皮尔磁自动化-773880安全控制器-pilz继电器

发布日期:2025-10-29 11:06

皮尔磁自动化-773880安全控制器-pilz继电器
核心安全原则：故障安全 与冗余容错

在深入具体产品之前，必须理解皮尔磁所有安全控制器都遵循的两个基本原则：

1. 故障安全：

   • 定义：指控制器内部的任何元器件（如电阻、电容、继电器）发生损坏或断线时，系统会自动进入或保持在一个安全状态（通常是切断电源）。
   • 实现方式：最经典的例子是强制导向触点。这是一种特殊的继电器结构，即使常开触点因电弧而熔焊在一起，其机械结构也能保证常闭触点能够可靠断开，从而向下游电路传递一个“断开”的信号。

2. 冗余与多样化：

   • 定义：为了防止单一故障导致安全功能失效，控制器内部会设计两套或多套相同的电路来执行同一个任务。
   • 实现方式：在更高级的控制器（如安全PLC）中，不仅有两套相同的电路（冗余），还会采用不同的技术（多样化，如一个通道使用光耦，另一个使用磁耦合），以防止共因故障（如设计缺陷或外部电磁干扰）同时影响两个通道。

第一层：经典安全继电器 (如 PNOZ sigma) 的原理

这是最基础、最直观的原理。

核心任务：监控一个或两个安全输入（如一个急停按钮、一个安全门开关），控制一个或两个安全输出。

工作原理（以急停继电器为例）：

皮尔磁自动化-773880安全控制器-pilz继电器

1. 双通道监控：急停按钮通常有两路独立的开关（常闭触点）。这两路信号被送入继电器的两个独立监控电路（如两个不同的光耦）。
2. 内部逻辑评估：只有当两个通道都导通时，内部逻辑才认为“正常”。如果急停按钮被按下，两个通道会同时断开。
3. 启动自检：上电或复位时，内部电路会检查自身是否正常（如检查两个通道是否对称）。
4. 安全输出驱动：只有当输入信号正常且自检通过后，内部才会通过一个强制导向继电器来接通安全输出（如给主接触器线圈供电）。
5. 故障响应：
   • 如果检测到急停按钮被按下（输入断开）。
   • 如果检测到两个通道信号不一致（如一路线断了）。
   • 如果内部自检发现故障。
   • 在以上任何一种情况下，内部会立即切断给输出继电器的驱动信号，导致安全输出触点断开，从而切断设备动力。

原理图解（简化）：
急停按钮(通道1) ---> [监控电路1] --+
|--> [逻辑与自检] ---> [驱动] ---> [安全继电器触点] ---> 接触器线圈
急停按钮(通道2) ---> [监控电路2] --+

第二层：可配置安全系统 (如 PNOZmulti) 的原理

这是从硬件逻辑到软件逻辑的过渡。

核心任务：在一个紧凑的设备内，用软件实现多个安全功能的组合。

工作原理：

1. 硬件基础：它内部依然是一个微处理器系统，但这个处理器是安全认证的。它拥有冗余的CPU、内存和监控电路，时刻进行自我检测和互检。
2. 软件配置：用户在PC上通过图形化软件（如PNOZmulti Configurator）绘制安全逻辑图（连接输入、输出和功能块），然后将程序下载到设备中。
3. 运行时执行：
   • 微处理器实时读取所有安全输入的状态。
   • 根据下载的逻辑图，周期性地计算输出状态。
   • 在每次计算周期的前后，都会执行一次全面的自检程序，检查CPU、内存、I/O等是否正常。
4. 安全输出：输出部分依然使用强制导向继电器，确保即使在软件或硬件故障时，也能物理上切断输出。

与经典继电器的区别：逻辑从“硬接线”变成了“软件配置”，灵活性大大提高，但安全输出的物理机制依然是可靠的继电器。

第三层：安全PLC (如 PSS 4000) 的原理

这是最复杂、最强大的原理，实现了安全与标准自动化控制的深度融合。

核心任务：在一个控制器内，同时运行安全程序和标准程序。

工作原理：

皮尔磁自动化-773880安全控制器-pilz继电器

1. 双核/多核处理器架构：
   • CPU1 (标准CPU)：运行非安全的自动化逻辑（如顺序控制、PID调节）。
   • CPU2 (安全CPU)：运行安全相关的逻辑（如急停、安全门、光幕）。
   • CPU3 (监控CPU)：在某些高端型号中，还有一个独立的CPU，专门用来监控CPU1和CPU2是否正常工作。
2. 严格的时钟同步与数据比较：
   • 两个CPU（或更多）的时钟被严格同步。
   • 它们以锁步方式运行，即每执行一条指令，都会相互比较结果。
   • 如果在任何一个时钟周期内，比较结果不一致，系统会立即判断为故障，并进入安全状态。
3. 全面的内存诊断：内存的每个区域在读写时都会进行校验（如CRC校验），确保数据完整性。
4. 安全I/O与标准I/O：
   • 安全I/O模块：同样采用冗余和多样化设计，每个输入/输出信号都被内部两个独立的电路同时处理和比较。
   • 标准I/O模块：用于处理非安全信号。
5. 安全通信：当通过PROFINET等网络传输安全数据时，数据包中会包含额外的校验信息（如序列号、时间戳、CRC码），接收方会验证这些信息，确保数据在网络传输过程中没有被篡改、延迟或丢失

第四层：专用安全控制器 (如 PNOZ s77 773876) 的原理

这类控制器针对特定应用，原理非常巧妙。

核心任务：通过监控交流电机的电流频率来判断其转速。

工作原理：

1. 信号采集：内部集成了电流互感器或霍尔传感器，直接串联在电机主回路中，非侵入式地检测电流波形。
2. 频率提取：内部微处理器通过数字信号处理技术（如快速傅里叶变换FFT），从电流波形中精确提取出其基波频率。
3. 转速换算：根据公式 n = (120 × f) / p（n为转速，f为电流频率，p为电机极对数），将频率换算成转速。
4. 安全评估与输出：与安全继电器原理相同，将计算出的转速与设定阈值比较，并通过强制导向继电器执行安全切断。

优点：无需外部编码器，系统更简单、可靠、成本更低。