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应用探讨——西门子分布式故障安全技术探讨

作者 主题
谦
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西门子官方工程师

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主题：应用探讨——西门子分布式故障安全技术探讨


只看楼主 只看精华 楼主 2013-12-09 09:57:07
标签：
安全，几乎无处不在，是大家经常谈及的话题。安全有很多种，个人的人身安全，网络安全，信息安全，用电安全，食品饮料药品安全等等。
对于工业工厂自动化，我们也谈安全，谈的是机械安全，功能安全，具体到西门子是分布式故障安全。
那么，什么是功能安全？
如何设计才能使得系统做到功能安全？
借助急停、拉线开关等硬件紧急情况下切断电源是不是就能实现功能安全了？
西门子提供什么样的安全系统及安全产品？
这些安全产品与普通产品有什么区别，为什么需要这些安全产品构建安全系统？
如何能够保证安全通信？
安全系统与冗余系统、防爆系统有何区别？
带着这些问题，在接下来的一个月里，与大家一起畅谈安全，也希望有安全系统使用经验的网友参与其中，谈谈您对安全系统的认识，谈谈您的安全系统主要应用在哪些行业，用的哪些品牌的产品，与西门子的方案和产品有何区别？期待大家的踊跃发言！

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游侠

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只看楼主 只看精华 1楼 2013-12-09 10:50:53
看到这个帖子，我想到前两年在调试一个项目时，用的三菱的Q系列PLC，一个输出模块不知道什么原因，主机无缘无故的转了起来，按急停也没用，只能断电，经过检查是那个模块有问题，换了个模块就好了，幸好没有人身伤害。所以急停什么的有时还是应该在外面做好功课，只靠程序还是不太保险。对安全系统还不是很了解，持续关注该贴。
所有一切只不过是宇宙整体的彰显和表达！
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大规模的系统远程站检测元件接地安全


只看楼主 只看精华 2楼 2013-12-09 19:11:45
我这厂里的接近开关多，数以千计。经常发生接近开关信号线防护不好导致接地，使系统故障，导致全线停机。我这是轧钢厂，每次发生，都发生卡钢，损失两块中间坯。
anvna
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只看楼主 只看精华 3楼 2013-12-09 22:16:42
个人觉得可以针对各种不同情况的故障应当进行分级，不同级别的情况有不同的处理模式。
比如可以划分为轻故障和重故障。轻故障为暂时不影响设备正常生产的故障或问题；比如液压站液位偏低，但暂时不影响生产，只需要系统进行提示即可。重故障为影响到设备运行或者对工艺有影响的故障，比如轧机断带，需要系统立刻报警，进入急停状态。
当然我这只是提供一个思路，具体还可以进行细分。
人的天职在勇于探索真理
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游侠

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只看楼主 只看精华 4楼 2013-12-10 09:33:58
一谈到安全，对于工业自动化，有两个英文单词与之对应，Safety和Security。这两个词描述的内容是不一样的。大家可以猜猜看有什么不同？

另外，要实现安全，我们首先要分析危险。那么什么是危险，如何将危险量化？ “海边玩耍的孩子”其实已经提出了一些思路，很好，但是他谈到的是故障，故障与危险也是不同的。

大家碰到的工业方面的危险有哪些？通过努力是否已经有效避免了？
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游侠

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只看楼主 只看精华 5楼 2013-12-10 09:42:03
quote:以下是引用只求进步在2013-12-09 10:50:53的发言：
看到这个帖子，我想到前两年在调试一个项目时，用的三菱的Q系列PLC，一个输出模块不知道什么原因，主机无缘无故的转了起来，按急停也没用，只能断电，经过检查是那个模块有问题，换了个模块就好了，幸好没有人身伤害。所以急停什么的有时还是应该在外面做好功课，只靠程序还是不太保险。对安全系统还不是很了解，持续关注该贴。

