摘要
        獨立的PLC開放組織蚁堤，連同其成員和外部安全有關的國際組織嫩实，在 IEC 61131-3 開發(fā)環(huán)境下刽辙，一起定義了安全相關的規(guī)范窥岩。有了它，就可以在專用的軟件工具中宰缤，支持安全規(guī)范颂翼，也就是說，把安全相關功能集成到軟件的開發(fā)工具中慨灭。這樣的話朦乏，在邏輯控制和運動控制的應用中，還可以結(jié)合進安全相關功能慢夸。這種結(jié)合可以幫助開發(fā)者把安全相關功能集成到系統(tǒng)中罗炸，甚至從開發(fā)周期的開始。而且训癌，它還有助于理解安全安全問題祠乔，以及減少認證的時間和費用。

機床制造企業(yè)面臨著一個艱難的世界

        在歐洲的機床制造商面對大約300 個安全相關標準娶匠，這使得制造商橱序、特別是較小的機械制造商不可能知道它們?nèi)浚蛘咧酪矡o法能夠正確地執(zhí)行它們炭答。然而疫橘，最終他們?nèi)砸獙λ麄儺a(chǎn)品的安全相關問題負責。結(jié)果是使用者的安全風險降低匾颁，特別當相關的立法形成了嚴厲的約束癌玩。而對設備供應商，更增加了他們的責任帮观。

       在公司內(nèi)部的實際情況是污益，不同的人員有著不同的背景，使用著不同的工具先口，開發(fā)應用程序型奥、安全程序和系統(tǒng)程序。安全功能通常是在最后“加入”系統(tǒng)碉京，所做的測試也非常有限厢汹。這種情況增加了這個組織持續(xù)發(fā)展的風險。

       政府的要求增加了復雜性谐宙。比如烫葬，美國基于FDA－食品和藥品管理委員會，制定了嚴格的規(guī)責必須遵守凡蜻。不遵從規(guī)范的制造商搭综，可能遭到嚴厲的財政處罰，又削弱組織的可持續(xù)發(fā)展划栓。  

標準加速了安全規(guī)范的實施

        有這么多的標準可以使用设凹，則需要有人幫助用戶實施它們舰讹，而且不會約束原有的功能和性能，也不能增加費用闪朱。集成安全規(guī)范螟衍，要從產(chǎn)品開發(fā)周期的一開始，就應該把它加入進來冕泡。

        這些區(qū)域與 PLC開放組織相關佩捎，也得到了多個技術委員會的支持和貢獻。功能的標準化刑评、集成化和支持軟件工具哑辐，從開始階段就要幫助程序員在他們的應用中集成安全功能。

       為了達到這個目的且恼，PLC開放組織技術委員會的工作分為兩個層次： 
       一妹髓、安全功能的外觀和感覺的標準化； 
       二捉寻、在開發(fā)環(huán)境中融合安全標準姜筋。  

一、外觀和感覺的標準化

        為了幫助用戶使用安全相關功能硼洁，標準需要確認在用戶感覺舒服的地方加入伯板，使得用戶能夠容易接受這種工作方式。為了達到這個目標欢策，需要在安全功能的外觀和感覺標準化吆寨。以這種方式，安全功能才能很好地辨認和使用踩寇，而不依賴于具體應用的系統(tǒng)啄清。這樣就不需要進行重新培訓，而且趨向于創(chuàng)建專用的安全功能時俺孙，隱藏的風險減少了辣卒。

       同時，它加入了認證機構的證明鼠冕。因此，指定胯盯、以及檢查安全功能變得非常容易懈费，而且非常快速博脑，風險較少憎乙，成本較低。

       在高層集成安全功能叉趣，使得它較少地依靠底層的硬件結(jié)構泞边。有了這些颖喧，人們能夠使用相同的功能用于不同的硬件系統(tǒng)，系統(tǒng)包含安全輸入和安全輸出模塊顾惹，以及基于網(wǎng)絡的系統(tǒng)铅坚。在高層，執(zhí)行的細節(jié)能夠?qū)τ脩綦[藏厉亥，使得安全相關功能的執(zhí)行更容易和更便宜兰斑。

