皮尔磁PSS3000在安全位置检测中的应用

随着国内航运产业的快速发展，港口起重机械也越来越多地出现在各个港口、码头。一般的港口起重机械在作业时，会有X轴和Z轴两个运动方向，Z轴上错误的信号会导致货物被提升到过高的位置，造成货物坠落，对人员造成伤害 ，而X轴上的错误信号会导致货物在错误的位置被放置，造成货物坠落，也会对人员造成伤害。 因此，作为危险等级较高的机械，安全控制系统需要对这两个运动方向进行可靠的检测，以避免危险的发生。
针对安全位置检测的需要，皮尔磁提供了使用PSS 3000作为安全位置检测的解决方案，最高可达到安全等级3级和PLd。

图1为一台起重机的示意图。起重机是用于在不同工位之间传输工件的装置。在起重机工作时，需要准确地知道工件被提升或落下时小车在X轴的位置，以避免工件在垂直运动时对人体造成伤害。而起重机垂直方向的运动是由一个第三方提供的NC控制器来控制的。PSS通过安全限位开关（如PSEN系列）来监测Z轴的位置运动，并通过绝对编码器来获取x轴的位置信号，这些都是与NC控制器独立的。PSS只有在起重机的Z轴没有过限（即安全限位开关未被触发）以及绝对值编码器正确地记录了水平位置的情况下起重机才能动作。
显然，无论是限位开关的信号还是绝对值编码器的信号，都是安全相关的，只有准确获得这些信号，才能避免事故的发生，保证操作人员的人身安全。
在使用PSS3000作为安全控制器的应用中，限位开关是测试脉冲双通道接线进入PSS，能够检测输入部分的断线、接地、短路等故障。并且起重机的电源接触器是由PSS控制的带有反馈回路的监测的双通道输出来控制的，确保在触发限位开关时，能够确保有效地切断输出。
而TWK的角度编码器TMN 50_SA 4096R32768 S1 S Nxx用来作为安全的绝对编码器。该编码器由两个冗余、结构相同的系统对于角度进行检测，信号通过CAN端口进行串行通信，每个编码器有两个CAN总线的节点，通过这两个CAN总线的结点，冗余输出到控制系统。
系统的控制器使用的是紧凑型的可编程安全系统PSS 3047-3 ETH-2 CANopen作为控制器。使用Pilz开发的CANopen软件功能包ST SB CANopen Master，PSS 3047可以作为CAN总线的主站。在标准部分使用功能块FB090执行编码器的初始化，FB091和FB092进行两个编码器信号的处理。PSS3047通过FB091和FB092处理之后的编码器数据，检测绝对值编码器信号的外部偏移和内部偏移。外部偏移指的是当前值与参考点之间的偏移，而内部偏移指的两个通道数据之间的偏移。通过安全功能块SB225进行控制，当偏移量超过设定值时，将可靠地切断相应的输出。
通过这样产品设计，一台有两个提升装置的起重机系统，可以由一个和两个TMN的角度编码器来检测，如图2所示。如果是一个有两个运动方向的物料传送系统，也可以通过一个PSS 3074-3 ETH-2 CANopen进行控制，如图3所示。


除了安全距离控制外，在一套PSS系统中，还能使用其他安全功能块，例如急停或者光栅控制块，来控制外围的安全点，作为常规的安全控制器以替代安全继电器。通过与PVIS OPC Server的结合，还能在工作站上能够以图形化的方式显示PSS的诊断信息，如图4所示。
与其他厂商所提供的安全解决方案相比，通过PSS 3000，不仅能够对两个绝对值编码器组成的安全系统进行控制，对于由一个绝对值编码器和一个限位组成的系统，同样也能进行控制。因此，在使用安全控制系统对起重机械进行控制时，不需要对原有系统的机械部分进行更改，并且不需要再使用单个的安全继电器对急停对外围安全点进行控制，减少机械和电气部分的工作量，同时可以有效地简化起重机械的安全控制系统。