安全101｜什么样的串联才安全？

言归正传，以下我们将从如下3个方面来跟大家详细介绍一下“安全串联”系统的相关知识。

背景

1.DC-故障诊断覆盖率

如下图所示，DC（Diagnostic coverage），即诊断覆盖率，是影响安全等级的主要因素之一。用于衡量诊断有效性，确定了能识别到的危险故障（故障率）与系统总体危险故障（故障率）之间的比例。

根据不同的系统设计和检测手段，DC可参照相关标准进行量化，最终形成无—低—中等—高四个等级，来参与最终安全等级的计算和评估。

2.故障掩蔽

EN ISO 14119 标准以及技术报告 ISO TR 24119 规定了对位置开关逻辑串联的要求（下文简称为安全开关）。

在传统的安全开关串联（即简单地将触点手拉手串联）中，潜在的“故障掩蔽”风险限制了可达到的性能等级，使得在某些应用中无法实现此类串联。

简而言之，带有无电势触点的开关（例如安全门开关，安全门锁，非接触式安全开关，急停按钮等）串联时可能出现故障掩蔽。控制单元（安全继电器或者安全PLC）仅评估完整串联的信号，因此可能妨碍故障识别。

也就是说当串联在一起的多个传感器中的一个发生故障（如短路或交叉电路）时，没有及时被控制单元诊断出来，最终造成安全功能失效。

如需详细了解具体的“故障掩蔽”细节，可参考如下实例说明：

故障掩蔽过程示例

① 初始故障出现（例如安全开关2上因为电缆损坏而出现短路）。

② 损坏的安全开关被激活（安全门2、1打开并重新关闭），评价单元识别到一个差异，因此关闭并进入锁定模式（无法复位）。

③ 在查找故障时操作了另一个安全开关（安全门3、1被打开，然后重新关闭）。由于此安全开关上没有故障，因此两个通道同步关闭。不再存在差异。

④ 满足评价单元的输入要求：复位评价单元，从而掩蔽初始故障。

⑤ 复位评价单元使危险机器功能可以继续运行，但故障仍然存在。

⑥ 另一个通道的另一个故障（例如因为导线的进一步损坏）会导致安全功能失效（例如在打开安全门2、1) 时，评价单元可能无法发出停止指令）。

传统串联造成的风险

如下表，可以看出，随着串联的安全传感器以及操作频次的变化，DC-诊断覆盖率会发生降低：

如下表是安全等级相关的因素之间的关系，可以发现随着DC-诊断覆盖率的降低，系统能达到的安全等级也会降低：

实现方式

考虑前述说明，传统串联方法存在重大缺陷，会带来安全等级的降低，同时有限的诊断功能会导致不必要的停工期和较高的维护和维修成本。

然而来自SICK的Flexi Loop结束了这一切：

节省成本、支持诊断、安全可靠——Flexi Loop 是在一台机器中串联安全开关和其它安全传感器的出色解决方案。

要实现上述安全串联主要有2种方式：

✔  针对复杂应用，可实现丰富的逻辑控制和诊断信息

例如，采用安全控制器 Flexi Soft或Flexi Compact，配套相关Loop节点，可通过直观，自由的软件进行设置和程序编辑，实现相对复杂的逻辑控制和应用功能。

针对不同的传感器类型配套不同的Loop节点，而且兼容不同厂家的传感器类型，大大扩展了其应用范围。

(安全串联系统)

（各类Loop节点）

✔  针对简单的安全串联应用，保证一定的安全功能和安全等级

例如，采用RLY3-LOOP1/UE410类安全继电器与Flexi Loop节点相结合，是一种用于安全传感器级联，最多32个传感器、经济且无需软件的解决方案。

通过独立监控，可以在不降低安全等级的情况下达到性能等级PLe(SIL3)。相对于单独布线，明显减少了安装，调试等成本。

（Rely安全继电器）

典型案例

如下图所示，为一台自动化涂布机，该设备结构庞大，分布2层，涉及多个工艺流程，但需要集中控制，在每个机台均配置了相关的安全类产品，例如：安全光幕，安全门开关，紧急停止等等。

通过SICK 的安全串联解决方案：Flexi Soft/Flexi Compact配套Loop节点，有效地实现了客户的应用端需求。

系统局部配置

采用的产品

Flexi Soft主模块，IO模块及通讯模块，Flexi Compact控制器，安全光幕（C4RD，C4C类），各类Flexi loop节点，安全门开关（RE13，STR1等），安全光电L41等。

客户受益

✔  借助Flexi Loop安全串联，客户轻松地将多个传感器连接在一起，实现远距离传输，轻松高效地解决了这个问题。

✔  整个调试软件系统易于部署和操作，由于模块化设计和直观的配置软件，还节省了成本，而且可以使用相关模块，例如可以选用非安全的模块作为标准输入或输出。

✔  基于高安全级别的产品应用（特别是Flexi Loop的安全功能），它帮助客户实现了PLe Category 4，这是一些终端客户高度重视的。

✔  他们的主控制器还可以通过相关网关模块获取诊断或监控信息，这使得控制连接和信息透明成为可能。

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