一直以來，安全控制技術(shù)一直落后于標(biāo)準(zhǔn)的控制技術(shù),。為了說明這一點,，讓我們回顧一下幾十年來自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程。30年前,，幾乎所有的控制系統(tǒng)都采用繼電器控制方式,，但這種方式安裝和維護的成本較高，且重新配置系統(tǒng)比較麻煩,，非常不靈活,。基于這些原因,，PLC及其他一些比較“智能”的控制技術(shù)就逐步取代了繼電器控制方式,，因為PLC減少了硬件配置，簡化了安裝和維護過程,，且能非常靈活地適應(yīng)以生產(chǎn)過程為本的控制任務(wù),。隨著生產(chǎn)規(guī)模的進一補擴大和生產(chǎn)技術(shù)的不斷進步，控制系統(tǒng)的復(fù)雜性也在不斷增強,，新型的開放式現(xiàn)場總線技術(shù)的時代來臨了,，它不僅能使不同供貨商的設(shè)備共存于一個總線系統(tǒng)中,，而且還能簡化布線，加快信息在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)上的傳播,。但實際上,，標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)還不能算是一個完美的總線系統(tǒng)，尤其在“安全控制”方面存在著很大的漏洞,。

以汽車生產(chǎn)廠為例,，尤其是在自動化程度較高的焊裝車間和總裝車間，大量的焊接機器人和裝配機械手的出現(xiàn),，造成了許多需要安全保護的危險區(qū)域,，所以安全傳感器，如區(qū)域保護掃描器,、安全光幕,、安全鎖、安全地毯,、急停開關(guān)等的使用已經(jīng)非常普遍,，但現(xiàn)在連接這些安全設(shè)備的控制系統(tǒng)仍停留在“安全繼電器”或“安全PLC”的非總線控制系統(tǒng)的低級控制狀態(tài)，大大限制了生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展,。但如果將這些安全設(shè)備連接到非安全的現(xiàn)場總線系統(tǒng)（如標(biāo)準(zhǔn)的 Profibus,、DeviceNet等總線系統(tǒng)）上去，就會存在比較大的安全隱患,，是一種非安全的控制狀態(tài),。圖1所示的是安全產(chǎn)品的接線方式。

圖1 安全產(chǎn)品的接線方式

基于這種狀況,，世界上幾家比較大的自動化系統(tǒng)公司（如Siemens,、Rockwell等）聯(lián)合了幾家著名的安全傳感器的生產(chǎn)公司（如 SICK、OMRON）,，共同合作開發(fā)了開放性的、相互兼容的安全總線系統(tǒng),，如AS- Interface safety,、 Profisafe、 DeviceNet Safety,、 interbus safety及 Safety bus p等,。這些安全總線控制系統(tǒng)大大加快了控制系統(tǒng)前進的步伐。圖2 為一個標(biāo)準(zhǔn)的Profisafe總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,。

圖2 一個標(biāo)準(zhǔn)的Profisafe總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

一,、安全總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

安全總線系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng)的主要區(qū)別在于通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)不同。安全總線系統(tǒng)的安全是對標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的擴展,，使得標(biāo)準(zhǔn)及安全裝置可在同一個網(wǎng)絡(luò)上運行,。其獨特之處就在于安全通信的實現(xiàn)無需諸如網(wǎng)關(guān),、網(wǎng)橋等昂貴的硬件設(shè)備，僅僅通過軟件層就可實現(xiàn),。圖3所示為安全總線的協(xié)議結(jié)構(gòu),。

圖3 安全總線的協(xié)議結(jié)構(gòu)

一個標(biāo)準(zhǔn)的安全總線系統(tǒng)應(yīng)包括：

帶雙CPU的安全PLC；
安全總線協(xié)議,；
安全總線接口I/O及安全傳感器,。

最初，人們普遍認(rèn)為僅僅通過軟件上的變化來改變總線系統(tǒng)的性質(zhì)是一種冒險的行為,，但恰恰是安全總線系統(tǒng)內(nèi)部固有的安全協(xié)議保證了整個系統(tǒng)的安全性,。協(xié)議中規(guī)定的諸如：數(shù)據(jù)冗余、交錯互檢等功能保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃约肮收显\斷的快速及時等特性,。

安全總線系統(tǒng)不僅能夠單獨使用,，還能直接連接到標(biāo)準(zhǔn)的總線系統(tǒng)中去，而無需其他輔助設(shè)備,。

二,、安全總線系統(tǒng)的優(yōu)點

性能卓越的傳輸介質(zhì)，已經(jīng)過“高噪聲干擾”等惡劣場合的考驗,；
重合“節(jié)點地址”的自動檢查功能,；
內(nèi)置的“數(shù)據(jù)鏈路層”的重審功能；
通過配置建立的“優(yōu)先權(quán)”功能,；
非常低的誤碼率（≤10-7相當(dāng)于在滿負載運行情況下,，150年只允許出現(xiàn)1次錯誤）。

安全現(xiàn)場總線現(xiàn)正處于起步階段,，Profisafe安全現(xiàn)場總線現(xiàn)已完成協(xié)議的制訂,，在歐洲已開始產(chǎn)品的推廣和試用，Siemens公司計劃于2004開始在中國進行推廣,。DeviceNet Safety安全現(xiàn)場總線現(xiàn)正處于協(xié)議的完善階段,，較Profisafe會晚一步開始市場推廣工作。

三,、安全總線系統(tǒng)在汽車行業(yè)的應(yīng)用

（1） 焊接機器人

汽車廠焊接車間中存在著大量的焊接機器人,，焊接機器人周圍需要安裝機械式安全圍欄、安全門鎖,、激光區(qū)域保護掃描器及急停開關(guān)等安全保護設(shè)備,。這些安全保護設(shè)備通過“安全總線接口”連接到安全總線系統(tǒng)中去（如圖4所示）。

圖4 安全總線在焊接車間的應(yīng)用

（2） 全自動沖壓機

在全自動沖壓機的工作區(qū)域,，通常會安裝機械式安全圍欄,、安全門鎖、帶屏蔽傳感器的安全進出入口安全光柵及急停開關(guān)等安全傳感器,。這些安全保護設(shè)備通過“安全總線接口”連接到安全總線系統(tǒng)中去（如圖5所示）,。

圖5 安全總線在沖壓生產(chǎn)中的應(yīng)用