       為了支持這項工作， PLC開放組織技術委員會定義了一個多層的方法：

       A．定義一套安全相關功能的功能和功能塊藏趁，包括一個外加的使用指南修暑； 
       B．支持編程環(huán)境，包括語言和功能谎雷，結(jié)合安全相關開發(fā)環(huán)境和編程指南奥唯，用     戶能夠創(chuàng)建安全相關應用程序； 
       C．錯誤處理和診斷楚榕。 
       這種完整的方法為用戶提供了一個整體統(tǒng)一的商贾、和諧的應用畫面。

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A. 功能和功能塊

      PLC開放組織第5技術委員會– 安全已經(jīng)確定了16 安全功能中姜，它們由20個功能塊來表示消玄。它們提供了在一個集成環(huán)境中，開發(fā)認證功能塊的基礎丢胚。 

所有功能塊列表如下：  

   
       下一步是要在多個平臺上執(zhí)行這些功能塊翩瓜。在那個等級，這些功能塊 FB 要經(jīng)過獨立組織的認證携龟。因為如此兔跌，要在更廣泛的軟件工具上支持標準化的外觀和感覺 ，再加上舒適感覺峡蟋，而且減少了創(chuàng)建自己功能的錯誤坟桅。

       規(guī)范本身提供了對所有功能塊的統(tǒng)一描述。包括的元素有： 
       1.  應用安全標準蕊蝗，并提供相關規(guī)范的參考仅乓；
       2.  接口描述，包括功能塊的名稱蓬戚，和簡短描述夸楣；
       3.  功能描述，包括安全狀態(tài)描述如麦，以文字形式和圖形形式兩種方式忱确，包括正常運行和啟動行為的描述； 
       4.  錯誤檢測，帶外部信號唐耿、內(nèi)部信號和外部測試信號的描述犹蝇； 
       5.   錯誤行為； 
       6.   功能塊具體錯誤和狀態(tài)編碼囤嗡。
B. 編程環(huán)境的支持

        首先昵斤，有三個級別的用戶，具有不同經(jīng)驗子集和授權來管理安全相關規(guī)范：
     ●基本 / 用戶級 – 對應于安全-應用編程人員册向，使用特定的功能塊唾莲； 
     ●擴展 / 專家級 – 擴展功能，具有自己定義和擴展特殊功能塊的能力瘸卦； 
     ●系統(tǒng)級 – 對應于（特定）功能塊的執(zhí)行瘩此。這個級別不在這里描述。

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     不做過多的細節(jié)描述柳锣，我們把目光聚焦于第一組成員愧理。為此，安全標準 IEC 61508折柠，第 7章宾娜，在首選的編程語言中，定義一個簡集扇售，用于不同的 SIL 等級 (強烈推薦前塔，推薦或者不推薦)〕斜基于如此华弓，這個組的首選語言是圖形語言功能塊FBD 和梯形圖LD，并且定義一個它們的子集困乒。這些圖形語言提供了一種清晰的安全程序的概覽寂屏，并且由工具廠商可以實現(xiàn)對用戶更好的支持和指導。
       精減數(shù)據(jù)類型和聲明 (參見 IEC 61131-3娜搂；表 10)

         精減功能和功能塊
         標準功能塊：(參見 IEC 61131-3迁霎；表 22-30)

       標準功能塊：(參見 IEC 61131-3；表 34-37)

C. 錯誤處理和診斷
        一個透明和唯一的診斷觀念形成所有功能塊的基礎百宇。為此考廉，所有安全相關功能塊都有兩個錯誤相關的輸出：錯誤 Error 和診斷碼 DiagCode。這些信息為用戶應用級提供了診斷目標水搀，而不是系統(tǒng)級和硬件級的診斷涛帐。

