包装机器安全的新活力

对很多人来说，工业安全这个话题会让他们想到一个牌子，上面写着:“超过这一点必须戴安全眼镜。”还有严格的指示，不要用手碰移动的部件。

当然，这是重要的指示，但和一些对待安全的态度一样静态。在现实中，今天的工业安全，包括包装工业，是一个动态和快速变化的领域，其趋势和争论，虽然是特定的主题，反映了自动化作为一个整体的特征。

也许最明显的变化是安全系统本身的拓扑结构。传统上，生产线安全系统部署了一系列设备，如门锁开关、传感器、安全继电器等，并由可编程逻辑控制器(PLC)提供安全系统的智能——通常是专门的安全PLC。然而今天，自动化供应商正在给伺服电机驱动器注入智能，使这些以前愚蠢的设备能够处理新任务，包括安全逻辑。

有些人质疑最近这一趋势的实用性或相关性，但布莱恩·迪尔(Brian Deal)不是其中之一。伊利诺伊州帕拉廷市的自动化供应商施耐德电气(Schneider Electric)的包装市场部门经理Deal承认:“关于安全功能的确切位置，一直存在着持续的争论。”“然而，驱动器内部的安全将变得必要，因为驱动器及其运动部件是机器的主要风险来源。如果一个驱动器能够监测自己的安全行为，它就能够更快地对变化的条件做出反应。”

伊利诺伊州供应商博世力士乐公司(Bosch Rexroth Corp.)的食品和包装应用工程师阿伦斯(David Arens)。，有力地支持这一观点。“你不可能很好地掌握机器的运行状况，除非所有的部件都能确保安全可靠地运行，所以在我看来，将安全和/或安全监控整合到机器上的所有设备实际上是未来的关键路径。”

将安全功能集成到驱动器和其他部件中，不仅可以提高安全性，而且对机器运行的其他方面也有积极的影响。例如，它可能不需要外部速度监测设备或接触器，这是一个相对较大和昂贵的设备。更少的组件意味着更少的费用，更小的空间需求，更少的布线，更快的安装，更容易的监控和维护。

除了驱动的具体例子之外，还有两个因素:功能安全概念和国际标准，这两个因素都将安全问题和安全功能推入生产系统的内部。首先,这个概念。

功能安全是一种整体的，或“端到端”的安全方法。传统上，安全系统与自动化系统有些分离。它们是与自动化系统分开执行和控制的，评价设备和系统安全水平的标准往往限于具体的技术投入。另一方面，功能安全是根据更广泛的“现实世界”输入来评估系统或设备的安全性，包括上游和下游系统的运行，以及可能的操作错误和环境破坏。

目标有两方面:一是提高整体安全水平，二是提高机器或系统的功能操作。在过去，设备安全和生产效率被视为独立且相互竞争的目标;功能安全的概念将它们结合在一起。

标准的作用

现在的问题是，如何评估功能安全性?你不能只是即兴发挥;必须有标准。幸运的是，对于初学者来说，有iec 61508。该标准由国际电工委员会制定，用于评估产品、部件和系统的功能安全性，包括电气/电子/可编程电子(E/E/PE)安全相关系统，以及适当的安全完整性水平(SILs)的评估。

由此产生了IEC 61800-5-2，该标准允许对可调速电力驱动器的安全性进行评估和量化。这里的关键是，在这些标准和相关标准颁布之前，人们不愿意接受具有安全相关功能的电子和可编程电子组件，而这些组件正越来越多地用于当今包装操作的各个方面。在IEC 61800-5-2提供的方法的帮助下，这种情况正在改变。

这方面的首要标准是由国际标准化组织颁布的EN ISO 13849-1，它管理着机械和控制系统安全相关部件的安全。(标准中的EN代表“欧洲规范”)该标准取代了已经实施了近20年的EN 954-1标准。或者，更确切地说，它将取代它。新标准原定于2009年11月30日生效，但实施日期被推迟到2011年12月，以给机械制造商更多的时间进行调整。许多机械制造商在经济衰退中遭受了沉重打击。在此日期之后在欧洲销售的包装机器将必须遵守这一规定。

虽然没有官方机构要求美国机器制造商改用新标准，但普遍遵守新标准已成定局。毕竟，在今天的全球化市场中，只有规模最小、最专业的美国包装机械制造商才有能力1)忽略欧洲市场，或2)为美国和欧洲分别设计和制造包装机械。

除了不可避免之外，采用EN ISO 13849-1还有其他很好的理由。像IEC 61508和IEC 61800-5-2一样，它包含了日益成为当今机器特征的可编程电子设备，并在其安全重点中包含了软件。它还为机器和部件的风险评估提供了可量化的方法。最后一点——可量化的风险评估——至关重要。

“这将对我们行业的机器产生深远的影响，因为它将使建筑商承担更多的责任来计算他们机器的安全水平，”位于密尔沃基的控制供应商罗克韦尔自动化公司的包装业务发展经理Leo Petrokonis说。“因此，他们将更加成熟，对安全更加了解，这最终将有利于终端用户。”

Dave Kirklen，自动化供应商西门子工业公司包装行业业务开发人员，佐治亚州阿尔法雷塔市。他认为，对风险评估的新重视也有利于机器制造商。“能够给一个组件颁发安全认证，实际上使该组件成为一个安全模块，这将使建造者更容易为其他组件复制或改造该模块。这将加快未来的测试和认证，并简化整体设计任务。”

