ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ安全系統(tǒng)在汽車行業(yè)中的應用

何基成

摘要：本文利用各種安全檢測設備，通過安全網(wǎng)絡控制器組成一個DeviceNet Safety安全網(wǎng)絡系統(tǒng),有效地保護了現(xiàn)場操作人員的人身安全。

關鍵詞：安全網(wǎng)絡系統(tǒng)PLC

0引言

隨著全球化的加劇，競爭日益激烈，各個公司在提高生產效率的同時，不斷引進新的生產設備，雖然提高了生產設備的自動化程度，但同時也帶來了設備安全問題。生產因素中人作為第一要素，他們的安全問題，在各個企業(yè)越來越受到重視，企業(yè)既要保證生產，又要保障工人的人身安全。以汽車生產廠為例，尤其是在自動化程度較高的焊裝車間，大量的焊接機器人和搬送線體出現(xiàn)，造成了許多需要安全保護的危險區(qū)域，所以安全傳感器的使用已經非常普遍。目前，國內大部分企業(yè)設備安全，主要由現(xiàn)場的急停信號通過PLC處理，但其安全等級只能達到2級標準，遠遠不能滿足生產現(xiàn)場的要求，如果將原有的PLC控制系統(tǒng)撤除，造成很大浪費，因此增加一個安全控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡鏈接到現(xiàn)有的PLC系統(tǒng)上，形成一個安全網(wǎng)絡系統(tǒng)。

1安全網(wǎng)絡系統(tǒng)的組成

一個安全網(wǎng)絡系統(tǒng)，包含安全輸入產品、安全控制產品和用于機器控制的PLC。安全輸入產品主要有安全光幕、安全地毯、急停開關、安全開關等。安全控制產品包括安全繼電器和安全控制器。為了實現(xiàn)總體控制，安全系統(tǒng)與機器控制的配合是必不可少的。采用DeviceNet Safety安全總線，它在功能安全性方面符合安全累積級別(SIL)3和安全等級4的安全控制/網(wǎng)絡系統(tǒng)。通過與機器控制系統(tǒng)的信息傳遞，可以從PLC監(jiān)視安全控制，異常場所一目了然。如圖1所示：

2DeviceNet安全系統(tǒng)構建

利用安全網(wǎng)絡控制器實現(xiàn)安全控制，標準PLC主站和標準從站是原有控制系統(tǒng)，安全傳感器、安全輸入/輸出終端、安全網(wǎng)絡控制器和網(wǎng)絡配置器組成一個安全控制系統(tǒng)。

2.1安全傳感器，一般有安全光幕、安全地毯、急停開關、安全門等。它們用于檢測生產現(xiàn)場狀態(tài)，它們將檢測到的信號傳送給控制器，控制器根據(jù)邏輯關系判斷設備的動作。安全光幕F3SJ是可以用于4級安全回路的4級傳感器，根據(jù)現(xiàn)場檢測范圍選定光幕長度(245mm－2495mm)，光軸距離有9mm、15mm、25mm可根據(jù)需要選擇。安全地毯一般配合安全控制器一起使用。安全墊D9M，它是一種可檢測操作人員是否存在的墊式安全裝置，將多個安全墊串聯(lián)，可以和專用控制器一起實現(xiàn)故障安全，對應安全類別3的危險區(qū)域。采用安全墊D9M對輸送線體區(qū)域內操作人員進行檢測，確保危險區(qū)域內的安全。安全門開關D4NS，對安全門的開關檢測及鎖定。急停開關：用于當設備發(fā)生異常或工人發(fā)生危險時使設備停止。

2.2安全輸入/輸出終端，必須支持DeviceNet安全協(xié)議并提供不同的安全系統(tǒng)功能。作為安全輸入，它能夠連接觸點輸出設備，檢測到外部接線的錯誤，并設定輸入延時，為了符合等級4的標準，把成對的相關本地輸入設置成雙通道模式。作為安全輸出，每個輸出的額定最大輸出電流為0.5A，為了符合等級4的標準，把成對的相關本地輸出設置成雙通道模式。選擇DST1－MRD08SL-1和DST1－ID12SL-1作為輸入/輸出終端。

