PLC為何不能代替安全控制器？

概述

國內的企業(yè)越來越重視設備的安全防護，可事故卻頻頻發(fā)生，這是為什么呢？主要還是源自于大家對于安全防護知識上存在的諸多誤區(qū)，比如很多人認為，穩(wěn)定性高、性能強的PLC即可替代安全控制器的作用，其實這就是誤區(qū)，往往投入了不少，卻依然換不回真正的安全。其實安全型PLC具有獨特的“冗余+比較”的工作方式，全面細致的檢測與診斷，能夠構建真正安全的控制回路。

作為安全家族的最重要環(huán)節(jié)，安全PLC已經越來越多的被人們所認知，但是在使用的過程中，仍然有很多使用者困惑，為什么一套和以往使用類似的PLC被冠以安全PLC，安全PLC和普通PLC到底有哪幾方面的區(qū)別，在此和大家進行分享。

眾所周知，安全設計的理念我們一定要記住三個詞：冗余、相異、自檢測。而只有實現(xiàn)了以上三個安全理念設計的產品，我們才能認為它是安全產品，而普通的PLC產品是不具備安全的設計。那接下來我們就看看安全PLC是如何通過設計實現(xiàn)這三個理念的。

1 冗余

普通PLC內部CPU數(shù)量有一個或者多個，但程序通常是進行一個處理，多個CPU的功能是把程序中的邏輯運算、算數(shù)運算、通訊功能等分擔實現(xiàn)，也就是協(xié)作處理。

安全PLC內部CPU數(shù)量至少兩個或者多個，兩個CPU的功能是：分別對同一個程序各執(zhí)行一次，然后把記過放在一起比較，如果結果一致，就會進行輸出，如果不一致，則選擇安全的結果輸出（通常意義上的不輸出或者停機）

因此只有具備冗余設計的CPU才能稱之為安全PLC。除此之外，安全PLC中的CPU的檢測具有時鐘檢測、監(jiān)視時鐘、序列檢查、存儲器檢查。

時鐘測量：在處理器電路中，有兩個不同的振蕩器交叉檢查它們的行為，每個處理器使用一個時鐘檢查另外一個是否運行。如果在一個確定的周期里，檢測到對方沒有運行，CPU就會進入安全狀態(tài)。固件每秒鐘會檢查兩個振蕩器的精度。

監(jiān)視時鐘：一個硬件和一個固件的監(jiān)視時鐘檢查PLC的活動和執(zhí)行用戶邏輯的執(zhí)行時間。這和常規(guī)的PLC系統(tǒng)是相同的。

序列檢查：序列檢查監(jiān)視CPU操作系統(tǒng)不同部分的執(zhí)行。

存儲器檢查：所有靜態(tài)存儲器區(qū)，包括Flash存儲器和RAM，使用循環(huán)冗余碼（CRC）進行檢測，并且雙碼執(zhí)行。動態(tài)存儲器區(qū)由雙碼執(zhí)行保護，周期性進行檢測。在冷啟動時，這些檢測重新進行初始化。

從上面的分析可以看出，安全PLC的診斷和檢測比常規(guī)的PLC的檢測要多很多，所以相對來說，硬件和軟件的設計更復雜。當然，檢測和診斷的范圍也更廣范，更細致。

2 相異

安全PLC通常都有兩個處理器，通常處理器是由兩個不同廠家進行的提供，比如一個摩托羅拉，一個因特爾，同時進行解碼和執(zhí)行。這種差異性提供了失效檢測的下列優(yōu)點：

兩個可執(zhí)行碼獨自生成，編譯的差異性使得在代碼生成時，容易檢測系統(tǒng)失效。

兩個生成碼由不同的處理器執(zhí)行，因此，CPU能夠在代碼執(zhí)行時，檢測出系統(tǒng)失效和PLC的隨機失效。

兩個獨立的存儲器區(qū)用于兩個處理器，因此，CPU能夠檢測出RAM的隨機失效，而這在每個掃描周期的全部RAM檢查時測不出來。

3 自檢測

安全PLC的自檢測體現(xiàn)在方方面面，包含CPU處理的自檢測，電源監(jiān)視的自檢測，安全輸入輸出點的電路板狀況自檢測。在此我們介紹一下安全輸入輸出的設計是如何體現(xiàn)了自檢測這一安全理念設計。

（1）安全數(shù)字輸入

黃色部分是安全輸入點所具備的特有電路設計，普通輸入點是沒有的。

內部診斷：每個輸入通道使用一個公共輸入電路和2個獨立獲取鏈路，每個微處理器驅動一個數(shù)字輸入串行器（DIS）來實現(xiàn)對輸入信息的采樣。另外，微處理器還驅動一個數(shù)字輸入還原器（DID），再驅動診斷功能塊進行診斷，實現(xiàn)還原數(shù)據與輸入數(shù)據的同步比較。

輸入通道錯誤檢測：數(shù)字量輸入監(jiān)視現(xiàn)場側電源，利用外部接線來進行漏電流的檢測，最小的漏電流是1mA，如果沒有漏電流，就代表外部電路出現(xiàn)開路故障，在干接點的情況下，在接點兩端并聯(lián)一個10k歐的上拉電阻，用于外部線路的斷線檢測。每個輸入電路都配置了開關，周期地強制為1或0，用于檢測電路是否健康。每個輸入電路獨立進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)問題就對診斷位置1，聲明通道處于非健康狀態(tài)。

（2）安全數(shù)字輸出

黃色部分是安全輸入點所具備的特有電路設計，普通輸入點是沒有的。

內部診斷：為了檢查開關是否能夠斷開與閉合，要在輸出模塊（在模塊內部電路，插入周期性的診斷循環(huán)）進行一個脈沖測試。

（3）診斷序列

更改開關命令，這個時間非常短，不會影響執(zhí)行器，最大不超過1ms；核實測試結果，并且恢復正確的開關命令。

電源監(jiān)視：每個輸出電路包括兩個串聯(lián)的開關，有兩個處理器分別進行控制。第一個微處理器使用數(shù)字量輸出還原器（DOD）驅動它的開關，而第二個微處理器則在還原器之后驅動它的開關。在每個周期里，兩個微處理器系統(tǒng)的中點電壓要與一個閥值進行比較，然后還要交換它們的如果，評估中點的狀態(tài)，診斷開關的狀態(tài)。如果在一個通道中檢查到出錯的行為，那么立即停機，并且設置診斷位，通知CPU，CPU中會有故障信息體現(xiàn)。

綜上所述，希望大家對安全PLC和普通PLC的區(qū)別有了一個更進一步的認識，也通過上面的介紹，了解到安全產品設計的三個重要理念。在未來使用安全相關產品的時候，能夠結合今天分享的內容來認識這些安全產品，通過它們的設計，區(qū)別于標準控制產品。

審核編輯 ：李倩