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经过检查是那个模块有问题，换了个模块就好了 ，试想如果PLC能实时的检测出自身、模块、通信以及传感器的各种故障并进行异常处理，会不会能够一定程度的避免危险？
按急停也没用，只能断电 ，只靠程序还是不太保险 ，急停有可能失效，如果是双路信号校验会不会好一些？程序如果编的非常完善，经过权威机构多年验证呢，会不会也能一定程度的避免危险？
这些都是故障安全系统要分析和解决的问题。
请继续关注！
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只看楼主 只看精华 6楼 2013-12-10 09:46:54
quote:以下是引用anvna在2013-12-09 19:11:45的发言：
我这厂里的接近开关多，数以千计。经常发生接近开关信号线防护不好导致接地，使系统故障，导致全线停机。我这是轧钢厂，每次发生，都发生卡钢，损失两块中间坯。

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选用失效率低的接近开关，采用冗余双回路接线，对传感器断线、短路等实时检测，异常时导向安全输出。可以按功能划分功能区，尽量避免全线停机，某些故障出现时可以局部停机或不停机。这也是故障安全要考虑的问题----------提高效率。
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只看楼主 只看精华 7楼 2013-12-10 10:03:36
quote:以下是引用nucman在2013-12-10 09:42:03的发言：
quote:以下是引用只求进步在2013-12-09 10:50:53的发言：
看到这个帖子，我想到前两年在调试一个项目时，用的三菱的Q系列PLC，一个输出模块不知道什么原因，主机无缘无故的转了起来，按急停也没用，只能断电，经过检查是那个模块有问题，换了个模块就好了，幸好没有人身伤害。所以急停什么的有时还是应该在外面做好功课，只靠程序还是不太保险。对安全系统还不是很了解，持续关注该贴。

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经过检查是那个模块有问题，换了个模块就好了 ，试想如果PLC能实时的检测出自身、模块、通信以及传感器的各种故障并进行异常处理，会不会能够一定程度的避免危险？
按急停也没用，只能断电 ，只靠程序还是不太保险 ，急停有可能失效，如果是双路信号校验会不会好一些？程序如果编的非常完善，经过权威机构多年验证呢，会不会也能一定程度的避免危险？
这些都是故障安全系统要分析和解决的问题。
请继续关注！

不是程序的问题，也不是急停信号没给到PLC，而是输出点在程序不给输出信号的时候，是自己外部有输出了。所以如果模块能够自诊断，检验自己本身有没有问题，应该就可以避免此类现象。像西门子的输出模块6ES7 322-8BF00-0AB0，就可以诊断。那么如果没有诊断功能的输出模块，在一些可能会影响安全事故的输出点上，通过硬接线在外面串上急停，不就会让安全大大提高。
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只看楼主 只看精华 8楼 2013-12-10 14:30:10
急停什么的功能还是做在硬件上面比较好，考虑到各种各样的状况，到紧急时候还是直接断电，釜底抽薪的好。
努力做一个牛人！！！
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只看楼主 只看精华 9楼 2013-12-10 14:56:29
看过境外的设备，他们一般急停按钮采用的是三组触点。其中二组进PLC处理，另一组是串联在控制回路上面，一旦有紧急状况，比直接在PLC中控制急停要可靠些，因为PLC安全工作取决于供电正常，输入、输出正常等方面因数。如果供电异常，这时很难正常控制。
所以在控制回路上串联急停触点和PLC控制急停组合是确保急停功能的有效途径。
话又回到基础问题，如何确保急停按钮可靠性是我们振兴民族工业的基础问题。用过国内一些知名品牌的若干个按钮，使用一段时间后总是这样那样的出现问题（按钮触点的问题）最后痛定思痛后选择了境外的产品，振兴民族基础工业任重道远。
 
