自動化機械的硬接線點對點式安全系統已經過時了，機械制造商們帶來了安全運動的新時代，它集成在機械控制系統中，并引入了標準網絡體系結構。 iemens Energy & Automation的市場開發部和工業標準部經理J.B.Titus說：“運動控制工業正在發生巨大的變化，新標準應運而生，這將為機械操作者帶來新的安保方法。”這一切正在發生。 　　 舊方法—自動機械安裝的點對點式布線連接安全系統——比光纖差，容易出故障，維護費用高； 　　 新方法—集成在機械控制系統中的基于標準工業網絡的安全網絡——更有效、不易引發危險。 　　 它的安全功能是這樣作用的： 　　 X博士向客戶演示大型定制質子加速器，他并沒有打開高電壓能量束的電源供給，只是顯示雙等離子管質子槍能以60KeV的電壓射出150mA的質子束。 　　 150mA、60KeV意味著9000W的質子束——如果沒有水冷卻的話，它足夠將質子束的不銹鋼管壁烤得紅熱。X博士在預熱系統時候解釋說：“當然，我們安裝了連動裝置，來確保在沒有水冷的時候，操作人員不能打開質子加速器。” 　　 不幸的是，他緊跟著就補充道：“在最后一次裝配和測試時，我們放棄了連動裝置，在安裝和測試區，采用智能安全設備而不是連動裝置。” 　　 他剛說完，人群就被巨響嚇到了，六個12英寸的氣動真空閥關閉了，緊接著是警笛聲，因為真空系統感測到了質子束的熱量熔化了真空密封裝置中的銅。 　　 如今自動化設備的安裝比那些粗糙的半人工的控制系統要復雜的多，以前他只帶有幾是個傳感器，現在的自動生產線上可以帶有幾百個傳感器。連接在控制器上的簡單的連動開關已經無法勝任這些工作。 　　 在通常使用中，這些連動裝置是很有效的，但是在安裝和維護時就不那么有效了。特別是在故障處理時，他很難起到作用，而此時正是急需它起到作用的時刻。 [ALIGN=CENTER] 模擬點對點安全系統可以制造出一個銅線鼠巢（紅色部分），用于引入傳感器信號到達運動控 制器和驅動，達到出錯時自動切斷的目的。[/ALIGN] 急需改變 　　 Molex分公司Woodhead的總經理Edmund Nabratzky說：“人們一度認為如果你要確保安全，就不得不把一根硬銅線穿過導管，再用螺帽壓緊。你需要一個電工專門做這件事，而且每次你要增加一個停止按鈕或一個安全柵的時候，你都需要再引出一條硬銅線，直接連到面板后面。” 　　 這些做法，在很長的一個時間段內，被認為是確保安全的唯一方法。事實卻完全不是這樣。 　　 Nabrotzky報告說：“在實際安裝中我們注意到了，這些器件很容易產生故障。他們的機械特性使他們不可避免地容易粘連和磨損，隨之而來的，是連接變得不可靠，經常出問題，安全系統也就無安全可言了。” 　　 “我們也同樣發覺這些器件很麻煩，當系統中某處發生了錯誤，整個條線都癱瘓了。而且對于關鍵安全環節和非關鍵環節的區分是沒有什么捷徑可循的。通常的解決方法是系統停運，等待發現故障的所在，然后獲得授權，重新設置。” 　　 Bosch Rexroth公司驅動和控制分公司的自動化和機床分部經理Karl Rapp指出：“機械的運轉越來越快，而人的反應速度是不變的，所以例如門限和開關的老方法（通過打開門限或按緊急停止開關來關閉系統）就不足以完成 機械控制了。” 　　 在20世紀80年代，機床的加速度通常是0.2到0.4G。如今，機床的加速度可以高達1到2G。而且，系統復雜，加工昂貴。在需要打開門限或按急停按鈕時的任何猶豫都回隊設備造成損壞。除此之外，如果你只是切斷電源，設備的減速會很不協調。 　　 Rapp繼續道：“然后，人們將延時繼電器引入，如果你按了急停按鈕，轉軸會減速，關鍵軸同步停止，這樣控制者就有機會進行調整。” 　　 故障需要清除，系統需要工作，工作人員需要檢驗是否所有的軸都就位。視覺校正可以用來移動相應的軸，但是在門限外部視覺校正有可能無法實施。 　　 這導致重復的工作，調整、關閉門限、重置控制器、系統上電、系統慢行，系統斷電、打開門限進行檢查，這個過程一直反復循環知道校準結束。最好的情況是，此過程只是令人覺得厭倦而已，最壞的情況是，操作人員使安全特性失效。 [ALIGN=CENTER] 網絡安全系統使用現有的高速數據網絡來承載安全信號和控制信號。 智能傳感器可以發送狀態信息和出錯信息。[/ALIGN] 新標準 　　 現代機械安全技術在歐洲發展的很完善，正在向世界其它地方擴張，它包括兩個基本組件。 　　 安全網絡是基于標準機械控制網絡的安全性版本，例如CANbus，加上協議的特征，使之能夠可靠地承載要求安全的信號。 　　 集成安全的概念是將安全特性集成于控制器和驅動軟硬件中，例如可以將機器速度減慢至人類速度的能力。 　　 Rapp回憶道：“在90年代中期，很多最終用戶致力于推進系統的安全化，這使得設置和恢復變得安全了。我們開發了一種雙通道策略，控制器在一個通道上，驅動器在另一個通道上。