由于新時期機械自動化需求的持續(xù)增長，生產(chǎn)安全也正處于活躍增長時期，因此機器安全成為人們普遍關(guān)注的熱點。國內(nèi)外制造商也因此將產(chǎn)品安全性作為一種新的戰(zhàn)略性策略，并開始改變傳統(tǒng)的安全設(shè)計方式，一種基于功能安全的智能化安全策略——功能安全集成(Integrated Functional Safety)成為制造商們新的競爭契機。本文在對功能安全深入分析的基礎(chǔ)上，提出了新時期安全技術(shù)的發(fā)展趨勢，討論了功能安全集成技術(shù)的特點和優(yōu)勢，最后結(jié)合安全集成驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用實例，提出了安全集成伺服驅(qū)動的設(shè)計方案。對未來機床控制和驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展完善具有指導意義。
1 功能安全
功能安全技術(shù)已被應(yīng)用于許多不同領(lǐng)域，涉及機械制造業(yè)、流程工業(yè)、運輸行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域。功能安全是受控設(shè)備(Equipment Under Contr01)通過對其輸入的正常響應(yīng)而獲得的整體安全的一部分，它取決于受控設(shè)備及其控制系統(tǒng)功能的正確執(zhí)行，因此功能安全防止的就是安全相關(guān)系統(tǒng)或設(shè)備的功能失效所導致的危險發(fā)生。
1.1 功能安全的理論特點
IEC 61508是有關(guān)功能安全的基礎(chǔ)標準，該標準提出了功能安全的基本原理、術(shù)語、數(shù)學方法和管理模式等，為以電子作基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的設(shè)計提出了標準型的指導，為控制系統(tǒng)的設(shè)計提供了技術(shù)框架，在此框架內(nèi)還可同時考慮其他技術(shù)安全¨J。另外，功能安全已經(jīng)被應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，并衍生出許多不同領(lǐng)域的安全標準：如流程工業(yè)的IEC 61511，機械領(lǐng)域的IEC62061、EN 954-2、IEC 60204—1。核領(lǐng)域的IEC 61513等。
作為功能安全的基礎(chǔ)標準，IEC 61508提出了一種保障產(chǎn)品系統(tǒng)安全的新思路，涉及安全技術(shù)和安全管理兩個方面。它將安全的理念貫穿于系統(tǒng)的設(shè)計、實現(xiàn)、安裝、運行、維護和管理全過程，采用定性分析和定量計算相結(jié)合的方法對系統(tǒng)安全性進行分析，并不斷對系統(tǒng)進行改進，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計，達到功能安全的目的。IEC 61508的特點體現(xiàn)在：全新的功能安全保障理念、基于風險定量分析的評估機制、基于安全完整性等級的評價指標、全生命周期的安全管理理念。
1.2 功能安全的方法原理
功能安全出發(fā)點就是，首先要對受控設(shè)備或系統(tǒng)進行全局分析，承認所存在的風險，通過將風險進行量化，與允許風險(Tolerable Risk)進行比較，然后針對比較結(jié)果采取必要的風險降低措施，最后對整個系統(tǒng)進行可靠性分析，使整個系統(tǒng)的安全完整性等級(SIL)或性能等級(PL)達到選定的安全水平。
2 從“獨立安全預防”到“功能安全集成”
2.1 傳統(tǒng)的安全控制方案
控制系統(tǒng)可大致分為兩種，即用于機器運行控制的系統(tǒng)和用于安全控制的系統(tǒng)。而傳統(tǒng)的安全控制系統(tǒng)多采用“獨立的安全預防”控制方案，即安全系統(tǒng)與運行控制系統(tǒng)相分離，通過用于運行控制的控制器和用于安全控制的控制器共同實現(xiàn)安全功能。這樣，使得傳統(tǒng)的安全控制系統(tǒng)需要很多獨立的外部安全部等，并且需要設(shè)置大量的I/O來檢測輸Ⅳ輸出信號，使得控制系統(tǒng)設(shè)計繁瑣、邏輯復雜、布線紊亂、系統(tǒng)龐雜，不僅延長了系統(tǒng)做出安全響應(yīng)的時間，而且增大了由于硬件隨機故障造成的整個系統(tǒng)的安全故障率。
2.2 新時期的功能安全集成
由于新時期機械自動化需求的持續(xù)增長，人們開始改變傳統(tǒng)的安全設(shè)計方式，一種基于功能安全的智能化安全性策略成為制造商們新的競爭契機。這種新的安全性策略就是通過將用于安全的控制系統(tǒng)和機器運行控制系統(tǒng)進行無縫集成，從而使整個控制系統(tǒng)在執(zhí)行目標任務(wù)的同時兼顧安全的功能。
在新的控制方案實施過程中，采用智能化、網(wǎng)絡(luò)化的安全相關(guān)產(chǎn)品(部件)，并利用安全總線技術(shù)將安全通信和標準通信進行合成，這樣不僅大大簡化了系統(tǒng)，而且使得安全相關(guān)信息的采集、處理、分析和評估的響應(yīng)時間大大縮短，安全控制器和安全設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖屎湾e誤率也大大降低，明顯提高了系統(tǒng)的可用性、實時性和可靠性。采用安全集成自動化后，只需要一個工程環(huán)境、一個控制器、一套驅(qū)動、一套分布式I/O和一個總線就可以實現(xiàn)安全功能，集成系統(tǒng)簡單緊湊。</f