        在這一級，保證獨立于廠商的執(zhí)行衣剂，唯一診斷信息以一套每個功能塊預定義診斷碼的形式給用戶缘赋。如果功能塊內(nèi)部狀態(tài)沒有指出錯誤(狀態(tài)機)碰蚂。一個錯誤通過二進制輸出（錯誤）指出惊派，我們可以通過診斷碼誓胆，重新找回在功能塊內(nèi)部和外部錯誤的詳細信息。

        用于安全相關環(huán)境的規(guī)則是把系統(tǒng)切換到安全相關功能做為最高優(yōu)先級送服，然后切換具有足夠的時間用于診斷庸飘，可以從應用程序或者從操作員界面得到相關信息。  

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二炼杉、集成的標準步驟

      安全相關的功能通過提供的功能塊來表出瞒帜，下一步就是：怎樣把功能塊結(jié)合到安全相關的程序中。在這個級別踢漏，軟件工具能夠幫助用戶如何進行操作征绸。

        這個部分內(nèi)容在PLC開放組織中，也進行了考慮俄占。為了明確地區(qū)分安全相關信號和標準信號管怠，定義了一個新的帶有診斷的“安全”數(shù)據(jù)類型。因此缸榄，編程人員能夠識別哪些信號是安全相關的渤弛，必須進行特殊的處理。此外甚带，因為這個診斷數(shù)據(jù)連接能夠自動校驗她肯， 檢測任何沒有許可的標準信號和安全相關信號的連接，雖然 “安全”數(shù)據(jù)類型不能保證信號的狀態(tài)是否安全 （比如：外圍設備不正確的接線）鹰贵，但不管怎樣晴氨，使用一個管理工具可以使應用程序?qū)崿F(xiàn)的錯誤最少。 加之砾莱，當發(fā)布應用程序時瑞筐，能夠清晰的分辨安全相關信號，簡單而快速地進行安全信號的校驗腊瑟。安全數(shù)據(jù)類型是在安全相關環(huán)境中的可應用的數(shù)據(jù)類型聚假，這些數(shù)據(jù)類型用于區(qū)分安全信號和非安全信號，也容易用于校驗和確認的目的僚尚。

        在編程環(huán)境中骂妻，支持安全相關數(shù)據(jù)類型，可能意味著： 
        ? 安全數(shù)據(jù)類型的顯示和表示不同 
        ? 編譯器支持安全的數(shù)據(jù)類型

        安全布爾SAFEBOOL是一種數(shù)據(jù)類型原堂，用于安全相關的環(huán)境篡氯，并且代表了一個高級安全完整性等級。安全相關的變量與非安全相關變量是不同的斗退，安全布爾SAFEBOOL作為安全系統(tǒng)中的布爾BOOL即耕，但能夠包含更多的信息 （屬性）， 用于安全狀態(tài)和等級（包含類別/PL，SIL克导，PFD/PFH）符貌。這些信息使用編程工具可以用于計算 SIL。

        控制系統(tǒng)在系統(tǒng)限制內(nèi)保證安全完整性等級肪斗。 SAFExx 變量代表一個 "單個-通道"钾排，不管內(nèi)部結(jié)構 (它們可以是1oo1，1oo2D共螺，2oo2 或者 2oo3)该肴。因此，這樣的控制系統(tǒng)藐不，可以執(zhí)行帶有 SAFExx 輸入和輸出的功能塊 FB匀哄，而這些功能塊已經(jīng)通過認證，特別關于SAFExx 信號的發(fā)生雏蛮。

        在應用級拱雏，基本上有（至少）兩種方法得到一個安全布爾 SAFEBOOL 變量：

        1．設備提供的安全數(shù)據(jù)類型，即可以是設備本身底扳，也可以是操作系統(tǒng)或者固件铸抑。這包含在一個安全網(wǎng)絡中。
        2. 由應用本身的安全輸入提供的數(shù)據(jù)（比如做為兩個安全單-通道輸入）
        用于安全布爾 SAFEBOOL 的安全值必須是假（FALSE）衷模。應用設計者確認所有安全布爾 SAFEBOOL 變量在置位到假（FALSE）時的安全行為結(jié)果鹊汛。在初始化和發(fā)現(xiàn)任何錯誤時，安全布爾SAFEBOOL 變量置為假（FALSE）阱冶。

