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安全PLC系统的结构和性能有哪些

安全系统由检测单元(现场仪表)、控制单元(逻辑单元)、执行单元(现场执行器)三部分组成，其中控制单元是安全防护系统的核心部分。安全PLC系统一般采用模块化结构，通过专门设计的PLC硬件和软件来实现安全逻辑功能，其编程能力灵活强大，系统具有内部自测试和自诊断功能，可与工厂自动化网络集成为一体，从而构成综合安全控制管理系统。目前，安全PLC技术不断进步和完善，系统组态更加灵活。用户在选择不同的安全系统结构时，还应该对它们的可靠性、可维护性、可用性及经济性指标进行综合比较。

  (1)安全PLC系统的双冗余结构

  安全PLC系统的双冗余结构是两个安全PLC执行同样的程序，当两个处理器出现不一致时输出失电，即一个处理器出现故障时，使系统回到安全状态。这种结构的优点是可靠性较没有冗余的结构提高，但缺点是误跳闸率较高，可用性下降。

  (2)安全PLC系统的2/3表决结构

  安全PLC系统的2/3表决结构是指系统硬件采用模块化三重冗余配置，即系统中关键电路都

  实行了三重冗余，且各通道相互独立，但又同时完成同一功能。三重配置的冗余处理器系统中如果任何一个处理器出现故障，择多表决器会自动地摒弃故障电路输出，系统继续向过程输出由择多表决器表决出的值。系统自动检测出发生故障的模块，记上标志并使之与系统隔离。当系统中一个电路模块故障时，系统将依靠剩下两个电路模块继续运行，直到用新模块在线替换故障模块，使系统恢复正常工作。若在更换前又有一个电路故障，则系统安全停车。这种安全控制系统采用主动扫描、诊断I/O模块、设置控制器的“看门狗”回路等措施来确保系统故障时立刻回到安全状态。这种结构与双冗余结构比较具有较高的可用性，但造价提高。

  (3)安全PLC系统的自诊断测试结构

  安全PLC系统的自诊断测试结构可根据安全性要求采用单配置或冗余配置，借助于安全性诊断技术来保证系统的安全性。系统对每一个与安全性有关的部件(CPU模块、I/O模块、总线模块等)均进行测试，测试工作一部分(如处理器、接口电路等)是由软件来实现，另一部分(如看门狗定时器、存储比较器等)是借助于硬件测试电路来完成。全面的诊断测试和周全的安全处理措施贯穿于安全PLC的整个设计中。对于显性故障(如系统断电等)，由于故障使检测数据产生变化，系统可据此立即产生矫正动作，进入安全状态。可见，显性故障不影响系统的安全性，仅影响系统的可用性。对于隐性故障(如输出放大器短路)，它可以通过自动测试程序检测出来，但它不会使输出失电，故被划为危险故障，它影响系统的安全性但不影响可用性。在一个多通道系统中，每个故障均可通过对系统数据连续性比较而被检测到。隐性故障的检测和处理是安全系统的重要管理内容。安全PLC的设计和制造目标就是使系统具有零隐性故障，杜绝影响可用性的显性故障。

  自诊断测试结构的安全PLC系统的硬件、软件配置方案多样，但优良的安全PLC系统应该具有如下的性能

  1)能够对离散的和连续的过程变量进行实时监控。2)关键元件实现了三重冗余化结构设计。

  3)不仅能够对内部电路进行故障检测，还可对外部输入及输出回路的短路、断路状态进行检测与诊断。

  4)出现故障时系统能够持续正常运行，故障模块可在线更换。

  5)编程简便，功能齐全，具备监控、显示、打印、通信、报警、历史数据存储等功能，易于集中监控和管理。