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只看楼主 只看精华 10楼 2013-12-10 18:26:21
说到安全，有4个问题提出来探讨一下：
1、紧停和快停。国内经常不区分，只做一个紧停。国外通常做2个，紧停是断电，用于触电或停电就无法动作等安全事故，另外是快停是设备停止但不能停电，如电机停电可能会惯性停车反而停不下来。但国内经常不分，很遗憾。
2、保护性回路用闭点。国内也经常不分，热继很多都知道用闭点，其他很多地方就不分了。其实尽量用闭点为好，现场掉线、松动的问题很多。闭点不只是触点本身，必须是回路闭合。
3、拉电流和灌电流。现在也很少考虑这个问题，其实用拉电流的模块很多时候有好处，就是当现场短路时，只是那一个通道信号不变，不会引起电源跳，全部信号消失。
4、端子。国外已经广泛使用弹簧端子，国内还是习惯螺丝端子。区别看起来都被忽略了，其实端子引起的问题损失是很大的。
不强推就很难实行，这就是国内现状。很无奈。
回头看跑题了，本题是要探讨西门子安全系统……算啦，化工系统的来表演吧
合适的才是最好的！
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只看楼主 只看精华 11楼 2013-12-10 19:24:05
分布式故障个人觉得首先应表现在 分布式I/O与CPU之间的通讯故障，当发生通讯故障时，要做好输入输出的保持和复位工作；同时远程IO如果有自检功能，那么可靠性要提高很多！
 
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只看楼主 只看精华 12楼 2013-12-11 09:15:43
简单说一下，我们这的安全系统都是PILZ的，老外把所有涉及安全方面的急停、安全门、光电开关都组态到PNOZmulti_Configurator中，之后靠PLC给PILZ信号来控制整个安全系统。并且只要你安全报警了，直接用232连上PILZ就可以查看，并且解决起来也非常方便。总之，我认为老外在安全方面做得还是听精密的，并且他们这特注重安全这方面。不像我家的另一个设备，安全只要急停和拉绳，而且他们都是用PLC控制的，做得很简单。
 
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至圣

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只看楼主 只看精华 13楼 2013-12-11 10:49:32
关于安全的几个问题
1：看到老外项目用的普通plc+安全继电器，这种设计也算一种标准的安全设计吗？ 安全继电器和普通继电器的区别在哪？安全继电器从机械结构上避免了触点粘连？
2：安全PLC有一些标准的块，比如急停等？如果我用普通plc仿照原理，做一个标准的功能块，是否也具备了安全的功能吗？安全plc的功能块是经过认证的，仅此而已。
3：安全通信用prosafe，profisafe只是在报文协议有改善吗？真是出现通信断线故障，相对与profibus,prosafe又多做了一些什么工作呢？
4：如果评估项目的等级，对硬件选择有什么要求?
 
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只看楼主 只看精华 14楼 2013-12-11 14:59:58
关于安全问题,个人认为主要是从人身安全和经济损失这两个方面来考虑,然后采取不同方法处理。我一直以来都是在S7300或S71200交流电源输入端的外部线路接入急停按钮开关作为人身安全应急保护,从未出过事故。
如果对于安全要求非常高时,应该采用在PLC输入及输出端外部线路都接入急停保护,或采用冗余设备,或采用安全继电器(安全继电器我未用过,看见鬼佬用了)等方法,。
 
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只看楼主 只看精华 15楼 2013-12-11 15:19:42
一、说起故障型架构，我就想起选H型产品；说起安全型架构，我就想起选F型产品。如果既要故障型，又要安全型，那就选CPU41xFH系列产品。
二、不过这样配置出来，其价格就昂贵了，并且还仅局限于核心控制器层面。那分布式I/O环节的故障安全该如何保证呢！其实可以采用PROFIsafe协议规范。
1、目前用户现场使用的分布式I/O仍大量采用PROFIBUS DP/PA协议架构通讯，记得其中PROFIsafe V1.0协议规范就是针对分布式I/O故障安全通讯的。所以如果采用PROFIBUS架构的设备，就可以使用PROFIsafe协议通讯，从而确保分布式I/O故障安全。基于PROFIBUS架构的PROFIsafe安全协议见下图：

