常规PLC与安全PLC的不同

一般PLC和安全PLC之间的区别安全编程逻辑控制器(PLC)专为特殊目的机械设备而设计，用于关键控制和安全应用程序。这些控制器通常是安全系统(SIS)的一部分，用于检测具有潜在风险的流程工业环境。检测到风险后，SIS中的应用程序可以自动运行，将流程置于安全状态。这里可能有很多问题。一般PLC已成功使用多年，与安全PLC有何不同？为什么一般PLC在核心控制和安全应用程序中不可用？一、摘要一个安全PLC采用了特殊设计，可以实现两个重要目标：1.即使组件失败不可避免，系统也不会失败(使用冗馀工作方式)。2.无效属于可预测范围，一旦无效，系统进入安全模式。设计安全PLC时要考虑很多因素，需要很多特殊设计。例如，安全PLC进一步强调硬件和软件相结合的内部诊断，从而使设备可以随时检测到对其工作状态的不便。安全PLC软件，使用一系列特殊技术确保软件可靠性；一个安全PLC具有冗馀功能，即使部分出现故障，系统也能继续运行；安全PLC还添加了安全机制，使内部数据无法通过数字通信接口自由读取和写入。安全PLC与常规PLC的不同之处在于，为了满足苛刻的安全和可靠性国际标准，必须通过第三方专业机构的安全认证。为了设计和测试安全的PLC，必须彻底采用系统方法。德国TUV专家和美国FM专家将确保安全PLC能够测量99%以上内部组件的潜在风险失败，包括安全PLC设计和测试流程的第三方独立验证和验证、特殊电子电路、完善的诊断软件分析和完整性设计，并对所有可能的故障进行测试。故障模式、影响和诊断分析(FMEDA)方法一直指导设计，指示每个组件如何导致系统故障，并指示系统如何检测故障。TUV的工程师将直接执行故障测试，作为认证流程的一部分使用。严格的国际标准软件适用于安全PLC。这些标准需要特殊技术来避免复杂性。分析和测试，以更详细地检查操作系统的操作交互。测试包括实时交互，如多任务(使用时)和中断。还需要进行称为“程序流控制”和“数据验证”的特殊诊断。程序流检查确保基本功能按正确的顺序执行，数据验证在存储中重复存储和使用所有重要数据之前进行验证测试。在软件开发过程中，一个安全PLC需要额外的软件测试技术。要验证数据完整性检查，必须进行一系列“软件故障注入”测试。也就是说，必须通过人为程序损坏来确保PLC响应以预期的安全方式运行。软件设计和测试包含详细的文件数据，使第三方审核员能够了解PLC的工作方式，并说明了大多数软件开发中不使用这些规范的操作过程为何会在大量垃圾软件中出现过多的错误。第二，举个例子以下访谈通过schneider electric company的安全PLC之一更具体地说明了安全PLC与常规PLC之间的区别。1.安全PLC和常规PLC CPU之间的区别一般PLC内部CPU的数量为一个或多个，执行用户的程序、I/O扫描和系统诊断。但是，用户的程序通常一次处理一个，多个CPU的功能是将程序的逻辑运算、算术运算、通信功能等相互分担处理，即共同处理。安全PLC的CPU至少有两个，两个CPU的功能是对同一用户程序分别运行一次，然后将两个结果一起比较。如果比较的结果匹配，则输出此结果；如果不匹配，则选择安全的结果输出。可以看出，这是安全PLC与常规PLC的最大区别，即重复比较。2.安全的PLC内部CPU结构安全PLC包括两个处理器，每个处理器在其自己的内存区域运行自己的安全逻辑，在每个周期结束时，每个处理器都有其自己的停机通道，如果发现结果不同或故障组件，则可以实现系统停机并将其截断到安全状态。这种双处理结构称为内部二次结构。下图显示了这些安全PLC的内部结构。安全PLC通常有两个同时解码和执行的处理器。此差异具有失败检测的以下优点：1)单独生成两个执行代码，由于编译的差异，在生成代码时，很容易检测系统故障。2)由于两个生成代码由不同的处理器运行，因此CPU可以在代码运行时检测系统故障和PLC的随机故障。3)两个单独的内存区域用于两个处理器，因此CPU在每个扫描周期的整个RAM检查中可以检测到无法测量的RAM随机故障。然后依次执行安全PLC和常规PLC的第二个主要区别-瞬时阶段诊断和测试。此测试通过自身信息执行，称为自检。也可以通过彼此的信息进行测试。称为交叉检查。稍后我会提到更多的测试。3.安全PLC CPU测试在时钟测量：处理器电路中，有两个不同的振荡器，每个振荡器使用一个时钟来检查另一个时钟是否工作。