安全集成伺服驱动技术

　　由于新时期机械自动化需求的持续增长，生产安全也正处于活跃增长时期，因此机器安全成为人们普遍关注的热点。国内外制造商也因此将产品安全性作为一种新的战略性策略，并开始改变传统的安全设计方式，一种基于功能安全的智能化安全策略——功能安全集成(Integrated Functional Safety)成为制造商们新的竞争契机。本文在对功能安全深入分析的基础上，提出了新时期安全技术的发展趋势，讨论了功能安全集成技术的特点和优势，最后结合安全集成驱动技术的应用实例，提出了安全集成伺服驱动的设计方案。对未来机床控制和驱动系统的发展完善具有指导意义。

1 功能安全

　　功能安全技术已被应用于许多不同领域，涉及机械制造业、流程工业、运输行业、医药行业等相关领域。功能安全是受控设备(Equipment Under Contr01)通过对其输入的正常响应而获得的整体安全的一部分，它取决于受控设备及其控制系统功能的正确执行，因此功能安全防止的就是安全相关系统或设备的功能失效所导致的危险发生。

　　1.1 功能安全的理论特点

　　IEC 61508是有关功能安全的基础标准，该标准提出了功能安全的基本原理、术语、数学方法和管理模式等，为以电子作基础的控制系统的设计提出了标准型的指导，为控制系统的设计提供了技术框架，在此框架内还可同时考虑其他技术安全¨J。另外，功能安全已经被应用于不同的领域，并衍生出许多不同领域的安全标准：如流程工业的IEC 61511，机械领域的IEC62061、EN 954-2、IEC 60204—1。核领域的IEC 61513等。

　　作为功能安全的基础标准，IEC 61508提出了一种保障产品系统安全的新思路，涉及安全技术和安全管理两个方面。它将安全的理念贯穿于系统的设计、实现、安装、运行、维护和管理全过程，采用定性分析和定量计算相结合的方法对系统安全性进行分析，并不断对系统进行改进，最终实现系统的最优化设计，达到功能安全的目的。IEC 61508的特点体现在：全新的功能安全保障理念、基于风险定量分析的评估机制、基于安全完整性等级的评价指标、全生命周期的安全管理理念。

　　1.2 功能安全的方法原理

　　功能安全出发点就是，首先要对受控设备或系统进行全局分析，承认所存在的风险，通过将风险进行量化，与允许风险(Tolerable Risk)进行比较，然后针对比较结果采取必要的风险降低措施，最后对整个系统进行可靠性分析，使整个系统的安全完整性等级(SIL)或性能等级(PL)达到选定的安全水平。

2 从“独立安全预防”到“功能安全集成”

　　2.1 传统的安全控制方案

　　控制系统可大致分为两种，即用于机器运行控制的系统和用于安全控制的系统。而传统的安全控制系统多采用“独立的安全预防”控制方案，即安全系统与运行控制系统相分离，通过用于运行控制的控制器和用于安全控制的控制器共同实现安全功能。这样，使得传统的安全控制系统需要很多独立的外部安全部等，并且需要设置大量的I／O来检测输Ⅳ输出信号，使得控制系统设计繁琐、逻辑复杂、布线紊乱、系统庞杂，不仅延长了系统做出安全响应的时间，而且增大了由于硬件随机故障造成的整个系统的安全故障率。

　　2.2 新时期的功能安全集成

　　由于新时期机械自动化需求的持续增长，人们开始改变传统的安全设计方式，一种基于功能安全的智能化安全性策略成为制造商们新的竞争契机。这种新的安全性策略就是通过将用于安全的控制系统和机器运行控制系统进行无缝集成，从而使整个控制系统在执行目标任务的同时兼顾安全的功能。

　　在新的控制方案实施过程中，采用智能化、网络化的安全相关产品(部件)，并利用安全总线技术将安全通信和标准通信进行合成，这样不仅大大简化了系统，而且使得安全相关信息的采集、处理、分析和评估的响应时间大大缩短，安全控制器和安全设备间数据传输的失效率和错误率也大大降低，明显提高了系统的可用性、实时性和可靠性。采用安全集成自动化后，只需要一个工程环境、一个控制器、一套驱动、一套分布式I／O和一个总线就可以实现安全功能，集成系统简单紧凑。