的安全协议。贝加莱集成安全技术的应用范围正在迅速扩大,尤其是应用于更大和更复杂的机械中。

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作为唯一开放的安全标准,openSAFETY提供了远远超过简单满足SIL 3标准的通信服务。指定的配置和参数化服务确保参数和配置数据被安全监测并分布在网络上。这些创新功能是贝加莱全新安全解决方案SafeLOGIC-X架构的基础。

适用于任意大小应用的集成安全

“虽然集成安全技术拥有各种明显的优势,”贝加莱集成安全技术产品经理Franz Kaufleitner说道,“但是在一些应用中仍未实施。特别是涉及到小规模应用时,单独购买的价格往往是决定性因素,一个单独的安全控制器对于小规模的应用而言完全没有预算空间。”

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凭借SafeLOGIC,贝加莱可以提供市场上最全面且性能最高的安全系统。现在SafeLOGIC-X还将集成安全技术带到了更小的应用中。

然而,贝加莱全新的解决方案可以提供集成的基于总线的PLC的各种优势,并且与基于继电器技术的传统方案相比,其价格同样具有市场竞争力。用户获得的好处显而易见:始终如一的机器设计和诊断可以提升机器的可用性。

安全任务分布在现有硬件中

Kaufleitner说道,“通过使用软件,我们已经设法摆脱了对专用安全控制器的依赖。”贝加莱SafeLOGIC控制器提供的安全功能分布在整个现有的硬件组态网络中。为了做到这一点,贝加莱的专家将所有与安全相关的任务分成了三个包:

执行安全应用:该任务被外包给贝加莱X20 SafeIO系列安全输入模块。该安全硬件采用ARM双核处理器系统。

安全管理配置参数: 这些参数将被集中存储在SafeLOGIC控制器中。在更换控制器时,参数必须通过确保符合SIL3标准的方法传输到新的硬件中。这项任务被外包给了可相互监测的标准PLC中的安全任务组。

确认与安全相关的动作和事件:更换每个SafeLOGIC控制器上的用户界面没有任何问题。这是通过在操作面板上运行远程控制服务来实现的。使用开关元件通过按键和显示元件的形式确保安全确认。

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安全应用程序运行在贝加莱X20 SafeIO系列安全输入模块上,它拥有ARM双核处理器。

完全兼容小规模应用

SafeLOGIC-X为用户提供了集成安全解决方案的各种优势,有众多先进的可选产品:安全数字量I/O模块、安全模拟量I/O模块、安全温度输入模块、安全运动控制、集成诊断、安全线集成以及安全机器选项。

与使用SafeDESIGNER编辑器对基于硬件的解决方案进行编程相同,SafeLOGIC-X解决方案也是在Automation Studio中进行编程的。这拥有一个关键的优势,Kaufleitner指出:“当系统超出SafeLOGIC-X解决方案的时候,将其切换至专用的SafeLOGIC控制器没有任何问题。”现有的代码可以继续使用,这样能节省时间和成本。

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安全应用在Automation Studio的SafeDESIGNER图形编辑器中实现虚拟接线。不必马上决定应用程序将运行在SafeLOGIC硬件上还是SafeLOGIC-X解决方案上。这正体现了该解决方案的巨大优势:它完全可扩展。

安全应用程序易于扩展,并且能够根据任意系统大小进行配置。在添加安全输入和输出模块时,可以在SafeLOGIC控制器上简单地重复使用现有的代码。SafeLOGIC-X还允许通过机器选项在可视化终端上配置安全设备,就像基于硬件的解决方案一样。调试和技术服务人员可以轻松地完成修改,无需使用任何外部以安全为导向的编程设备。

完全独立于控制平台

任何运行贝加莱实时操作系统Automation Runtime的贝加莱产品都可以应用基于软件的安全解决方案,包括全系列的Automation PC和Panel PC以及Power Panel和模块化的X20控制模块。“我们已经成功地创建了一个能够填补市场缺口的易于扩展的解决方案,”Kaufleitner指出。“设备和系统制造商现在可以解决应用在各产品中的安全解决方案之间不一致性问题,并且不论应用规模大小都可以充分享受到集成安全技术的好处。”

摘自《自动化博览》2016年2月刊


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