2.3安全網(wǎng)絡控制器，選擇NE1A-SCPU01作為安全網(wǎng)絡控制器，作為小型安全可編程控制器進行動作,它內置安全輸入16點、安全輸出8點，具備DeviceNet Safety主站設備功能，最多可連接16臺安全從站，同時兼?zhèn)銬eviceNet從站功能，可通過DeviceNet主站設備進行監(jiān)視。

2.4系統(tǒng)鏈接，各種輸入檢測元件，在接入DST1以后，所有的DST1都還是獨立狀態(tài)，需將它們形成一個網(wǎng)絡整體。網(wǎng)絡系統(tǒng)中，由安全網(wǎng)絡控制器、安全輸入/輸出終端、標準從站和標準PLC組成。它們通過“安全總線接口”連接到安全總線系統(tǒng)中去，如圖2所示：

在圖2中，CS1W-DRM21-V1是原控制系統(tǒng)網(wǎng)絡模塊，NE1A-SCPU01和DST1均為安全控制系統(tǒng)，它們通過網(wǎng)絡形成一個安全網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。

3系統(tǒng)設置及編程

利用網(wǎng)絡配置器對NE1A-SCPU01編寫邏輯程序，根據(jù)現(xiàn)場情況設置相應的參數(shù)。

3.1輸入/輸出設置根據(jù)接線方式及系統(tǒng)要求的安全等級，將輸入設置為“帶測試脈沖和雙路冗余”模式，輸出設置為“安全脈沖測試”模式。

3.2邏輯程序編寫啟動邏輯編輯器，編寫NE1A-SCPU01程序，在邏輯編輯器中，編寫現(xiàn)場所有安全地墊和急停信號的邏輯關系，并產生邏輯輸出，如圖3所示，圖3表示了邏輯關系的編寫，D12、D23表示安全地墊信號，S35、S21為現(xiàn)場和控制柜上得急停按鈕，它們通過邏輯“與”的關系，最終產生邏輯輸出D2。整個邏輯程序，將類似的D2組合起來，形成一個最終的安全輸出通過繼電器輸出給PLC。

3.4PLC控制程序編寫生產現(xiàn)場設備動作，最終由控制系統(tǒng)PLC發(fā)出，在完成安全邏輯編輯之后，對原有控制PLC重新進行編程，將安全網(wǎng)絡控制器的輸出狀態(tài)傳送給PLC，作為PLC的輸入信號，控制系統(tǒng)根據(jù)安全信號，并結合自身條件重新編寫設備動作程序。

4使用效果

安全網(wǎng)絡控制系統(tǒng)較原有的控制系統(tǒng)，最大的優(yōu)點在于現(xiàn)場發(fā)生危險后，安全系統(tǒng)反應速度快。原有的PLC控制系統(tǒng)，發(fā)生事故后由人員按下急停使設備停止工作，其反應時間T為“人員反應時間t1”＋“設備檢測發(fā)出信號時間t2”+“設備響應時間t3”即T=t1+t2+t3，人員反應時間為事故發(fā)生到人員作出動作之間的時間，一般在2秒以上。而安全控制系統(tǒng)，T＝t2+t3,以D9M安全地墊為例，t2=35ms，t3以最差的響應時間485ms計算，T=t2+t3=35ms+485ms=520ms因此危險發(fā)生后在0.5秒以內，設備即可停止工作。

5結束語

通過對DeviceNet Safety安全網(wǎng)絡系統(tǒng)的應用，有效地提高現(xiàn)場安全性。根據(jù)汽車制造焊裝車間的分布情況，在輸送線體兩側及輸送小車上，安裝D9M安全地墊，人員在進行焊接工作時，安全地墊處于非安全狀態(tài)，此時安全控制器停止發(fā)送安全信號，系統(tǒng)控制PLC將禁止線體搬送，當操作人員完成所有的焊接工作，退出安全地墊以后，安全地墊通過安全控制器向控制PLC發(fā)出安全信號，允許線體搬送，在整個搬送過程中，安全地墊一直處于檢測狀態(tài)，一旦檢測有人進入危險區(qū)域，立即發(fā)出報警信號停止線體的搬送，整個現(xiàn)場的安全由安全地墊和安全急停開關組成。

參考文獻：

[1]DeviceNet安全系統(tǒng)配置手冊(Z905-CN5-02).2006年.

[2]王兆明.電氣控制與PLC技術.清華大學出版社.2005.