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现场总线的规范改动

供稿:中国工控网 2016/9/7 10:22:55

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  • 关键词: 安全网络
  • 摘要:​在美国,关于安全现场总线的规范做出了一些改变,虽然偏见仍然妨碍着现场总线的广泛采用,开发商们业已证明安全现场总线可以提供传统硬接线所具有的所有安全特性

在美国,2015底关于安全现场总线的规范做出了一些改变,这使得美国的现场总线开发商和用户们有机会赶上他们的欧洲对手。虽然偏见仍然妨碍着现场总线的广泛采用,开发商们业已证明安全现场总线可以提供传统硬接线所具有的所有安全特性,还可以节省费用并且使灵活性达到新的水平。

如果你不能实际看到你的安全网络,那么你最好绝对肯定你有办法确信它存在并且运行的很好。幸运的是在过去几年中对规范进行了修订,这使得现场总线开发商们为用户提供安全现场总线和相关的解决方案成为可能,还使用户能够得到他们所要求的更少的材料消耗和人工时,以及更高的工作效率。例如美国国家防火协会(NFPA)最近修订了规范,允许安全现场总线和安全plc在更多的场合应用。在管理工业机械的电器设备的NFPA 79规范中,这个机构长期以来一直禁止使用现场总线或者其他供电的网络系统。

同样地,国际电工委员会(IEC)最近出版了关于安全相关的机电设备、固态电子以及基于计算机系统的IEC 61508标准。它定义了系统的整体安全级别(SIL),例如安全现场总线以及相关产品必须达到SIL 3IEC最近还起草了针对过程和控制设备的6151162061标准。

惯性与经济性

尽管已经获得了这些规范的批准,可是大多数潜在的最终用户仍然非常不情愿采用安全网络系统。他们不愿意用任何双绞线的现场总线系统来代替硬接线系统,这通常是因为相同的原因:你可以亲眼看到点对点的硬接线,但是对于现场总线,看来你只能自己说服自己:这一根低功率的电路的确能够实现与点对点硬接线系统一样的功能。这就是为什么大量的主要工业网络系统继续采用基于4~20 mA硬接线的方式,其数量估计占75~80%

不管怎样,这个惯性正在不断地被用户身上承受的一贯的经济压力所抵消,经济压力迫使用户们必须在应用中压榨出甚至比以前更多的效率,节约比以前更多的费用。事实上,有证据表明安全现场总线系统以及对其可靠性的信心正在推动计划的执行。最近,来自ODVA的调查发现,在北美和欧洲有18.2%的被调查用户现在购买安全PLC,但是有43.9%计划在3年内购买。同样地,虽然只有9.1%的被调查用户正在使用安全网络系统,但是有超过42%计划在3年内使用。

PilzSafetyBUS p

为了满足这些预期的需求,现有最好的安全现场总线系统之一,来自Pilz Automation Safety LPSafetyBus p最近发布了新的可编程 安全系统(PSS) SB2,其容量是原来的两倍,允许用户在一套可编程安全系统中连接128个节点。虽然Pilz Automation Safety LP在全球已经有多达100,000个节点投入使用,预料SafetyBus p会使其继续增长,因为Pilz已经推出了多种多样的产品系列,包括两种SafetyBus p接口和模块。Pilz 2005年还计划推出新的SafetyBus来扩展系统的结构。

到目前为止,Pilz 推出的SafetyBus p已经有5年历史了,它开始于开放式的现场总线系统CANopen,增加了信号校验能力、发送和接受信号时的时序能力以及其他软件。这些能力使得这个三线制的隔离的总线系统消除了信号回波、信号丢失、虚假信号以及重复信号的影响而更加安全。由于在所有的可编程安全系统设备中采用了双芯片的芯片组,SafetyBus p还获得了欧洲EN-954-1 Category 4的正式批准。

“许多潜在用户正在自己测试安全系统,看看在发现和修理故障时究竟能够节省多少时间”,Pilz的工程经理Dino Mariuz说,“替代传统的继电器,他们发现可以比硬接线节省40%的时间”。

PROFIsafe

另一家著名的安全现场总线,来自PROFIBUS InternationalPROFIsafe是基于PTOPROFIBUS-DP,采用多种传输媒介—包括RS-485和光缆。有3年历史的PROFIsafePROFIBUS协议中增加了专门的安全层;PROFIsafe采用标准的PROFIBUS电缆,提供错误检测功能以达到SIL 3要求。

