高度安全性—— ABB 新型安全 PLC內置數學函數
http://www.debgrams.com 2015-09-14 16:06 來源：北京ABB電氣傳動系統有限公司
為了更好地利用可用建筑空間，并加速項目進度,大型建筑工地越來越趨于高負荷運作。重負荷塔式起重機對此類建筑工地的效率至關重要，現在的起重機操作員通常需要在極為復雜的 3D 空間內工作，其中很多區域都可能發生碰撞。
起重機控制系統設計公司 NTK 通過為塔式起重機提供先進的新型安全系統而使解決以上問題變得簡單，即通過帶圓形或橢圓形駕駛窗的獨特駕駛室便可輕松加以識別。NTK 目前采用基于新一代 ABB 安全 PLC 的控制系統。該系統可持續監控實時負載轉矩以及工作和碰撞區域，達到 SIL3 （IEC 61508 和 62061） PLe (ISO 13849-1) 功能安全等級。借此，操作員能夠即時而全面地查看所有關鍵的起重機狀態指示器。現在還通過完全動態的負載力矩計算，來控制起重機的最大移動速度。這提供了無限可調的提升性能，而非使用更具限制性的分級最大速率帶，從而提高起重機生產力。
采用 ABB AC500-S 的安全 PLC，由于具備內置數學函數能力，因而簡化了該控制升級項目。與其他安全控制器選項不同，PLC 支持三角數學函數，大大加快了靜態和動態起重機的負載安全計算。吊運車位置、起重機半徑及負載和風力條件均通過 NTK 的觸摸屏圖形用戶界面顯示。
NTK 工程師事務所創始人之一 Ralf Tensing 說道：“安全 PLC 執行復雜的安全算術函數，以監控關鍵參數。此外，其確保不超過最大允許負載力矩，以防止起重機過載傾翻?，F在可實時顯示相關狀態。只需一眼，操作員便可找到吊運車或起重機的位置及其負載。當你在擁擠的工地或高海拔地區工作時，這便是一個巨大的優勢。”
NTK 一直處于起重機控制安全的第一線。關于新一代控制系統，NTK 同意成為 ABB 的測試用戶，借助新型數學功能 AC500-S 安全 PLC，將控制系統升級為雙 PLC 體系。這使得 NTK 能夠在開發階段早期便接觸到新型安全 PLC。反過來，NTK 開發人員也向 ABB 提供 PLC 及開發工具的相關反饋。
總的來說，NTK 的新型控制系統約在 12 個月內就被推向市場。但是，其中有一段時間為 NTK 與起重機 OEM 客戶研發預發布的測試版，由客戶提供新型安全控制系統的反饋信息。新型安全代碼本身在很短的三個月時間內便開發完成，這很大程度上歸因于 ABB 編程工具的高質量。
AC500-S 并非采用專用安全 PLC 功能塊進行編程，而是提供完整的安全認證結構化文本編程語言。這種高級語言涵蓋了使用 IF 語句等復雜結構的能力，為 NTK 提供了更多靈活性來開發獨一無二的新型起重機安全監測系統和用戶界面。此外還提供一個關鍵的開發工具 —— ABB 獨有的安全代碼分析器 (SCA)，助力 NTK 實現從寫入“標準”PLC 控制代碼到生成安全 PLC 代碼的轉變。該工具根據 IEC 61508-3，驗證用戶是否遵照安全編程規則或準則。當 NTK 創建新的軟件模塊時，便可使用 SCA 工具進行快速驗證，該工具可執行大量的檢查工作，例如驗證變量命名是否正確及傳輸是否正常運行，并自動標記代碼結構是否復雜以及可能會導致軟件錯誤的指令（如循環程序）。
NTK 整體開發環境的另一個重要組成部分是 ABB Automation Builder 工具套件。這為 NTK 等控制系統項目中使用的各種自動化組件提供集成開發環境 —— 從 PLC、安全 PLC 和運動控制器到驅動器和 HMI。該工具顯著降低了軟件復雜性，縮短了上市時間。
ABB 自動化產品部門機械控制和自動化產品經理 Knud Jansen 說道：“該應用程序闡明了 PLC 用戶采用基于 PLC 的安全控制系統體系的簡單性。 NTK 的關鍵驅動因素是使用高級結構化文本語言進行編程的能力，以及強大的安全代碼分析器工具 —— 在開發和測試 PLC 代碼模塊時為軟件開發人員提供即時反饋。”
