由于標準和法規(guī)的更改，安全系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)現在可以整合為一個系統(tǒng)了。盡管在整合之前有過種種非議，但現在使用者們已經在享受整合帶來的，比安全二字更為深遠的優(yōu)點。 　　 在Dedham的ARC咨詢部門開發(fā)咨詢副總監(jiān)Asish Ghosh說：“促成這次整合的主要動力是為了更效率地使用成本，MA資金的節(jié)省可以通過較低的工程和維護費用來實現。”使用集成系統(tǒng)，能夠大大降低配線需要，從而節(jié)省了配線費用以及柜內空間。 　　 Rockwell Automation旗下GuardLogix的營銷經理Kevin Colloton還說明了集成系統(tǒng)在其他方面的優(yōu)點，比如可作為一個用于控制和安全的公共標準化組件集合。而且這種公用性已經不僅僅停留在硬件的范疇。他解釋道：“開發(fā)商也可以同時減少軟件和服務的費用，因為同一個軟件可以在全廠通用，而操作者只需要熟悉一個軟件系統(tǒng)就可以了?！? 那么安全和控制的集成系統(tǒng)會是什么樣子的呢？它們又是如何應用具體工作中的呢？ 　　 避免故障的發(fā)生 　　 在一份ARC的報告中，Ghosh指出：“集成系統(tǒng)要仔細地設計和配置，以降低發(fā)生常規(guī)故障的風險，一個控制故障的發(fā)生就會危及到安全功能。Ghosh建議，首先選擇一個適宜的安全執(zhí)行標準，比如IEC61511或ANSI/ISA-840001。標準選定之后，就要依據標準進行風險程度的分析評估。分析過程中應根據不同生產操作流程決定相應的保護級別。完成分析評估后，根據以前的鑒定結果，列出合格供應商的名單，最后一個可以滿足各種特定需要的集成系統(tǒng)就誕生了。 　　 系統(tǒng)開發(fā)商使用了種種方法來解決安全問題和降低常規(guī)故障發(fā)生的可能性。例如，ABB遵循IEC61508和IEC61511標準，使用了T哣標準化硬件。舉個例子，這種硬件禁止了對正在運行受保護程序的控制器的下載操作，這樣就不會損害這個程序的安全級別（SIL）。而且，ABB的產品在邏輯上是發(fā)別運行控制程序和安全程序的，并有效地分成了兩個獨立工作部件。ABB有限公司的系統(tǒng)市場部經理Roy Tanner說：“這樣做了之后，如果沒有擁有權限的人為干預，任何外部程序，不管是安全級的還是非安全級的，都無法向安全級的程序執(zhí)行寫操作?！? 　　 開發(fā)商也設置了其他安全措施，以防止誤操作，以及組態(tài)過程中突然斷電而造成的其他問題。一旦這種情況發(fā)生，系統(tǒng)就會自動進入安全操作模式。 　　 我們必須清楚，這些正在使用的安全標準并不是一成不變的文件，WAGO公司的產品試驗主管Marc Immordino說，它們是在不斷改變的，有時可以使事情變的簡單，而有時則相反。 　　 舉個例子，當前正在改進的ISO11161和ANSI B11.20標準規(guī)定，在某一區(qū)域的生產單元發(fā)生問題而停止工作時，其相鄰的生產區(qū)域仍可以繼續(xù)正常工作。目前對“區(qū)域”的定義還是模糊不清的，但將來會對“區(qū)域”有一個的明確的定義劃分，以貫徹標準的執(zhí)行。 　　 Immordino說，在風險評估方面，ISO13849-1及其相關的IEC61508和62061的合理化標準建議，對安全功能必須進行評估；它同時也建議，必須充分預計機電和機械設備的故障平均時間，盡管這個時間很大程度上決定于設備本身。任何集成系統(tǒng)的執(zhí)行都應解決相關的標準所涉及的問題，而因為組成要素不同，不同的產業(yè)所面臨的問題也不盡相同。 　　 