結(jié)合一般應用和安全應用

        在同一個環(huán)境下刁憋，把安全應用集成進一般應用中，我們需要進行兩者之間的數(shù)據(jù)交換能眠。這需要超越診斷功能嫁潦，它包括操作員的確認，它能夠給出一般的狀態(tài)信息糖窃。當然近殖，從安全環(huán)境到操作應用有不同的規(guī)則，反之也是烦优。再有菱砚，安全相關軟件工具會幫助用戶避免錯誤發(fā)生。

        在模型的左邊萤掷，指定了兩組輸入理促，在右邊有兩種水平的輸出。在中部焊轴，兩種環(huán)境是分開的控栓，兩者連接它們相關的輸入和輸出亭郑。 在安全和一般應用的數(shù)據(jù)交換在中部實現(xiàn)。

        一般應用可以不受限制訪問安全輸入辽乎。在安全環(huán)境的非安全輸入的使用是有限制的扫皱，如非安全布爾輸入?yún)?shù)，比如一個 ‘復位’捷绑，要限制與功能和另一個安全布爾參數(shù)用一個安全相關輸入。對于兩個輸出功能也是同樣的氢妈。 

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在應用中集成安全功能 – 改變觀念

     現(xiàn)在在實踐中粹污，安全相關部分與一般應用之間，通常有一個清晰的分割首量。這種分裂是由于不同的系統(tǒng)有不同的環(huán)境壮吩，不同的工具，和不同的人員加缘。這種分裂結(jié)果最終源自安全規(guī)范鸭叙，從一開始沒有把安全看作為整個系統(tǒng)的一部分。這種清晰的分割不是安全規(guī)范的初衷拣宏，所以這里需要改變組織結(jié)構沈贝。

       而且，正在進行的技術創(chuàng)新提供了當今安全認可的數(shù)字通信總線勋乾。支持這一趨勢宋下，從硬接線系統(tǒng)朝著基于軟件解決方案的轉(zhuǎn)移∨琳欤可以畫出一條平行線岖酸，從硬接線的繼電器向可編程控制器的方向移動，這個趨勢當然包括相關人員的觀念上的改變磷砌。一個變化需要廣泛的支持币遮，從整個工業(yè)，到來自大學和院校的支持粒删，以及認證和規(guī)范機構躏印，最終還需要 – 時間去改變。

結(jié)束語

        PLC開放組織被認為是IEC61131－3的堅決擁躉者屁诬，他們提出的功能塊模型削父，為眾多自動化編程工具開發(fā)商所參考和模仿。甚至一個編程工具與其兼容或形似的程度就代表了這個產(chǎn)品的開放程度潭鞭。

        針對安全問題的挑戰(zhàn)朗夺，PLC開放組織專門成立了第五技術委員會，為開發(fā)商和用戶提供了一套－安全變量類型汤笋、安全標準功能塊和安全特定功能塊的參考模型背哎，可以用于安全相關應用的開發(fā)葱峡。另外，PLC開放組織也極力推薦把安全相關功能集成到標準的開發(fā)環(huán)境中龙助，因為這樣可以為用戶提供更多的益處砰奕，如：
        1． 為用戶節(jié)省了購買專門用于安全相關應用的軟件；
        2． 由于提供了與常規(guī)應用相同的編程環(huán)境提鸟，所以減少了用戶對安全相關應用的陌生感军援；
        3． 易于安全相關標準和規(guī)范的實施。

        在今后的項目中称勋，不會再把安全部分當作項目結(jié)尾和收工時的點綴胸哥，而是從項目的開始，就把安全概念融入到整個的項目之中了赡鲜。