常见五种安全plc的冗余系统结构和安全性可靠性分析.doc

常用安全PLC 的结构和性能 【摘要】本文介绍了几种常见的安全PLC的结构和性能，然后对各种安全PLC的特性进行了归纳和总结。【关键词】安全PLC N选X系统 三重冗余 四重冗余 Abstract: The article analyses several popular safety PLC’s architecture and performance. Finally, summarize their features.Key word: Safety PLC XooN TMR QMR 近几十年来，多起工业事故发生的原因可以追溯到计算机系统的失效，引起了人员伤亡、设备损坏和环境污染。这些信息也唤醒了国家和公众对减少危险、建立安全工业流程的意识。为此，IEC制定了新的安全国际标准：IEC 61508/ 61511，也已经由工业组织合作制定完成，我国的相关标准也即将颁布。 为了帮助读者了解目前安全仪表系统（SIS）使用安全PLC实现电气/电子/可编程电子系统（E/E/PES）功能的情况，就常见的几种安全系统结构进行探讨，希望能对今后的系统选择有所借鉴和参考。 1．PLC 是一个逻辑解算器 一个安全系统的逻辑解算器是一种特殊类型的PLC，它具有独立的安全功能认证，但也有继电器逻辑或者固态逻辑的运算能力。逻辑解算器从传感器读入信号，执行事先编制好的程序或者事先设计好的功能，用于防止或者减轻潜在的安全隐患，然后通过发送信号到执行器或最终元件采取行动。 逻辑解算器的设计有很多种，来满足不同的市场需求、应用和任务。我们下面将就比较典型的安全PLC的结构进行探讨。  2．安全 PLC 的体系结构 当你构建一个安全系统时，可以有很多方式来安排安全系统部件。 有些安排考虑的是对成功操作有效性的最大化。（可靠性或可用性）。有些安排考虑的是防止特殊失效的发生（失效安全，失效危险）。 控制系统部件的不同安排可以从它们的体系结构中看出来。这节内容将介绍市场上几款常见的可编程电子系统（PES）的体系结构，了解它们的安全特性，以及在安全和关键控制的应用。它们是已经在实践中存在的多种结构的代表， 真正现场使用的系统就是这些结构的不同组合。  下面的内容将用N选X (比如 2选 1) 的方式：XooN 来介绍系统。在每个类型中， X 代表需要执行安全功能的通道数，而 N 代表整个可用的通道数。. 2.1．1oo1 单通道系统 单控制器带有单个逻辑解算器和单个I/O 代表了一个最小化的系统，见下图 （图1）。这个系统没有提供冗余，也没有失效模式保护。电子电路可以失效安全（输出断电，回路开路） 或者失效危险（输出粘连或给电，短路）。这种安排方式是典型的非安全－常规PLC系统结构。 图1：1oo1 结构 安全PLC的输入和常规PLC的输入接法也有区别，常规PLC的输入通常接传感器的常开接点，而安全PLC的输入通常接传感器的常闭接点，用于提高输入信号的快速性和可靠性。有些安全PLC输入还具有“三态”功能，即“常开”、“常闭”和“断线”三个状态，而且通过“断线”来诊断输入传感器的回路是否断路，提高了输入信号的可靠性。 另外，有些安全PLC的输出和常规的PLC的输出也有区别。常规PLC输出信号之后，就和PLC本身失去了关联，也就是说输出后，比如说“接通”外部继电器，继电器本身最后到底通没通，PLC并不知道，这是因为没有外部设备的反馈所致。安全PLC具有所谓“线路检测”功能，即周期性的对输出回路发送短脉冲信号（毫秒级，并不让用电器导通）来检测回路是否断线，从而提高了输出信号的可靠性。 2.2．1oo2 双通道系统 两个控制器并行处理和连线可以把单个PLC危险失效的影响降到最低 为了可靠断开系统，两个输出电路采用串行连接，以防止任何一个控制器在危险的方式下失效，造成系统失效危险。 1oo2 结构（图2）常用于两个独立逻辑解算器、并各自带有