最終用戶的誤操作 　　 雖然這些以及其他的一些措施都是用來防止發(fā)生因疏忽造成的誤操作的，但還是無法完全避免最終用戶的誤操作和其他常見失誤。這些問題可能發(fā)生在最初配置組態(tài)過程中，也可能發(fā)生在隨后的變更中。因此，在配置組態(tài)時，應該盡量按照系統(tǒng)開發(fā)商和如T哣一樣的第三方機構制定的指導說明書進行操作。 　　 訪問保護政策也必須到位。很多集成系統(tǒng)開發(fā)商采用密碼和其他方式來控制訪問，“在生產階段，我們可以從一些安全措施中選擇一種來實施，以嚴格控制對控制器的訪問，確保只有經授權的人員才可以訪問控制器?！眮碜訰ockwell Automation公司的Colloton說。 　　 這些安全保障工作必須被切實完成。規(guī)章制度和具體處理程序必須仔細而恰當，比如，密碼不可以讓很多人知道，也不要用初始設定，更不可以寫在字條上貼在控制器上。 　　 最后，在傳統(tǒng)概念中，控制和安全環(huán)境之間必須有明顯的視覺區(qū)分，以使操作人員掃一眼就能夠區(qū)分開它們。避免視覺混淆，也就避免了用戶操作錯誤系統(tǒng)的情況出現。完成需要的效果常常是很困難的，而整合后的系統(tǒng)的控制和安全部分能夠給人以統(tǒng)一協調的感覺，這樣的協調感有時也是集成系統(tǒng)的賣點之一。 　　 另一方面，一些設置因其本身的特點而自然而然地比其它類似產品擁有更高的安全系數。Bosch Rexroth電子驅動和控制公司門店經理Karl Rapp指出，在集成系統(tǒng)中，驅動參數的設置更改不會像在使用可編程邏輯控制器時那樣頻繁，而這種特點確保了“驅動安全系統(tǒng)的可靠性，獨立性，避免了有意或無意的誤操作的發(fā)生?！? 　　 提高效率 　　 通過一些例子我們看到了控制安全集成系統(tǒng)是如何被使用的?？偛吭O在Buenos Aires的Atanor SA公司是全球領先的化學產品、石化產品、聚合體產品和農用化學品開發(fā)制造商，這個公司也主要是阿根廷主要的過氧化氫生產商，這種物質被造紙廠越來越多地作為漂白劑使用。Atanor最近啟動了其在里Rio Tercero的一個新廠的試運行，這個名為AOA 2的新廠全負荷生產后，可以每年提供14000公噸以上的過氧化氫，這個數字足以滿足阿根廷全國一年的消費量。 [align=center] 圖2：有了集成安全控制系統(tǒng)，阿根廷人開的化學公司Atanor 提高了效益。 在控制室中一個操作師可以在幾分鐘內安全的開關整個工廠。來自：ABB[/align] 在廠房設施還在建設時，Atanor找到了ABB和它經過第三方機構T哣認證，符合IEC61508和IEC60511標準的SIS系統(tǒng)，集成了安全控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構。這個機構的組件也能滿足相關SIL的要求，包括控制器，現場輸入設備，I/O模塊和現場執(zhí)行器。 　　 這個機構包括五個操作工作單元，每個單元有六個本地的和一個遠程的監(jiān)視屏。除了操作界面，也包括工程、信息管理和維護的界面。AOA 2、AOA 1和以管理嚴格著稱的Rio Tercero制酸廠的主要負責人Odel Priotti要求，這個新系統(tǒng)中，在不影響的安全的前提下，要盡可能少的使用人力。舉個例子，他說：“一個操作員能夠花費不到十分鐘的時間將整個工廠完全啟動起來，通過安全控制集成系統(tǒng)，他也可以將整個工廠很快地停掉。如果我們需要，我們可以用不到5分鐘的時間停止所有運行。”而在過去，至少需要兩個操作員花費45分鐘才能關閉工廠。 　　 集成系統(tǒng)另一個主要優(yōu)點是它的通用工程環(huán)境，這意味著控制和安全系統(tǒng)只需要用一套工程工具來完成工作。這個統(tǒng)一的機構大大減少了工程、培訓、操作、維護和備件的需求，也相應減少了這些方面的成本費用?！