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功能安全,早布局早受益

作者:作者:宋華振 發(fā)布時間:2025-05-30

摘要: 功能安全,正在成為越來越的多用戶關(guān)注的焦點(diǎn),尤其對于規(guī)劃“出海”的本土機(jī)器制造商而言,功能安全是一個需要未雨綢繆的技術(shù)布局。

  功能安全是本土機(jī)器制造商“出?!钡谋匾夹g(shù)布局,基于“模塊化”的軟件思想構(gòu)建的安全系統(tǒng),可以幫助本土機(jī)器制造商在保障安全的同時提升效率,開拓國際市場。
  功能安全,正在成為越來越的多用戶關(guān)注的焦點(diǎn),尤其對于規(guī)劃“出?!钡谋就翙C(jī)器制造商而言,功能安全是一個需要未雨綢繆的技術(shù)布局。
  在很長時間里,人們都認(rèn)為安全是高投入而低回報。但,首要的在于生命的重要性,其次,對于用戶而言,安全還意味著重值資產(chǎn)的保護(hù)。對于機(jī)器制造商,安全它也意味著一個機(jī)遇,進(jìn)入新市場,拉開在競爭中的差距,獲得高回報市場。
  安全-作為一種準(zhǔn)入門檻
  功能安全(Funtional Safety),就是進(jìn)入工廠的設(shè)備需要滿足功能安全一致性認(rèn)證的需求。它主要為了避免重大的人身安全事故。因?yàn)槿绻霈F(xiàn)人身安全事故,對于大型的終端生產(chǎn)企業(yè)而言,都意味著巨額賠償,以及監(jiān)管的審查,停業(yè)整頓等。這將造成較大的企業(yè)財務(wù)及形象等多方位的損失。因此,終端生產(chǎn)企業(yè),會對裝備提出安全方面的設(shè)計(jì)需求,以和自身工廠的其他安全系統(tǒng)構(gòu)成整體的安全保障。
  安全關(guān)乎效率
  事實(shí)上,功能安全的設(shè)計(jì)思想在于“平衡效率與安全之間的關(guān)系”,既要保證安全,又要確保生產(chǎn)的連續(xù)性。以幾個典型場景來說明:
  場景1:SLS -安全速度限制
  對于很多連線的生產(chǎn),如果因?yàn)榘踩斐闪送C(jī)的話,就會造成在制品的損耗,以及為此而需要重啟生產(chǎn)帶來的開機(jī)浪費(fèi)。對于一些高附加值的生產(chǎn)來說,這就會是較大的損失。那么,如果采用SLS -安全限速,這是基于較高動能的設(shè)備會造成人身傷害,但如果這個速度僅極低速度,例如從10m/S降低到0.5m/S,它并未完全停止,但又不會對人造成傷害。
  場景2:STO -安全扭矩切出
  對于進(jìn)入一個裁切刀的區(qū)域的人來說,這個風(fēng)險會較大,但采用STO,它就可以讓這個伺服驅(qū)動器處于停止,其編碼器位置并未丟失。當(dāng)人離開這個危險區(qū)域的時候,那將繼續(xù)工作,從原來的位置開始,并不會丟失工作信息。
  凡此種種,包括在安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì),在安全系統(tǒng)的規(guī)劃中,都預(yù)先需要考慮這些問題。
  場景3:當(dāng)機(jī)器的配置更換時,安全系統(tǒng)如何適應(yīng)這個變化?
  安全系統(tǒng)需要嚴(yán)格的設(shè)計(jì),若是每次都要重復(fù)繁雜的驗(yàn)證過程的話,那就會帶來較大的工程不便。而基于“模塊化”的軟件思想構(gòu)建的安全系統(tǒng),則可以采用模塊化的機(jī)器構(gòu)造了構(gòu)造安全系統(tǒng)。它在系統(tǒng)拆除其中一個機(jī)械單元,或新增一個單元時,僅需配置或系統(tǒng)的自動識別來實(shí)現(xiàn)安全系統(tǒng)的適配(見圖1)。

  ▲圖1:生產(chǎn)系統(tǒng)的變化-安全配置的調(diào)整。
  這些經(jīng)常發(fā)生在長流程類的生產(chǎn)如印刷后道裝訂、食品飲料包裝等領(lǐng)域。機(jī)器系統(tǒng)組合發(fā)生變化的時候,安全系統(tǒng)也可以跟隨其配置變化。
  安全-須未雨綢繆
  對于今天中國的機(jī)器制造商,越來越多的希望“出?!?,但是安全就是個必須要考慮的。之所以如此,因?yàn)?,安全還是一個較長周期的開發(fā)任務(wù)。安全是一個包括了風(fēng)險評估、系統(tǒng)選型、程序、測試驗(yàn)證、運(yùn)行部署、維護(hù)、拆除全生命周期的概念的系統(tǒng)。因此,它通常需要較長的技術(shù)布局,要讓安全的應(yīng)用處于“Ready”的狀態(tài),才能在一旦需要時,快速把握市場的機(jī)會。
  完整的安全產(chǎn)品家族
  貝加萊的機(jī)器功能安全是具有非常悠久的歷史產(chǎn)品線,并經(jīng)過不斷的更新發(fā)展,已經(jīng)形成了非常完整的安全系列。它包括了以下幾個方面:
   SafeLOGIC
  安全邏輯控制器,基于功能安全規(guī)范設(shè)計(jì)的安全型控制器,其內(nèi)部采用冗余架構(gòu)支持,包括安全的芯片及設(shè)計(jì)認(rèn)證(見圖2)。

