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常规PLC与安全PLC的不同 　　【摘要】本文介绍了常规PLC与安全PLC的很多不同点，然后通过安全PLC的CPU、I/O模块举例说明了它们不同的具体内容。? 　　安全型可编程逻辑控制器（PLC）是为特殊用途的机器设备而设计的，用于关键型控制和安全型应用。这些控制器通常是安全仪表系统（SIS）的一部分，用在检测具有潜在危险的流程工业环境中。一旦检测出危险，SIS的应用程序能自动作用，把流程切换到安全状态。谈到这里，用户可能会有一系列的问题：常规PLC已经成功地使用了这么多年了，与安全PLC相比有什么不同？为什么在关键型控制和安全型应用中，不能使用常规的PLC？? 一、综述? 　　一台安全PLC采用了特殊的设计，能够实现两个重要目标：? 　　1．系统不会失效（采用冗余的工作方式），即使元件的失效不可避免；? 　　2．失效是在可预测的范围内，一旦失效，系统将进入安全模式。? 　　在设计安全PLC时，要考虑到很多因素，需要很多的特殊设计。比如：一台安全PLC更强调内部诊断，结合硬件和软件，可以让设备随时检测自身工作状态的不适；一台安全PLC具有的软件，要使用一系列的特殊技术，能确保软件的可靠性；一台安全PLC具有冗余功能，即使一部分失效，也能够维持系统运行；一台安全PLC还具有外加的安全机制，不允许通过数字通信接口随便读写内部的数据。? 　　安全PLC与常规PLC的不同还在于：安全PLC需要得到第三方专业机构的安全认证，满足苛刻的安全性和可靠性国际标准。必须彻底地采用系统方法，来设计和测试安全PLC。德国的TUV专家和美国的FM专家会提供对安全PLC设计和测试过程的、第三方独立的确认和验证，? 　　特殊的电子线路，细致的诊断软件分析，再加上对所有可能失效进行测试的完整性设计，确保了安全PLC具有测定99％以上的内部元件潜在危险失效的能力。一种失效模式、影响和诊断分析（FMEDA）方法一直指导着设计，这种方法会指出每个元件是怎样引起系统失效，并且告诉你系统应该如何检测这个失效。TUV的工程师会亲自执行失效测试，把它作为他们认证过程的一个部分。? 　　严格的国际标准软件应用于安全PLC。这些标准需要特殊技术，避免复杂性。更进一步的分析和测试，细致地检查操作系统的任务交互操作。这种测试包括实时的交互操作，比如多任务（当使用时）和中断。还需要进行一种特殊的诊断，被称为程序流控制和数据确认。程序流检查能确保基本功能能按正确的顺序执行，数据确认使所有的关键数据在存储器里进行冗余存储，并且在使用前进行有效性测试。在软件开发过程中，一个安全PLC需要附加的软件测试技术。为了核实数据完整性检查，必须执行一系列软件失效注入测试，也就是人为对程序进行故意破坏，来检查PLC的响应是否运行在预计的安全方式。软件的设计和测试带有详细的文件资料，这样第三方的检查员就能够明白PLC的运行原理，而多数软件开发没有使用这种规范的操作流程，这也正好说明为什么众多的垃圾软件会出现那么多的臭虫而无法发现了。? 二、举例? 　　下面试通过施耐德电气公司的一款安全PLC，来更具体地说明安全PLC与常规PLC的区别。? 　　2．1?安全PLC与常规PLC的CPU的差别? 　　常规PLC内部CPU的数量有一个或多个，它或它们的作用是：执行用户的程序、进行I/O的扫描和系统的诊断。但用户的程序通常就进行一次处理，多个CPU的功能是把程序中的逻辑运算、算数运算、通信功能等分担实现，也就是协作处理。? 　　而安全PLC的CPU至少有两个或多个，两个CPU的功能是：分别对同一个用户程序各自执行一次，然后再把两个结果放在一起进行比较，如果比较的结果是一致的，就输出这个结果，如果是不一致的，选择安全的结果输出。由此看出，这才是安全PLC与常规PLC最大的不同：冗余＋比较。? 　　2．2?安全PLC内部CPU的结构? 　　安全PLC包含2个处理器，每个处理器在自己的存储器区中，执行它们自己的安全逻辑，然后在每个周期的结尾和对方的结果进行比较，每个处理器有它自己独立的停机通道，如果检测到结果的不同或有失效成分，它能够实现系统停机，切到安全状态。这种双处理结构被称为内部的二选一结构。? 　　下图表示了这种安全PLC的内部结构：? 　　安全PLC通常都有两个处理器，同时进行解码和执行。这种差异性提供了失效检测的下列优点：? 　　?两个可执行码独自生成，编译的差异性使得在代码生成时，容易检测系统失效。? 　　?两个生成码由不同的处理器执行，因此，CPU能够在代码执行时，检测出系统失效和PLC的随机失效。? 　　?两个独立的存储器区用于两个处理器，因此，CPU能够检测出RAM的随机失效，而这在每个扫描周期的全部RAM检查时测不出来。? 　　这里我们接着引出