PSS3000在安全位置檢測中的應用

隨著國內航運產業的快速發展，港口起重機械也越來越多地出現在各個港口、碼頭。一般的港口起重機械在作業時，會有X軸和Z軸兩個運動方向，Z軸上錯誤的信號會導致貨物被提升到過高的位置，造成貨物墜落，對人員造成傷害 ，而X軸上的錯誤信號會導致貨物在錯誤的位置被放置，造成貨物墜落，也會對人員造成傷害。 因此，作為危險等級較高的機械，安全控制系統需要對這兩個運動方向進行可靠的檢測，以避免危險的發生。

　　針對安全位置檢測的需要，Pilz提供了使用PSS 3000作為安全位置檢測的解決方案，最高可達到安全等級3級和PLd。

　　PSS系列安全PLC被分為一個故障安全部分和一個標準部分。僅故障安全部分可以處理安全相關功能，并且故障安全部分和標準部分之間的通訊互不產生影響。CPU中的故障安全部分被設計為多通道和相異的結構，以確保高的安全等級。所有的輸入和輸出與中間變量，在每個CPU內部會被單獨處理。兩個CPU之間會相互比較結果，只有得到相同的結果時，輸入和輸出信號才可用。

　　圖1為一臺起重機的示意圖。起重機是用于在不同工位之間傳輸工件的裝置。在起重機工作時，需要準確地知道工件被提升或落下時小車在X軸的位置，以避免工件在垂直運動時對人體造成傷害。而起重機垂直方向的運動是由一個第三方提供的NC控制器來控制的。PSS通過安全限位開關（如PSEN系列）來監測Z軸的位置運動，并通過絕對編碼器來獲取x軸的位置信號，這些都是與NC控制器獨立的。PSS只有在起重機的Z軸沒有過限（即安全限位開關未被觸發）以及絕對值編碼器正確地記錄了水平位置的情況下起重機才能動作。

　　顯然，無論是限位開關的信號還是絕對值編碼器的信號，都是安全相關的，只有準確獲得這些信號，才能避免事故的發生，保證操作人員的人身安全。

　　在使用PSS3000作為安全控制器的應用中，限位開關是測試脈沖雙通道接線進入PSS，能夠檢測輸入部分的斷線、接地、短路等故障。并且起重機的電源接觸器是由PSS控制的帶有反饋回路的監測的雙通道輸出來控制的，確保在觸發限位開關時，能夠確保有效地切斷輸出。

　　而TWK的角度編碼器TMN 50_SA 4096R32768 S1 S Nxx用來作為安全的絕對編碼器。該編碼器由兩個冗余、結構相同的系統對于角度進行檢測，信號通過CAN端口進行串行通信，每個編碼器有兩個CAN總線的節點，通過這兩個CAN總線的結點，冗余輸出到控制系統。

　　系統的控制器使用的是緊湊型的可編程安全系統PSS 3047-3 ETH-2 CANopen作為控制器。使用Pilz開發的CANopen軟件功能包ST SB CANopen Master，PSS 3047可以作為CAN總線的主站。在標準部分使用功能塊FB090執行編碼器的初始化，FB091和FB092進行兩個編碼器信號的處理。在安全部分，PSS3047通過FB091和FB092處理之后的編碼器數據，檢測絕對值編碼器信號的外部偏移和內部偏移。外部偏移指的是當前值與參考點之間的偏移，而內部偏移指的兩個通道數據之間的偏移。通過安全功能塊SB225進行控制，當偏移量超過設定值時，將可靠地切斷相應的輸出。

　　通過這樣產品設計，一臺有兩個提升裝置的起重機系統，可以由一個PSS 3047-3 ETH-2 CANopen和兩個TMN的角度編碼器來檢測，如圖2所示。如果是一個有兩個運動方向的物料傳送系統，也可以通過一個PSS 3074-3 ETH-2 CANopen進行控制，如圖3所示。

　　除了安全距離控制外，在一套PSS系統中，還能使用其他安全功能塊，例如急停或者光柵控制塊，來控制外圍的安全點，作為常規的安全控制器以替代安全繼電器。通過與PVIS OPC Server的結合，還能在工作站上能夠以圖形化的方式顯示PSS的診斷信息，如圖4所示。

　　與其他廠商所提供的安全解決方案相比，通過PSS 3000，不僅能夠對兩個絕對值編碼器組成的安全系統進行控制，對于由一個絕對值編碼器和一個限位組成的系統，同樣也能進行控制。因此，在使用安全控制系統對起重機械進行控制時，不需要對原有系統的機械部分進行更改，并且不需要再使用單個的安全繼電器對急停對外圍安全點進行控制，減少機械和電氣部分的工作量，同時可以有效地簡化起重機械的安全控制系統。