  ▲圖2:安全邏輯控制器
  貝加萊安全控制器包括標(biāo)準(zhǔn)的SafeLOGIC和小型的SafeLOGIC X,后者僅針對20個安全節(jié)點(diǎn)的小型安全應(yīng)用。
   SafeMOTION
  貝加萊的SafeMOTION包括了硬件的安全電機(jī),以及安全的驅(qū)動器ACOPOSmulti、ACOPOS P3、ACOPOSmotor均有安全認(rèn)證。同時,也包括這些安全硬件運(yùn)行的安全功能(見圖3)。

  ▲圖3:SafeMOTION支持的安全功能
  SafeMOTION包括了:STO:安全扭矩切出;SOS:安全停車;SLS:安全速度限制;SLI:安全增量限制;SLA:安全加速限制;SLT:安全扭矩限制;RSP:安全的剩余位置;SBT:安全剎車測試;SBC:安全剎車控制;SSO:安全速度觀測器;其它包括安全的編碼器監(jiān)測、停電模式、安全節(jié)點(diǎn)參數(shù)功能等。
   SafeROBOTICS
  機(jī)器人系統(tǒng)由于其牽扯到坐標(biāo)變換,以及每個軸的動作解析。其功能安全主要聚焦于末端中心點(diǎn)(TCP)的相關(guān)功能,如SLS@TCP-即,末端中心點(diǎn)的速度限制。即,通過TCP的速度限制來降低安全風(fēng)險。還包括位置限制、方向限制以及空間限制。
  SafeIO
  除了X20系列刀片I/O的安全模塊,貝加萊還有IP67防護(hù)等級的安全I(xiàn)/O模塊;同時,安全I(xiàn)/O還包括了模擬量和溫度的模塊;這些I/O本身也是做了涂層處理,包括寬溫、潮濕工況下的適應(yīng)力。
  SafeDesigner
  在功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,其設(shè)計(jì)軟件本身也是要經(jīng)過認(rèn)證的,SafeDesigner則是貝加萊針對安全類應(yīng)用的設(shè)計(jì)軟件。實(shí)際上,它也是遵循PLCopen Safety的標(biāo)準(zhǔn)化模塊編程,并經(jīng)過測試認(rèn)證的軟件(見圖4)。

  ▲圖4: SafeDesigner可以快速開發(fā)安全應(yīng)用
  openSAFETY
  openSAFETY是安全的控制器、驅(qū)動、I/O站以及第三方安全設(shè)備間的通信規(guī)范。它能夠?qū)崿F(xiàn)確保功能安全的數(shù)據(jù)通信,包括對安全相關(guān)的交互,以及安全相關(guān)的數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)差錯的處理機(jī)制。openSAFETY是經(jīng)過嚴(yán)格現(xiàn)場驗(yàn)證的成熟總線,基于POWERLINK的網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)制,符合IEC61784-3標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。
  以上,可以全景看到貝加萊有非常完整的功能安全產(chǎn)品技術(shù)體系。滿足各個領(lǐng)域的機(jī)器安全開發(fā)所需的基礎(chǔ)平臺支撐。
  安全認(rèn)證
  貝加萊的安全認(rèn)證包括來自TUV/GL/UL相關(guān)的認(rèn)證,最新的UL6200為進(jìn)入氫能領(lǐng)域的設(shè)備也提供安全控制系統(tǒng)。
  貝加萊還通過了以下眾多的安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn):
  ■ IEC 61508 ED 2《電氣/電子/可編程電子安全系統(tǒng)的功能安全》
  ■ ISO 13849-1《機(jī)械安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則》
  ■ IEC 62061《機(jī)械安全-與安全有關(guān)的電氣、電子和可編程電子控制系統(tǒng)的功能安全》
  ■ IEC 61511《過程工業(yè)安全儀表系統(tǒng)》
  ■ EN 50156《熔爐與附屬設(shè)備的安全系統(tǒng)》
  ■ EN 692 / EN 693 / EN 12622 / EN 13736,分別是針對《機(jī)床-機(jī)械壓力機(jī)的安全》、液壓機(jī)CE認(rèn)證及安全、《機(jī)床安全-液壓制動器》、《機(jī)床安全-氣動壓力機(jī)》等的安全標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。
  除了安全相關(guān)認(rèn)證,貝加萊的全系列控制產(chǎn)品都是經(jīng)過了如DNV-GL的船級社認(rèn)證的。
  關(guān)鍵概念: 
  ■ 功能安全的設(shè)計(jì)既要保證安全,又要確保生產(chǎn)的連續(xù)性。
  ■ 完整的功能安全產(chǎn)品技術(shù)體系可滿足各領(lǐng)域機(jī)器安全開發(fā)所需的基礎(chǔ)平臺支撐。
  思考一下: 
  機(jī)器制造商如何在功能安全方面實(shí)現(xiàn)快速布局?

社區(qū)公告

貝加萊是一個總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新驅(qū)動型自動化企業(yè),2017年7月,貝加萊成為ABB集團(tuán)的一個業(yè)務(wù)單元。作為全球工業(yè)自動化領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者,貝加萊融合了前沿技術(shù)與先進(jìn)的工程能力,為各個產(chǎn)業(yè)客戶提供機(jī)器與工廠自動化、運(yùn)動控制、HMI以及集成安全技術(shù)的完整解決方案。貝加萊保持持續(xù)的創(chuàng)新精神,為客戶提供更為簡化以及超出預(yù)期的工業(yè)自動化領(lǐng)域前沿技術(shù)與方案。

聯(lián)系貝加萊

貝加萊工業(yè)自動化(中國)有限公司
聯(lián)系人:王琳
地址:上海市田林路487號寶石園21號樓
郵編:200233
電話:021-54644800
傳真:
公司網(wǎng)址:http://www.br-automation.com/zh

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