PLC為何不能代替安全控制器

來源：上海邑斯自動化科技有限公司 2022年11月25日 14:18

國內的企業越來越重視設備的安全防護，可事故卻頻頻發生，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，比如很多人認為，穩定性高、性能強的PLC即可替代安全控制器的作用，其實這就是誤區，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節，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別，在此和大家進行分享。

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這三個理念的。

冗余

普通PLC內部CPU數量有一個或者多個，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、算數運算、通訊功能等分擔實現，也就是協作處理。

安全PLC內部CPU數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。固件每秒鐘會檢查兩個振蕩器的精度。

監視時鐘：一個硬件和一個固件的監視時鐘檢查PLC的活動和執行用戶邏輯的執行時間。這和常規的PLC系統是相同的。

序列檢查：序列檢查監視CPU操作系統不同部分的執行。

存儲器檢查：所有靜態存儲器區，包括Flash存儲器和RAM，使用循環冗余碼（CRC）進行檢測，并且雙碼執行。動態存儲器區由雙碼執行保護，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。

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，同時進行解碼和執行。這種差異性提供了失效檢測的下列優點：

兩個可執行碼獨自生成，編譯的差異性使得在代碼生成時，容易檢測系統失效。
兩個生成碼由不同的處理器執行，因此，CPU能夠在代碼執行時，檢測出系統失效和PLC的隨機失效。
兩個獨立的存儲器區用于兩個處理器，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。

自檢測

安全PLC的自檢測體現在方方面面，包含CPU處理的自檢測，電源監視的自檢測，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了自檢測這一安全理念設計。

（1）安全數字輸入

黃色部分是安全輸入點所具備的*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字輸入串行器（DIS）來實現對輸入信息的采樣。另外，微處理器還驅動一個數字輸入還原器（DID），再驅動診斷功能塊進行診斷，實現還原數據與輸入數據的同步比較。

輸入通道錯誤檢測：數字量輸入監視現場側電源，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開路故障，在干接點的情況下，在接點兩端并聯一個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，如果發現問題就對診斷位置1，聲明通道處于非健康狀態。

（2）安全數字輸出

黃色部分是安全輸入點所具備的*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）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。

電源監視：每個輸出電路包括兩個串聯的開關，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，診斷開關的狀態。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。

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