通過open SAFETY構建系統(tǒng)網絡更加安全

貝加萊公司

1 引言

今天，當我們談及在機器之間實現安全數據傳輸的時候，基于以太網的現場總線網絡已經成為標準的傳輸介質。這些網絡不僅可以確保人員和設備安全，而且還能夠提高整體生產效率，提供更多對錯誤進行故障排除的方式。為了使整個生產區(qū)域中由不同機型構成的生產系統(tǒng)都能得到無縫保護，機械自動化與控制組織（OMAC，Organization for Machine Automation and Control）目前正在定義一個統(tǒng)一的協議接口。

與擁有硬接線安全電路的安全系統(tǒng)相比，在基于以太網網絡如POWERLINK上傳輸安全信號的安全系統(tǒng)擁有更多優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括通過減少所需布線量節(jié)約成本，因為廣泛地接線是眾所周知的錯誤源，特別是在復雜的模塊化機器中。由于傳統(tǒng)的安全接線需要提前知曉所有即將被使用的選項，因此這也會延緩系統(tǒng)投入運行的時間。然而，采用具備直接通信能力的安全系統(tǒng)無需經過控制器路由，可以以更高的數據傳輸速度滿足標準，從而大幅提高數據吞吐量。直接安裝在電機上具有智能安全響應（Smart Safe Reaction）功能的驅動組件可以縮短停車距離，優(yōu)化安全間隙，有利于機器的小型化和低成本制造。

2 從機器到生產線

在印刷或者包裝領域中，高水平的自動化生產是通過互聯的機器和機械手裝置實現的。因此，此類領域對于在整個生產線上擴展集成于網絡的安全技術，并在所有相關機器上發(fā)揮其優(yōu)勢擁有濃厚的興趣。然而直到現在，組織性和技術性障礙總是在阻礙機器和機械手裝置之間通過工業(yè)以太網實現安全信號的交換。

組織性問題必須面對的事實是，還沒有一家機械制造商能夠對外部設備所有潛在的連接需求做出預期和規(guī)劃，更不用說預見如何去實現了。另外，特定機器外單獨的安全設備相比機器內也無法觸發(fā)更深的安全響應。

技術性障礙是由各種安全導向型控制系統(tǒng)之間的不兼容性而產生的。除了openSAFETY之外，它們只能夠與特定廠商的控制硬件和現場總線系統(tǒng)一起工作。因此直到今天，通過共享緊急停車電路將機器連接起來的現象仍然非常普遍。

3 安全接口意味著互操作性

不論采用何種系統(tǒng)總線傳輸數據，openSAFETY都是唯一能夠集成于網絡用于傳輸和處理安全相關數據的系統(tǒng)。因此，即使單個機器來自不同的制造商或者配備不同的安全功能，在這些機器之間也能夠非常輕松地采用同一種安全技術，如圖1所示。

圖1 不論使用何種現場總線，通過openSAFETY都可以實現貫穿多個機組的安全數據傳輸

盡管這種系統(tǒng)的獨立性很強，但是建立一個統(tǒng)一的安全標準并且被每一個機器供應商所接受仍然不太可能。

“正因為這個原因，在網絡層上處理不同安全系統(tǒng)之間的互操作性變得非常必要，這樣就可以利用其在網絡內的全部功能。”貝加萊公司openSAFETY技術經理M iodrag Veselic解釋道，“貝加萊和OMAC一起正在就接口協議制定一項規(guī)范，旨在讓使用不同系統(tǒng)的機器可以輕松地實現安全導向型系統(tǒng)的聯網。”

4 機器配置文件是關鍵

統(tǒng)一的配置文件是機器和系統(tǒng)安全導向型網絡的核心要素，它會對每個機器或機械手裝置上與安全相關元件的基本設計進行描述。“這與貫穿系統(tǒng)和設備的一組明確的狀態(tài)信號有關，包括緊急停車、安裝模式、偏離限值等。”Veselic解釋道，“機器配置文件會針對每一個信號指定它是否由設備傳送，或者設備是否需要這一信號用作自己的安全響應。”

配置文件中的數據結構簡單，它可以將不同制造商集成于網絡的安全系統(tǒng)組成一個網絡，凡是與安全相關的基本信息都可以在該網絡上共享。這樣就可以使不同地點的每一個單獨的機器對安全相關的操作模式設置做出響應，從而提高設備與系統(tǒng)的可用性。由于openSAFETY采用“黑色通道”機制，通過它傳輸安全信號僅依賴網絡通信層，因此可以采用任意以太網拓撲結構建立這種類型的網絡。通用安全接口規(guī)范的一個重要方面是，它能夠在不中止或關閉網絡其余部分的情況下添加或刪除設備。

5 主要目的——易于實現

接口協議以及機器配置文件數據的處理方式尚未最終確定。然而該規(guī)范仍然預計會在2012年的某一時刻完成。“接口的成功與否將最終取決于它是如何易于實現的。”Veselic解釋道，“因此，配置數據集必須被轉換成軟件，以使對安全系統(tǒng)廠商的集成變得盡可能容易。對于無內置安全控制的簡單裝置或設備而言，貝加萊將會提供具備此功能的適配器，而其他制造商也很有可能提供類似產品。”

一旦基于以太網安全數據傳輸的標準接口配置文件結構被發(fā)布，那么機械制造商為了確保兼容性，唯一需要做的事情就是完成機器配置文件的一次性開發(fā)。此外，他們還可以將注意力集中在個別機器內的安全裝置上，而且不需要經常考慮包括機械手裝置在內不斷變化的定制化功能。由于開發(fā)和認證都是一次性的，因此這樣可以縮短上市時間（Time-to-Market）。

6 基于網絡的安全系統(tǒng)提高生產效率

客戶所能獲得的另一個優(yōu)勢是機器、機器人以及機械手裝置具有高可用性，它們可以作為積木式構件用于在先進的通用安全環(huán)境中輕松創(chuàng)建復雜的生產系統(tǒng)。在此類系統(tǒng)中擁有大量易于管理的任務，系統(tǒng)配置隨時都能夠被修改，從而提高生產效率，而這在過去是傳統(tǒng)技術不可能實現的。

智能安全響應（Smart Safe Reaction）如“安全減速”（SRS）功能可以在多個機器上同時啟用，它可以提供一個安全狀態(tài)，無需使系統(tǒng)完全停止運行，這是提高生產效率的一種方式。整條生產線采用全面的安全保障機制對整個系統(tǒng)進行保護也可以提高生產力。這不僅縮短了安全數據傳輸的路線和時間，而且還可以節(jié)約空間，因為系統(tǒng)中相鄰機器的安全響應不再需要單獨的維護通道。

“基于網絡層的安全型系統(tǒng)網絡的另外一個優(yōu)勢是，它可以在所有機器上執(zhí)行高質量且統(tǒng)一的診斷。”貝加萊集成安全技術部產品經理Franz Kaufleitner說道。

基于以太網的安全技術已經成為單獨機器中的標準。隨著OMAC和EPSG對于openSAFETY和標準化安全接口定義的開發(fā)，相信在不久的將來，我們可以將這些優(yōu)勢應用到整個機組中去。