集成的安全

西门子和罗克韦尔在另一个问题上也有共识:综合安全的价值。历史上，安全一直与标准控制分离。集成安全(简化复杂的主题)将这两种功能都置于通过高速网络通信的单一强大控制器手中。罗克韦尔公司的人指出，全球最大的冰淇淋生产和包装设备生产商之一、丹麦沃扬斯的格兰克设备公司(Gram Equipment A/S)就是从这种方法中可以获得的一些好处的一个例子。

克拉姆不满足于传统的安全系统，包括一个PLC，一个独立的安全PLC和一个伺服系统。员工们必须学习如何使用三种不同的软件程序，以及如何连接这些系统以便它们能够相互通信。如果必须修改设备，就必须对电气文件进行费时的修改，并对程序进行修改，而这些修改只能由少数经过专门训练的工作人员进行。

为了简化这种复杂性，Gram设备选择了罗克韦尔的Allen-Bradley GuardLogix控制，它将标准控制和安全控制结合在一个平台上。Gram发现这样可以节省电缆、组件和调试时间。

“如果没有综合的安全解决方案，就需要一名电工将所有紧急停止按钮和安全门与机器的主电柜连接起来，”克拉姆电气设计部经理莫滕•佐诺(Morten Zornow)指出。因此，电工在调试时有很多电缆工作要做。通过集成的安全解决方案和分散的安全I/O(输入/输出)，所有的安全设备都可以在初始测试期间安装在一台机器上。在调试过程中，电工需要处理的电缆更少，因为只有一条总线电缆(DeviceNet或EtherNet/IP)，而不是每个安全设备都有一个网络。”

此外，员工培训也简化了，因为只需要学习一个平台，客户要求的修改也变得更容易实施。此外，由于该系统的标准I/O模块和安全I/O模块都通过EtherNet/IP进行通信，客户的I/O点的故障排除和修复可以在丹麦进行——这对所有相关人员来说都是一项重大节省。

Zornow强调:“故障排除更容易，因为你可以通过互联网连接和HMI(人机界面)显示来读取所有信息。”“在没有集成安全系统的情况下，通过HMI显示器查看所有系统信息是可能的;但是，用户必须使用辅助触点连接个别安全设备，如紧急停止按钮，以便与PAC(可编程自动化控制器)通信。”然而，辅助连接经常导致错误消息或信息丢失，Zornow说。“有了集成的安全系统，你可以直接读取安全设备的状态，从而确保正确的信息和准确的信息。”

我/ O-centric

另一种传统安全PLC的替代方案是由明尼苏达州伯恩斯维尔的Beckhoff Automation LLC提供的。Beckhoff销售一种基于pc的控制系统，允许机器制造商和终端用户使用其TwinSafe安全I/O终端创建具有e-stops、光帘、安全门和类似设备的安全系统，无需专用安全PLC即可使用。德国，Wolfertschwenden, Multivac GmbH公司为其R 535系列热成机选择了该系统，可以包装各种食品，如香肠，鱼和奶酪，也可以在真空，保护气体，皮肤或泡罩包装工业产品和无菌医疗产品。

“在很大程度上，我们的包装机器是标准产品。然而，没有一条自动化包装线是一样的，”Alois Allgaier说，他是Multivac公司控制技术部门经理。“我们的机器是在模块化的基础上构建的，因此我们可以单独配置定制的解决方案，并以最好的方式调整模块。”Allgaier认为，基于pc的方法及其非传统安全系统有助于实现这一目标。

此前，Multivac以传统方式连接安全组件。在r535中，安全功能直接集成在使用双安全终端的公共汽车终端系统中。现场记录安全数据，并在TwinSafe逻辑终端中进行评估。

“TwinSafe大大降低了接线的成本和时间，”Allgaier说。“好处是显而易见的。我们根据机器选择必要的双安全终端，并将其集成到控制系统中。这既简单、方便又划算。”

这些优点——简单、方便和经济效益——都是自动化组件供应商倍加福公司智能系统经理Helge Hornis对智能as接口安全设备所宣称的。as接口是执行器传感器接口，是一种网络协议，用于PLC、数字控制系统(DCS)和基于pc的自动化系统，使用一根双导体电缆连接简单的现场I/O设备。它允许安全和标准的设备连接到同一根网线上，通常是as接口扁线，它允许在网络的任何地方安装as接口模块，而不需要先剪断和准备线缆。结果是更快的安装没有机会在引线之间无意的短路。

“as接口的美妙之处在于，您可以在同一根电缆上混合和匹配安全和常规I/O，并且速度很快，这也提高了构建机器的便便性，”Hornis说。它还有助于I/O的低投入方法，Hornis认为这对包装机构建者是有益的。

Hornis说:“通常情况下，传感器和安全设备是单独布线的，一根一根地布线，返回到金属外壳中的终端，所以在这些外壳中有非常高密度的I/O。”然而，他相信有一个非常小的I/O模块，可以夹在ASi电缆上，有一个或两个传感器输入。“这些可以放置在离传感器很近的地方，从而大大减少了相互连接的线路。我见过很多机器，我认为这将非常有利。”

显然，安全已经进入了一个活跃的、动态的阶段，因为供应商和机器制造商采用了当前的技术和标准，努力使安全系统更灵活、更容易、更便宜地实现，同时也提高了设备的功能。不过，别忘了你的安全眼镜。

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