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常规PLC与安全PLC的核心区别解析

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Shenzhen Jiwei Automations Ltd.

深圳计为自动化技术有限公司

前言

在现代工业自动化领域,PLC(可编程逻辑控制器)是控制和管理复杂过程的核心设备。然而,不同应用场景对PLC的安全性和可靠性要求不同,这使得常规PLC和安全PLC在设计和功能上存在显著差异。

本文将深入分析这两种PLC在硬件设计、软件编程、安全认证、应用场合、故障处理以及自检测能力等方面的区别,帮助你理解为何在某些关键控制系统中需要选择安全PLC。

硬件设计:冗余与诊断能力的区别

安全PLC:


安全PLC通常采用冗余设计,如双CPU或多处理器架构,以增强系统的容错能力。双CPU的架构不仅可以实时进行数据和状态的校验,还能在一个CPU出现故障时,另一个CPU接管控制,以保证系统的持续稳定运行。此外,安全PLC的输入和输出模块通常采用双通道设计,能够对每个信号通道的数据进行交叉校验,确保采集数据的可靠性。这种设计不仅限于信号输入/输出,还可能包括传感器信号的处理路径,以保证即使一个通道失效,系统依然可以正常工作。

常规PLC:


常规PLC则多采用单一CPU设计,输入/输出模块也以单通道为主。它们缺少冗余设计,因此系统故障的容错能力较低。常规PLC的硬件设计主要关注于功能的实现,而不是冗余和安全,因此更适合对安全性要求不高的常规自动化控制。

软件编程:标准与安全功能块的差异

安全PLC:


在软件编程方面,安全PLC使用的功能块通常经过安全认证,符合IEC 61131-3和IEC 61508等国际标准。这些安全功能块(Safety Function Blocks)经过严格验证,可以确保逻辑控制在危险场景下的可靠性和可预测性。编程时,安全PLC遵循特定的安全编程标准,必须通过功能安全分析(如SIL等级的评估)以保证代码符合安全要求。

常规PLC:


常规PLC编程通常使用标准的编程语言,如Ladder Logic(梯形图)或Structured Text(结构化文本),重点在于逻辑实现和操作简便性,而非安全。它们没有特别强调使用安全功能块,更多关注的是控制流程和效率。常规PLC的编程环境灵活且适应性强,适合于一般工业自动化项目。

安全认证:严格的标准与安全等级

安全PLC:


安全PLC通常需要满足高标准的安全认证要求。常见的认证包括IEC 61508标准中的SIL(Safety Integrity Level)等级和ISO 13849标准中的PL(Performance Level)等级。这些认证确保了安全PLC在执行关键安全任务时的可靠性和稳定性。认证过程不仅包括硬件评估,还涉及软件开发的规范性,以确保产品在恶劣条件下的表现。

常规PLC:


常规PLC通常无需通过严格的安全认证。它们更注重功能多样性和易用性,满足一般工业控制需求即可。因此,常规PLC适用于生产线控制、设备管理等对安全要求较低的应用场合。

应用场合:从一般控制到关键安全领域

安全PLC:


安全PLC通常用于需要高安全性的应用场合,如化工、石油、电力等行业的关键控制系统。在这些领域,PLC的任何故障可能导致严重的安全隐患,因此必须选择经过安全认证的控制设备。例如,在化工厂中,安全PLC经常用于紧急停机系统(Emergency Shutdown Systems, ESD),以防止重大事故的发生。

常规PLC:


常规PLC广泛应用于一般的工业自动化领域,例如机械设备控制、包装生产线管理等。这些场合虽然要求高效和稳定,但不涉及生命安全的直接威胁,因此常规PLC足以胜任。

故障处理:迅速响应与系统安全

安全PLC:


在检测到系统故障或危险状况时,安全PLC会迅速进入安全模式,这通常是通过硬件和软件的协同工作实现的。例如,当系统检测到信号异常时,安全PLC会通过冗余CPU和双通道数据比对,快速触发应急控制流程,确保系统安全。这种能力使得安全PLC在处理故障时具备快速响应和高可靠性。

常规PLC:


常规PLC在故障处理方面响应速度和安全控制能力相对有限。它们主要依赖软件逻辑判断来处理故障,缺乏硬件层面的快速诊断机制。因此,在高风险环境中,常规PLC难以满足快速响应的要求。

自检测能力:确保系统的稳定性

安全PLC:


安全PLC具备全面的自我诊断能力,能够实时进行时钟测量、程序序列检查、存储器完整性验证等。这些诊断功能不仅限于系统初始化阶段,还包括运行过程中的持续监控。例如,安全PLC会定期对存储器进行校验,确保数据完整性和系统稳定性,以减少潜在故障的风险。

常规PLC:

常规PLC的自检测能力相对较弱,通常在系统启动时进行基本的硬件检查和自检。在运行过程中,它们的自我诊断功能较少,更多依赖于外部故障检测设备或软件逻辑判断。

总结

通过以上详细分析,我们可以看出,常规PLC和安全PLC在硬件设计、软件编程、安全认证、应用场合、故障处理和自检测能力方面存在显著区别。

常规PLC的优势在于成本效益和灵活性,适用于一般工业自动化项目。而安全PLC则通过其冗余设计、严格的编程规范和自检测能力,确保在高风险环境中的安全性和可靠性。

在选择PLC时,了解不同PLC的技术特点和应用场景至关重要。对于高安全性要求的项目,安全PLC是不可替代的选择;而对于常规自动化任务,常规PLC则是功能与成本的最佳平衡。

文字袁工

图片来源丨华仔,小凯,MJ

封面丨云峰

封面审核丨栗子

文章审核 |黄工、盛工

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