斑@個系統(tǒng)在維護方面也很有優(yōu)勢，不管是控制室還是電腦的維護，”Priotti補充道，“我們可以設定儀器，修改警報的可視范圍等等，來得到我們需要的效果?！? 　　 集成系統(tǒng)中的散件 　　 散件開發(fā)商也看到了集成安全系統(tǒng)后的好處，在汽車產業(yè)，瑞士Wasen的Mewag Meashinenfabrik AG根據工件外形的需要提供了彎形工具，機械化的彎頭滿足了不同半徑和復雜幾何結構的彎形要求。直徑150mm及以下的管子都進行了彎管處理，即使它們都有機械加工的端口牙紋，可以與法蘭、套環(huán)或螺母相配。 安全級別，組件的選擇決定成本 　　 Wago公司的產品測試經理Marc Immordino指出：將安全系統(tǒng)集成化的決定本質上就是對一系列各部分相關的逐一解答，這些問題首要的一個就是決定按哪一種安全保護模式來運行，選擇的是部分按常規(guī)運行，部分按提倡使用的標準和稍微借鑒一下地理知識來運行。在歐洲，安全保護寫進了法律，在美國安全更像是法規(guī)和經濟衍生的指導方針。Immordino說：不管安全的定位如何，確保安全對成本開支總是有影響的。每一個安全完整性級別的出故障的概率是上一個級別的十分之一。執(zhí)行的成本也會隨著安全級別的提高而上漲。安全級別也會考慮到各種類型的安全傳感器、開/停轉換開關、光簾或安全墊這樣的東西的位置。正因為這些，埃莫迪諾說：即使這些各個部分的問題都解決了，也仍還有很多事情要做。 　　 回頭重新評估一下系統(tǒng)總是一個好主意的，他說：確保安全保護應在哪個級別要得當，不能太高，也不能太低。 為了減少終端用戶重組的時間，Mewag公司設計了更為對口的工具頭，然后把機器水平放置。除了要快外，工具頭的更換還必須安全地進行，這也是Mewag設計智能安全系統(tǒng)的原因之一。為了這個系統(tǒng)，它采用了分散的方案，它使用了博世公司的驅動裝置，這種裝置能在沒有外部硬件支持的條件下實現相當多的安全功能。有了這種方法后，就再也沒必要使用通過在主電源線或電機線上安裝繼電器的傳統(tǒng)方法了。 　　 Mewag的技術經理Samuel Gerber指出，這種看似分散實質集成的控制和安全系統(tǒng)可以幫助效益成倍的增長。他說：“外部監(jiān)視和測量系統(tǒng)的減少意味著可以節(jié)約配線，也節(jié)省了控制柜內空間?！? 　　 在其他方面這個系統(tǒng)也有相當的優(yōu)勢。在一個特殊的操作模式下，工具可以在一個減緩的安全的速度下運行。當從普通模式切換到特殊操作模式的時候，那些在安全區(qū)域中的機器驅動裝置便會自動停止，使機器操作人員可以安全地進入這些區(qū)域。 　　 正是這種在集成環(huán)境中可以快速完成的停止動作，和容易對口的工具頭一起形成了巨大的優(yōu)勢。Gerber說：“這個進步意味著產出時間的明顯減少?！? 　　 同樣的在安全方面也是可圈可點的，在設備中的安全運動在2毫秒內發(fā)現錯誤，將錯誤的運行距離限制在2毫米以內，相比較而言，操作者在受保護區(qū)域內的設備通過人為判斷、考證來發(fā)現故障，這樣會使錯誤的操作運行的距離比前者長得多得多，可能得有幾百毫米。 　　 基于軟件的安全 　　 來自于自動化系統(tǒng)的另一個例子，Kuka Toledo Productions Operation LLC （KTPO）公司把西門子能源自動化變成了自動化系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的集成，KTPO是Kuka的一個附屬公司，它制造開發(fā)車身自動化生產線的系統(tǒng)，而且還為DaimlerChrysler提供機動車車身，為了成為首屈一指的供應商，KTPO需要設計一個比在每個生產單元都采用的硬布線的方式更要安全的系統(tǒng)。 [align=center] 圖3：在轉換機上的需要控制升級的控制，3M公司決定使 用安全控制集成系統(tǒng)。來自：Rockwell Automation 公司。[/align] 傳統(tǒng)的硬線相連的自動機器推進的安全系統(tǒng)使用了很結實的柵欄，那些離現場很遙遠緊急制動按鈕，安全門轉換器，安全墊，燈簾，冗余的繼電器和多余的布線，這是一個昂貴而又很古板的配置方法。 　　 在西門子工作的Kuka開始使用集成一體的方法，他將安全和標準機器控制放到了一根現場總線上，那樣便幾乎去除了所有繼電器的使用，節(jié)省了控制面板的空間和其他硬件，它同樣也減少了工程設計、排錯和布線的成本。控制安全系統(tǒng)也集成了一個在電源線上改造了的有著三相匯流槽的模塊，新式電源線的使用又使全部單元距離縮短了20%。 　　 Kuka通過將基于硬件的安全系統(tǒng)移植到另一個工作在軟件環(huán)境中的安全系統(tǒng)，它可以得到公用的安全代碼，這些代碼可以轉換并從一個系統(tǒng)移植到另一個系統(tǒng)，這樣便可以減少系統(tǒng)的試行時間。Kuka公司的工程師Rod Brown說：我們將很快地搭建起一個系統(tǒng)并且試行過程會出奇的簡單。這種方法僅在首次安裝時就節(jié)省了數萬美元。 這些節(jié)省部分來自于布線要求的減少和其他組件。Kuka公司的工程師說：在使用新方法后，繼電器、本地輸入輸出接口、終端區(qū)域和電纜連接方面共使成本減少了85%，這種減少成為可能的一個原因是在所有的關鍵標準和安全I/O接口處采取了點級診斷，同樣的方法也可以使用在總線等級的故障點，通過使用診斷性的轉發(fā)器，現場總線上的信息在人機界面上進行顯示，為了輔助排故，系統(tǒng)可以在通訊電纜上定位故障點，且誤差不超過一英尺。 　　 在這個機構中，西門子處理器處理了普通的機器功能，也可以同樣探測和控制所有的安全設備，有一個通用的編程環(huán)境，使用類似梯形圖的語言來進行過程控制和完成安全功能。 　　 操作簡單 　　 在倫敦、安大略湖、加拿大都有3M公司磁帶的生產商，有40余種的磁帶進行生產，有種粘合劑用來作為修補，陪襯，用機器準確地在磁帶八分之一處減去所要求的寬度。當機器面對3M公司高質量嚴要求的標準時，控制系統(tǒng)的靈敏度滿足不了預期的要求，因為這些系統(tǒng)已經很陳舊了。 　　 一位來自加拿大3M公司的高級電工工程師Tracy Harvey說：我們看到的這些古老的控制方式，有些已經有了三四十年的歷史了，如果一個部件有了故障便會使整個機器幾個星期甚至幾個月不工作。另一個問題陳舊的控制系統(tǒng)很難符合新的安全代碼。 [align=center] 圖4：來自于Mewag Meashinenfabrik 的彎管機器用來在自動化工業(yè)中與用 一個離散的方法提供安全功能的智能 伺服驅動器相連。[/align] 面對控制的急切升級，3M公司決定從Rockwell Automation引入控制安全集成系統(tǒng)來解決問題，將兩個系統(tǒng)一體化意味著數據字符都將一起被共享，命令執(zhí)行也將被簡化，長期與Rockwell Automation產品的接觸對這個決定的下定起到了關鍵的作用。 　　 這個計劃要求升級轉換器中的一個，然后其他的逐漸也完成升級。Harvey報道：首先的安裝工作進展得很順利，沒有受到任何產品的影響，他也期望新的控制系統(tǒng)（用升了級的驅動器去操縱機器）將會使生產力得到提高。他又特別的指出：優(yōu)良的扭矩控制使工程師們減少了無謂的動力輸出，這樣的改進正被仔細研究和改良，為其它的機器的升級而做準備。這些例子和其它的例子說明：控制安全集成系統(tǒng)已經成功的得到了應用，它在多樣的廣闊的工業(yè)領域中發(fā)揮了比保障安全更為有著深遠意義的作用。