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隨著國(guó)內(nèi)航運(yùn)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，港口起重機(jī)械也越來(lái)越多地出現(xiàn)在各個(gè)港口、碼頭。一般的港口起重機(jī)械在作業(yè)時(shí)，會(huì)有X軸和Z軸兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向，Z軸上錯(cuò)誤的信號(hào)會(huì)導(dǎo)致貨物被提升到過(guò)高的位置，造成貨物墜落，對(duì)人員造成傷害 ，而X軸上的錯(cuò)誤信號(hào)會(huì)導(dǎo)致貨物在錯(cuò)誤的位置被放置，造成貨物墜落，也會(huì)對(duì)人員造成傷害。 因此，作為危險(xiǎn)等級(jí)較高的機(jī)械，安全控制系統(tǒng)需要對(duì)這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行可靠的檢測(cè)，以避免危險(xiǎn)的發(fā)生。
針對(duì)安全位置檢測(cè)的需要，Pilz提供了使用PSS 3000作為安全位置檢測(cè)的解決方案，最高可達(dá)到安全等級(jí)3級(jí)和PL d。
PSS系列安全PLC被分為一個(gè)故障安全部分和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部分。僅故障安全部分可以處理安全相關(guān)功能，并且故障安全部分和標(biāo)準(zhǔn)部分之間的通訊互不產(chǎn)生影響。CPU中的故障安全部分被設(shè)計(jì)為多通道和相異的結(jié)構(gòu)，以確保高的安全等級(jí)。所有的輸入和輸出與中間變量，在每個(gè)CPU內(nèi)部會(huì)被單獨(dú)處理。兩個(gè)CPU之間會(huì)相互比較結(jié)果，只有得到相同的結(jié)果時(shí)，輸入和輸出信號(hào)才可用。
圖1 帶有提升裝置的起重機(jī)
圖1為一臺(tái)起重機(jī)的示意圖。起重機(jī)是用于在不同工位之間傳輸工件的裝置。在起重機(jī)工作時(shí)，需要準(zhǔn)確地知道工件被提升或落下時(shí)小車在X軸的位置，以避免工件在垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)人體造成傷害。而起重機(jī)垂直方向的運(yùn)動(dòng)是由一個(gè)第三方提供的NC控制器來(lái)控制的。PSS通過(guò)安全限位開(kāi)關(guān)（如PSEN系列）來(lái)監(jiān)測(cè)Z軸的位置運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)絕對(duì)編碼器來(lái)獲取x軸的位置信號(hào)，這些都是與NC控制器獨(dú)立的。PSS只有在起重機(jī)的Z軸沒(méi)有過(guò)限（即安全限位開(kāi)關(guān)未被觸發(fā)）以及絕對(duì)值編碼器正確地記錄了水平位置的情況下起重機(jī)才能動(dòng)作。
顯然，無(wú)論是限位開(kāi)關(guān)的信號(hào)還是絕對(duì)值編碼器的信號(hào)，都是安全相關(guān)的，只有準(zhǔn)確獲得這些信號(hào)，才能避免事故的發(fā)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(yīng)用中，限位開(kāi)關(guān)是測(cè)試脈沖雙通道接線進(jìn)入PSS，能夠檢測(cè)輸入部分的斷線、接地、短路等故障。并且起重機(jī)的電源接觸器是由PSS控制的帶有反饋回路的監(jiān)測(cè)的雙通道輸出來(lái)控制的，確保在觸發(fā)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，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(lái)作為安全的絕對(duì)編碼器。該編碼器由兩個(gè)冗余、結(jié)構(gòu)相同的系統(tǒng)對(duì)于角度進(jìn)行檢測(cè)，信號(hào)通過(guò)CAN端口進(jìn)行串行通信，每個(gè)編碼器有兩個(gè)CAN總線的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)這兩個(gè)CAN總線的結(jié)點(diǎn)，冗余輸出到控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)的控制器使用的是緊湊型的可編程安全系統(tǒng)PSS 3047-3 ETH-2 CANopen作為控制器。使用Pilz開(kāi)發(fā)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(biāo)準(zhǔn)部分使用功能塊FB090執(zhí)行編碼器的初始化，F(xiàn)B091和FB092進(jìn)行兩個(gè)編碼器信號(hào)的處理。在安全部分，PSS3047通過(guò)FB091和FB092處理之后的編碼器數(shù)據(jù)，檢測(cè)絕對(duì)值編碼器信號(hào)的外部偏移和內(nèi)部偏移。外部偏移指的是當(dāng)前值與參考點(diǎn)之間的偏移，而內(nèi)部偏移指的兩個(gè)通道數(shù)據(jù)之間的偏移。通過(guò)安全功能塊SB225進(jìn)行控制，當(dāng)偏移量超過(guò)設(shè)定值時(shí)，將可靠地切斷相應(yīng)的輸出。
通過(guò)這樣產(chǎn)品設(shè)計(jì)，一臺(tái)有兩個(gè)提升裝置的起重機(jī)系統(tǒng)，可以由一個(gè) PSS 3047-3 ETH-2 CANopen和兩個(gè)TMN的角度編碼器來(lái)檢測(cè)，如圖2所示。如果是一個(gè)有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的物料傳送系統(tǒng)，也可以通過(guò)一個(gè)PSS 3074-3 ETH-2 CANopen進(jìn)行控制，如圖3所示。 
圖2 有兩個(gè)提升裝置的起重機(jī)
圖3 有兩個(gè)傳輸方向的托盤物流裝置
除了安全距離控制外，在一套PSS系統(tǒng)中，還能使用其他安全功能塊，例如急停或者光柵控制塊，來(lái)控制外圍的安全點(diǎn)，作為常規(guī)的安全控制器以替代安全繼電器。通過(guò)與PVIS OPC Server的結(jié)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(guò)PSS 3000，不僅能夠?qū)蓚�(gè)絕對(duì)值編碼器組成的安全系統(tǒng)進(jìn)行控制，對(duì)于由一個(gè)絕對(duì)值編碼器和一個(gè)限位組成的系統(tǒng)，同樣也能進(jìn)行控制。因此，在使用安全控制系統(tǒng)對(duì)起重機(jī)械進(jìn)行控制時(shí)，不需要對(duì)原有系統(tǒng)的機(jī)械部分進(jìn)行更改，并且不需要再使用單個(gè)的安全繼電器對(duì)急停對(duì)外圍安全點(diǎn)進(jìn)行控制，減少機(jī)械和電氣部分的工作量，同時(shí)可以有效地簡(jiǎn)化起重機(jī)械的安全控制系統(tǒng)。
圖 4 PSS的擴(kuò)展應(yīng)用
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