NTK 的 PLC 起重機控制系統安裝于駕駛室內受保護的機柜中。不過，還可提供“極端條件”版 PLC，使用戶能夠配置適用于惡劣條件和極端氣候的加強型功能安全 PLC 解決方案，例如常見于某些起重機和絞車應用。
ABB 安全 PLC的 硬件保留了與非安全應用的AC500 PLC 系列一致的外觀，擁有與標準 ABB CPU 和 I/O 模塊一致的尺寸，以及相同的安裝和布線方案。兩種類型的模塊可混合安裝于同一 PLC 中，從而允許系統執行安全和非安全功能。借此可降低項目的復雜性和成本，并開辟新的應用選項，如直接變量映射、控制系統安全和非安全變量之間的數據交換。
AC500-S 的數學能力涵蓋一個強大的三角計算函數套件，包括 COS, SIN, TAN, ASIN, ACOS 和 LOG。這是復雜運動學中安全運動控制的理想之選 —— 如起重機、卷揚機、機械手和移動平臺（自動導引車）。
AC500-S 安全 CPU 采用標準編輯器如結構化文本 (ST)、梯形圖 (LD) 或功能塊圖 (FBD) 進行編程，使得用戶能夠輕松地將控制系統提升到一個新的安全水平。這啟動了快速學習曲線并促進了快速應用開發 —— 降低了自動化系統的總擁有成本。ABB 安全代碼分析器工具 SCA 根據 IEC 61508-3，驗證安全編程規則或準則，進一步加速應用開發。這一強大工具已獲 TÜV SÜD 認證，對軟件進行了嚴格的測試。測試結果記錄于技術報告中，驗證了分析器的特性、標準合規性及安全應用程序源代碼的語法正確性。
另一個有價值的影響是 PLC 代碼更為可靠、結構更合理、更易讀取，有助于簡化認證工作，降低發布后的維護成本。AC500-S 安全編程編輯器支持遐邇聞名的 PLCopen 安全應用庫文件 —— 包括緊急停止、模塊選擇器、雙手控制等安全應用中使用的標準化功能塊，進一步助力降低成本和加速開發。此外，AC500-S 還支持廣泛的 IEC 數據類型，為程序員提供更大的靈活性。
與某些安全 PLC 不同，ABB 的 AC500-S 擁有一個獨立的安全處理器。即使非安全處理器處于停止或維護模式，或進行在線變更，也可將安全 CPU 配置為工作狀態。ABB 提供 SIL3/PL e 認證安全 I/O 模塊供您選擇，包括數字輸入和輸出，并提供涵蓋 0-20 mA（或 4-20 mA）范圍的專用模擬電流輸入模塊。專用模擬電流輸入模塊可直接在應用時測量壓力、溫度、位置和扭矩等參數，而無需 A/D 轉換或專門的電子裝置。這可以簡化各種安全機械控制應用的實施，例如卷揚機和起重設備中的制動系統，起重機上的定位系統和溫度控制，風力發電渦輪機上的移動平臺和選擇性關閉系統。
為了簡化系統設計，安全控制模塊可作為主 PLC 解決方案的一部分進行安裝，或安裝于使用 PROFINET/PROFIsafe 協議進行鏈接的遠程 I/O 機架中。這種網絡連接控制系統節省了布線和裝配成本，并避免干擾問題的出現。在此類應用中，NTK 選擇使用 PROFINET / PROFIsafe 工業以太網標準，在起重機上執行安全相關通信。
NTK 工程師事務所創建于 2001 年，總部位于德國韋爾特。公司致力于開發和制造完整的起重機控制系統，包括所有的安全、監測和控制組件。公司所擁有的技術包括已獲專利的回轉控制系統，它將速度與極為順暢的無振動啟動和停止相結合。公司還提供一系列的控制解決方案，以滿足客戶需求，從控制模塊到完整的組合起重機駕駛室 —— 可輕松安裝并連接至起重機機架?？刂葡到y被集成到很多無塔頭式、俯仰式和無塔頭變幅式起重機之中?？蛻舭ㄆ鹬貦C制造商 Jost Cranes, Crane Tec 和 BBL
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