安全控制系统应用简述

陈丽春

（中国第一重型机械集团重型装备事业部中型装备制造分厂，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

每台机械在设计制造的过程中都需要对可能发生的各种风险进行考虑，例如在运输、拆卸、安装过程中的风险、安装到位后运行时的安全问题等。机械的安全问题现今都是通过安全控制系统来达成的。安全控制系统需要对各种潜在的安全风险和突发状况进行分析，进而设计出功能完善，响应速度快，安全可靠的控制系统。下文就安全控制系统原理、系统构成以及控制过程进行阐述。

1 安全控制系统简要介绍

安全控制系统是在机械运行、停止、人员操控时以及发生故障时能够对人员及设备提供安全保护。当危险发生时，不论是机械本身造成的还是由于人员误操作造成的，安全控制系统能及时检测到输入信号并立即做出反应，使机械装置能够立即停止动作，以达到保护人员和机械设备安全的目的。安全控制系统的检测的输入信号包括：急停信号、接近开关信号、行程开关信号、压力反馈信号、电压电源监测信号、液位信号等。对信号进行处理的控制器现在一般用PLC进行控制。信号经过处理后送至输出控制单元输出。安全控制系统在整个机械领域占有重要的地位，能够对机械设备进行实时保护，保障设备和人员的安全。

安全控制系统的整个控制流程是由传感器输入信号、控制器（如PLC）对采集来的信号进行处理、而后输出至保护装置。在整个控制回路中，由于这些安全控制采用的都是普通的工业器件，他们在安装使用的过程中可能会出现一些故障从而早成安全控制系统失效无法对设备进行保护，造成安全隐患。基于以上原因安全控制系统要求对信号的采集安全可靠，一旦设备运转时超出设定的数值，应立即将信号发送到控制器进行处理，处理器应立即对输入信号进行响应并及时输出控制信号进行制动，使设备停止运转，以阻止安全事故的发生或事态的恶化。针对安全控制系统的硬件可能发生的不可靠因素，下面列举一些措施来防范这些因素：1.采用关联性控制多样性控制；2.硬件应能行自检并应定期进行检测检测的内容包括硬件、软件、通讯等；3.程序CRC 校验；4.安全认证功能块。

安全系统的输入设备包括急停按钮、门保释开关、行程开关、接近开关和一些光电设备等。安全控制部分可以采用继电器控制、PLC控制或安全总线系统。

2 控制部分

2.1 安全继电器简介

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自打开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。当输入量达到规定值，使被控制的输出电路导通或断开的电器。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。

安全继电器是由数个继电器与电路组合而成，为的是要能互补彼此的异常缺陷，达到正确且低误动作的继电器完整功能，使其失误和失效值愈低，安全因素则愈高，所谓“安全继电器”并不是“没有故障的继电器”，而是发生故障时做出有规则的动作，它具有强制导向接点结构，万一发生接点熔结现象时也能确保安全。

2.2 安全 PLC

安全PLC是为特殊用途的机器设备而设计的，用于关键型控制和安全型应用，安全PLC（安全可编程系统）指的是在自身或外围元器件或执行机构出现故障时，依然能正确响应并及时切断输出的可编程系统。安全PLC不仅包含了普通PLC的全部功能，更有其独特的特点，安全PLC中所有元器件采用的是冗余的工作方式，两个处理器处理时进行交叉检测，每个处理器的处理结果储存在各自内存中，只有处理结果完全一致时才会进行输出，如果处理期间出现任何不一致，系统立即停机。安全PLC和普通PLC的区别：1.从CPU来说，常规PLC内部的CPU的数量有一个或多个，它或它们的作用是：执行用户的程序、进行I/O的扫描和系统的诊断，多个CPU的功能是把将所需完成的工作分担运行，协作处理。安全PLC的CPU至少有两个或多个，两个CPU的功能是：分别对同一个用户程序各自执行一次，然后再把两个结果放在一起进行比较，如果比较的结果是一致的，就输出这个结果，如果是不一致的，选择安全的结果输出。安全PLC和常规PLC最大的不同：冗余加比较。2.安全PLC和常规PLC第二个不同：随时加步步进行诊断和检测，这种检测有的是通过自身信息进行的，称为自检；还有的通过对方的信息进行检测，称为互检。安全PLC的诊断和检测比常规PLC的检测要多的多，主要从时钟测量、监视测量、序列检查、存储器检查等方面。3.安全I/O模块和普通I/O模块的区别：安全PLC要对安全CPU和安全I/O之间的通信进行诊断，比如CRC校验，此外还要进行上电时诊断、运行时的诊断，过压诊断、内部诊断等。此外，在软件方面，安全PLC提供的相关安全功能块，如急停、安全门、安全光栅等均经过认证并加密，用户仅需调用功能块进行相关功能配置即可，保证了用户在设计时不会因为安全功能上的程序漏洞而导致安全功能丢失。

2.3 安全总线控制系统

安全总线指的是通讯协议中采用安全措施的现场总线。相比于普通总线来说，安全总线可以达到EN ISO 13849-1以及 IEC 61508 等控制系统安全相关部件标准的要求，主要用于如急停按钮，安全门，安全光幕，安全地毯等安全相关功能的分布式控制要求。

安全总线中采用的安全措施主要包括：CRC冗余校验，Echo模式，连接测试，地址检测，时间检测等。相比传统现场总线可靠性更高。

结语

安全控制是一个时刻检测系统中的运行参数，并在系统参数出现异常或接收到安全信号的时候安全控制系统立即将系统的控制权进行接管，根据内部程序设定的逻辑，以安全的方式对输出设备进行控制，保证系统的安全运行。

[1]孙清泉，徐卫国，康健.冷轧机自动化安全控制系统[J].设备管理与维修，2008.

[2]陆武.浅谈故障安全控制系统的通信[J].自动化仪表，2007，28（01）.