2、但现在PROFINET工业现场以太网协议架构的分布式I/O也在大量使用了，那PROFIsafe协议规范还能适用吗！限于时间原因就下次再与大家探讨吧！
大学之道，在明明德，在亲民，在止于至善。
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只看楼主 只看精华 16楼 2013-12-11 23:18:26
quote:以下是引用Jun-Zi在2013-12-11 09:15:43的发言：
简单说一下，我们这的安全系统都是PILZ的，老外把所有涉及安全方面的急停、安全门、光电开关都组态到PNOZmulti_Configurator中，之后靠PLC给PILZ信号来控制整个安全系统。并且只要你安全报警了，直接用232连上PILZ就可以查看，并且解决起来也非常方便。总之，我认为老外在安全方面做得还是听精密的，并且他们这特注重安全这方面。不像我家的另一个设备，安全只要急停和拉绳，而且他们都是用PLC控制的，做得很简单。

谢谢您的分享！期待您提供更多、更详细的PILZ应用。可以透露是什么设备需要使用到安全系统吗？都实现了哪些安全功能？
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只看楼主 只看精华 17楼 2013-12-11 23:28:15
quote:以下是引用qqls96在2013-12-10 18:26:21的发言：
说到安全，有4个问题回头看跑题了，本题是要探讨西门子安全系统……算啦，化工系统的来表演吧


呵呵，可不一定是化工系统的来表演啊。
工业自动化基本分外两大块：工厂自动化和过程自动化，都分别有安全系统和产品，是不同的。
这次咱们讨论的是工厂自动化的分布式故障安全系统。
提供这个专题讨论，大家不要过于谦虚，谁都可以大胆的表演，共同提高嘛！
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只看楼主 只看精华 18楼 2013-12-12 15:05:58
quote:以下是引用nucman在2013-12-11 23:18:26的发言：
quote:以下是引用Jun-Zi在2013-12-11 09:15:43的发言：
简单说一下，我们这的安全系统都是PILZ的，老外把所有涉及安全方面的急停、安全门、光电开关都组态到PNOZmulti_Configurator中，之后靠PLC给PILZ信号来控制整个安全系统。并且只要你安全报警了，直接用232连上PILZ就可以查看，并且解决起来也非常方便。总之，我认为老外在安全方面做得还是听精密的，并且他们这特注重安全这方面。不像我家的另一个设备，安全只要急停和拉绳，而且他们都是用PLC控制的，做得很简单。

谢谢您的分享！期待您提供更多、更详细的PILZ应用。可以透露是什么设备需要使用到安全系统吗？都实现了哪些安全功能？

我们的设备是开卷落料线，举例说几个安全功能：1、急停。2、钥匙开关控制安全区域。3、光栅检测，误闯直接停机。
 
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只看楼主 只看精华 19楼 2013-12-13 12:14:35
一、上次说起PROFIsafe V1.0协议规范，适用于目前在广泛使用的PROFIBUS DP/PA协议架构中传输。
二、但随着PROFINET工业现场Ethernet网络，大量在分布式I/O环境中应用，于是制定了PROFIsafe V2.0协议规范，既适用于PROFIBUS，又适用于PROFINET架构。
三、值得一提的是PROFINET是完全的Ethernet网络架构，既可用于设备底层的分布式I/O环境，也可用于控制层设备间的数据通讯。
“一网到底”的网络架构从而实现层级间数据无障碍通讯，这是PROFIBUS架构无法达到的功能。
四、PROFINET可将I/O标准数据、PROFIsafe安全报文数据等，在一根总线上无障碍并行传输。从而可以利用Web servers等工具，进行远程维护管理和诊断。
五、另外，最新版的PROFINET V2.3协议还可实现PROFIdrive和PROFIenergy报文数据的并行传输。
基于PROFINET架构的PROFIsafe安全协议见下图：

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