如果检测到对方在指定周期内没有运行，CPU将进入安全状态。固件每秒验证两个振荡器的准确度。监视时钟：一个硬件和一个固件的监视时钟确定PLC的活动和用户逻辑运行的执行时间。这与常规PLC系统相同。序列检查：序列检查监视CPU操作系统其他部分的执行情况。内存检查：所有静态内存区域(包括闪存和Flash)都使用循环冗馀代码(CRC)检测，并以冗馀代码执行。动态内存区域由双代码保护，定期检测。这些测试在冷引导时重新初始化。如上分析所示，安全PLC的诊断和测试比常规PLC的测试多得多，因此硬件和软件的设计相对复杂。当然，检查和诊断的范围也更广，更细致。4.安全PLC I/o诊断概述上面简要分析了安全PLC的CPU情况。现在，让我们了解一下安全输入/输出模块。所有安全I/o模块都执行两种诊断功能：(1)更多系统级诊断，如RAM测试、ROM测试、基于模块的类型等。2)现场级别的诊断。安全PLC还可以诊断安全CPU和安全I/O之间的通信(例如，使用CRC检查)。因此，不仅要确认接收的数据是否与发送的数据相同，还要确认数据更改。为了解决EMC的影响等扰动问题，数据可能在瞬间损坏，因此必须为每个模块配置大的连续CRC错误诊断。通电时诊断：通电时，I/o模块执行扩展的自检过程；如果测试失败，则认为模块不健康；输入输出全部设置为0。运行时诊断：如果系统运行时，I/O模块运行自检程序，输入模块确定传感器可以读取完整范围的数据，输出模块对该交换机执行脉冲测试，周期小于1毫秒，数字I/O模块和数字输出模块的电气自检失败，或者模块没有接收外部24V电源，模块将无法工作。过电压诊断：由于电气组件的原因，理论上电源电压超过最大值时不能工作，因此I/O模块应监视后面板上的电源电压。5.安全PLC安全模拟输入模块接地断开检测：安全模拟输入模块具有监视接地故障(泄漏电流)的功能。外部布线的一端通常可以在接地端和中性接地端之间连接分流电阻(例如，250欧姆)，以此电阻的电压检测模拟输入泄漏电流。内部诊断：现场侧包含8个独立的输入通道，每个通道由2个相同的电路组成，每个电路的微处理器通过驱动它的模拟-数字音量转换器和隔离器获得输入值。此外，在诊断时，微处理器驱动模拟转换器，并使其成为高阻抗(非干涉)或低阻抗，以强制输入模拟-数字音量转换器。运行模拟输入模块：1)短期自检。使用定期周期差异值检测检查内部故障。2)长期自检。使用每个通道的健康状态确定内部故障。现场电源监控：没有电源监控，此功能是通过模拟-数字卷转换器测试期间模拟-数字卷转换器和数字卷-模拟转换器提供的电源电压的值实现的。6.安全PLC安全数字输入模块内部诊断：每个输入通道使用一个公用输入电路和两个单独的获取链接，每个微处理器驱动一个数字输入串行设备(DIS)进行输入信息的采样。微处理器还驱动数字输入还原设备(DID)，驱动诊断功能块，比较数据还原和输入数据的同步。输入通道故障检测：数字输入显示器现场侧电源，利用外部接线检测泄漏电流，最小泄漏电流为1mA，如果没有泄漏电流，则表示外部电路的开路故障，对于干式触点，在连接器两端并行拉动1 10k的上部电阻，用于外部电路的阻塞检测。每个输入电路由周期性地强制为1或0以检测电路状态的开关组成。每个输入电路是独立检测的，如果发现问题，则针对诊断位置1声明通道处于非健康状态。7.安全PLC安全数字输出模块内部诊断：在输出模块(模块内部电路，插入周期性诊断环路)上执行脉冲测试，以确定交换机是否可以断开和关闭。诊断序列如下：1)最大1毫秒，不影响执行器；在不超过的极短时间内更改开关命令。2)验证测试结果并恢复正确的开关命令。电源监控：每个输出电路包含由两个处理器分别控制的两个串行交换机。第一个微处理器使用数字输出存储(DOD)驱动交换机，第二个微处理器在还原设备之后驱动交换机。比较两个微处理器系统在每个周期的中间电压和阈值，然后评估中间点的状态，诊断交换机的状态。诊断位设置为在一个通道上发现错误的行为时立即关闭并通知CPU。三、摘要安全PLC和常规PLC之间的基本区别是通过前面两章的介绍了解的。实际上，由于外部传感器布线方式不同，内部操作系统不同，软件功能块的设置不同，软件编写要求不同，或者安全通信协议的规格不同，所以有机会与读者重新沟通。当然，安全PLC与常规PLC有很多相似之处。例如，两者都可以执行逻辑计算和算术计算。两个模块都具有通用输入/输出(I/O)模块，该模块能够解释进程