連接到驅動器上的指令變成了數字信號，這樣控制器上的I/O通道就變成了安全通道。” 需要重點強調的是I/O接口，它從點對點的模擬信號連線轉變成了數字信號總線式結構。這很大程度地減少了連接的數量和指令的數量。 　　 任何信號系統都為每一個傳感器提供2部分信息：傳感器輸出值和傳感器編號。在點對點的模擬系統中，模擬電壓和電流承載著這個輸出值，但是傳感器編號是由電壓線承載的。在串行總線通信中，這兩部分信息都出現在同一組數字信號段中，使用相同的指令集。模擬連線的復雜度和傳感器數量成正比，而數字總線連線的復雜度是恒定的。例如CANbus，兩條線就足以承載所有的信號，不管傳感器的數量是2還是20。 　　 Rapp回憶道：“很多歐洲供應商開發數字總線系統，在無需關斷電源的情況下提供安全運動。例如，德國80年代時，針對電控機械，已經出現了很多機械安全標準。” 　　 歐洲的OEM廠商通過向美國出口這種系統將安保技術帶入了美國，但是卻并不很受歡迎。一些美國的最終用戶做了些本土化的修改后加以使用，一些最終用戶干脆將一些功能關閉。他們不喜歡這種安全運動系統的原因是他們每次開門，系統都會被內部聯動裝置關斷一次。 　　 在過去的幾年里，這種狀況開始改變了。在美國和歐洲標準統一上所做的努力讓美國工業界開始重新重視電控運動設備的安全標準。 　　 國際電工委員會（IEC）是這種努力的先驅。作為IEC正常工作的一部分，現行標準IEC61508現在被修訂了。歐洲模式的安全系統將被加入其中。點對點連線系統會被排除在外。美國作為IEC的成員國，會采用新標準。1到7部分的最終草案將在2008年1月份國家委員會內投票，最終版本將在2008年5月份發布。 不只是方便 　　 Woodhead公司的Nabrotzky說：“網絡所做的并不只是節省了布線和安裝上的開銷，它同樣開創了一個新世界，它將外部診斷技術和其他功能引入系統，這些功能對于傳統的標準二進制信號是根本不可能實現的。如果一個設備除了問題、如果攝像頭的鏡頭臟了、如果流量被粘連的閥體阻斷，這些診斷信息可以打包成復雜的數據報，通過網絡傳輸，這使得網絡很有價值。” 　　 過去你有兩個控制器：安全控制器和運動控制器，安全控制器負責控制所有的安全門限、安全墊、光幕傳感器和按鈕。Nabrotzky說：“新標準允許你把兩者合二為一，你不再有兩個系統，很明顯，這樣節省成本——你只需要購買一半的設備，卻可以同樣滿足要求。” 　　 Siemens公司的Titus指出：“安全的PLC分布式地滿足IEC61508，它具有一塊智能自動防故障I/O卡，能對故障作出直接的快速響應，無需PLC做上層監控。” 　　 Nabrotaky說：“機械和人可以更近距離的工作。”例如，在傳統模擬系統中，一個機器人周圍有一個區域，是嚴格限制進入的。只要人類一接近機器人，整個系統就關斷。如果你集成了控制和安全系統，就可以知道機器人的位置和它正在做什么。如果它正在工作區域的左邊工作，而此時人進入了安全區域的右手邊，機器人是沒有必要關斷的。只要沒有區域上的沖突，就可以一直工作。如果程序控制的動作朝向工作人員，集成的智能系統就可以用傳感器來識別，并作出適當的反應來確保安全。“這就意味著你可以使用更小的廠房。” 　　 安全網絡和集成安全系統提供了多種方法以節約成本： 　　■ 自動化設計人員們在設計安全系統的時候，可以不再使用外部電路、熔絲、斷路器、銅線和導管。 　　■ 他們可以直接使用已經在廠區使用的控制系統網絡光纜作為安全網絡的物理媒介。 　　■ 在控制系統和安全系統的實現上，他們有更多智能化的選擇。 　　■ 一個更智能的安全/控制系統可以持續可靠運轉，具有更高的安全性和更少的故障。 　　 光幕傳感器或區域傳感器仍舊使用，但是連接到網絡上，而不是單線。網絡可以節省資金，避免外部布線。而且網絡具有復雜的信號系統，光幕傳感器不僅僅可以提供自己是“開”還是“關”的信息，它甚至可以提供“鏡頭臟了”和“固定松動”等信息。 安全選項 　　 安全網絡規范和標準的深入分析將會是很復雜混亂的事情，但是，有兩件事是很清楚的： 　　■ 事實上所有流行的機械控制網絡標準都有一個安全運動變量。 　　■ 事實上主要的控制設備生產商都有安全運動特征，不管是內嵌的還是通過附加選件。 　　 為了簡化安全運動系統的選型，首先選擇控制網絡和設備供應商，然后詢問安全運動和安全功能如何與系統其他部分集成。確保供應商明白你需要的是符合新版IEC61508標準的系統，然后再詢問其他相關產品的性能。 　　 尋找安全網絡（在控制網絡上傳輸安全相關信號）和集成安全特性（確保工作人員能夠靠近正在運行的設備，而無須去掉聯動裝置）Nabrotzky總結道：“現在我們正在使用的是硬接線安全系統，它有很多管路和銅線連接組成，機柜內布滿了繼電器和斷路器，為安全系統單獨配置了一個控制器。在將來，這些設備都將消失，安全和控制系統集成在一起，以一種既能確保正常工作又能節省資金的方式。”