PROFIBUS Interface Center的测试实验室主任John Swindall说:PROFIsafe的层状方式生成一个‘black channel’,把安全数据整合在普通的PROFIBUS数据中。安全数据包括CRC校验、意向中的主/从地址以及序列号,这有助于查找丢失的数据。

PROFIsafe还得到了德国T哣的正式批准,它是指定的认证机构,检查PROFIsafe在控制运算中应用的算法和多项式。但是使潜在用户信任PROFIsafe的可用性和可靠性依然不是容易的事。

“现场总线工程师们是一个非常保守的群体,其中处理安全问题的人甚至更加保守”,Swindall说。“我想他们正开始克服自己的不情愿而做出改变,但是美国的用户仍然处于接受安全网络系统的早期阶段。PROFIsafe是成熟的系统,运行在12 Mbps的速度下,这使它成为该领域最快速的协议。这意味着用户可以把他们系统的一部分改成安全网络系统,和其他非安全设备一起运行,这样即使产生问题也只会影响一条总线,不会使整个系统的处理能力受到损失。”

除了研制多种PROFIsafe-complaint产品,开发商和PTO的上级机构正在进行工作,以便把PROFIsafe的能力提升到PROFIBUS-PA来覆盖全部的过程应用。

CIPsafety, DeviceNetsafety

集成安全控制和标准控制,这样它们就可以相互影响,最近ODVA开发并将CIPsafety扩展增加到了Common Industrial Protocol (CIP)中,它是一个被ODVADeviceNetEthernet/IPControlNet协议共享的应用层。CIPsafetyODVA的新的DeviceNetsafety提供基础,这使控制命令可以通过现有的DeviceNet网络传送。

“这意味着协议中包含了安全功能。因此不是导线在保证网络数据的安全;而是处理数据的路径使网络安全。” Rockwell AutomationPresence sensing业务市场经理Kimber Lynn Drake这样说。“也就是说一个安全PLC既可以同安全部分,也可以同非安全部分对话。”

CIPsafety的技术性能文件计划在2005年一月发布,TRhineland预计会在同一时间发出该协议的最终认证证书。ODVA也在计划扩展它的Ethernet/IPControlNet协议。

Interbus Safety

为了使Interbus协议具有安全网络能力,Interbus ClubPhoenix Contact已经花费了3年时间来开发Interbus SafetyInterbus具有500 kpbs 2 Mbps的通讯速率,已经通过认证并且成为IEC 61158的一部分,它是Interbus Safety的基础。

这个新协议由安全编码和安全数据构成,在Interbus的标准总体框架协议中,它们结合成一个数据包。Phoenix Contact的自动化市场经理Larry Komarek说这种总和的方法在上层通讯时需要的数据量较少。这样Interbus Safety只需要500 kbps的通讯速率来传送相同的数据;在同样的时间里传送同样的数据,其他方法需要1.5 Mbps的速率。另外,在2 Mbps的操作模式下, Interbus Safety可以在典型应用时获得低于10毫秒的响应速度,例如1000个标准I/O加上100个安全I/O

Interbus Safety的使能单元采用T哣批准的功能块编程,例如E-stoptwo-hand control或基于WindowsSafetyProg软件中的电敏感保护设备,它们都与IEC 61131标准兼容。这样用户就不需要编写自己的代码了。

Interbus Safety的安全功能达到了EN 954Category 4以及IEC 61508SIL 3级别。

Komarek补充说:“Interbus Safety已经通过了beta测试,计划于2005年一季度在欧洲发布,随后在全球展示。”

CC-link Safety

CLPA提供的资料显示,CC-Link现居亚太地区现场总线市场份额的第一位,全球销量为68万个节点/年。基于对安全产品市场的重视,及给用户带来的利益的认可,CLPA2004年成立了CC-link Safety WG(工作组),并将于2005年即将推出CC-Link Safety。它是针对机械和制造设备安全要求的解决方案,在原有的CC-Link协议的基础上,根据CAT4(ISO13849-1)SIL3(IEC 61508)标准的要求,增加了一个附加协议,提高与故障安全等相关的信号和信息的通讯可靠性。


审核编辑(王雪)
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