高度安全性—— ABB 新型安全 PLC内置数学函数 ABB 新型安全 PLC

 为了更好地利用可用建筑空间，并加速项目进度,大型建筑工地越来越趋于高负荷运作。重负荷塔式起重机对此类建筑工地的效率至关重要，现在的起重机操作员通常需要在极为复杂的 3D 空间内工作，其中很多区域都可能发生碰撞。

  起重机控制系统设计公司 NTK 通过为塔式起重机提供先进的新型安全系统而使解决以上问题变得简单，即通过带圆形或椭圆形驾驶窗的独特驾驶室便可轻松加以识别。NTK 目前采用基于新一代 ABB 安全 PLC 的控制系统。该系统可持续监控实时负载转矩以及工作和碰撞区域，达到 SIL3 （IEC 61508 和 62061） PLe (ISO 13849-1) 功能安全等级。借此，操作员能够即时而全面地查看所有关键的起重机状态指示器。现在还通过完全动态的负载力矩计算，来控制起重机的最大移动速度。这提供了无限可调的提升性能，而非使用更具限制性的分级最大速率带，从而提高起重机生产力。

  采用 ABB AC500-S 的安全 PLC，由于具备内置数学函数能力，因而简化了该控制升级项目。与其他安全控制器选项不同，PLC 支持三角数学函数，大大加快了静态和动态起重机的负载安全计算。吊运车位置、起重机半径及负载和风力条件均通过 NTK 的触摸屏图形用户界面显示。

  NTK 工程师事务所创始人之一 Ralf Tensing 说道：“安全 PLC 执行复杂的安全算术函数，以监控关键参数。此外，其确保不超过最大允许负载力矩，以防止起重机过载倾翻。现在可实时显示相关状态。只需一眼，操作员便可找到吊运车或起重机的位置及其负载。当你在拥挤的工地或高海拔地区工作时，这便是一个巨大的优势。”

  NTK 一直处于起重机控制安全的第一线。关于新一代控制系统，NTK 同意成为 ABB 的测试用户，借助新型数学功能 AC500-S 安全 PLC，将控制系统升级为双 PLC 体系。这使得 NTK 能够在开发阶段早期便接触到新型安全 PLC。反过来，NTK 开发人员也向 ABB 提供 PLC 及开发工具的相关反馈。

  总的来说，NTK 的新型控制系统约在 12 个月内就被推向市场。但是，其中有一段时间为 NTK 与起重机 OEM 客户研发预发布的测试版，由客户提供新型安全控制系统的反馈信息。新型安全代码本身在很短的三个月时间内便开发完成，这很大程度上归因于 ABB 编程工具的高质量。

  AC500-S 并非采用专用安全 PLC 功能块进行编程，而是提供完整的安全认证结构化文本编程语言。这种高级语言涵盖了使用 IF 语句等复杂结构的能力，为 NTK 提供了更多灵活性来开发独一无二的新型起重机安全监测系统和用户界面。此外还提供一个关键的开发工具 —— ABB 独有的安全代码分析器 (SCA)，助力 NTK 实现从写入“标准”PLC 控制代码到生成安全 PLC 代码的转变。该工具根据 IEC 61508-3，验证用户是否遵照安全编程规则或准则。当 NTK 创建新的软件模块时，便可使用 SCA 工具进行快速验证，该工具可执行大量的检查工作，例如验证变量命名是否正确及传输是否正常运行，并自动标记代码结构是否复杂以及可能会导致软件错误的指令（如循环程序）。

  NTK 整体开发环境的另一个重要组成部分是 ABB Automation Builder 工具套件。这为 NTK 等控制系统项目中使用的各种自动化组件提供集成开发环境 —— 从 PLC、安全 PLC 和运动控制器到驱动器和 HMI。该工具显著降低了软件复杂性，缩短了上市时间。

  ABB 自动化产品部门机械控制和自动化产品经理 Knud Jansen 说道：“该应用程序阐明了 PLC 用户采用基于 PLC 的安全控制系统体系的简单性。 NTK 的关键驱动因素是使用高级结构化文本语言进行编程的能力，以及强大的安全代码分析器工具 —— 在开发和测试 PLC 代码模块时为软件开发人员提供即时反馈。”

  NTK 的 PLC 起重机控制系统安装于驾驶室内受保护的机柜中。不过，还可提供“极端条件”版 PLC，使用户能够配置适用于恶劣条件和极端气候的加强型功能安全 PLC 解决方案，例如常见于某些起重机和绞车应用。

  ABB 安全 PLC的 硬件保留了与非安全应用的AC500 PLC 系列一致的外观，拥有与标准 ABB CPU 和 I/O 模块一致的尺寸，以及相同的安装和布线方案。两种类型的模块可混合安装于同一 PLC 中，从而允许系统执行安全和非安全功能。借此可降低项目的复杂性和成本，并开辟新的应用选项，如直接变量映射、控制系统安全和非安全变量之间的数据交换。

  AC500-S 的数学能力涵盖一个强大的三角计算函数套件，包括 COS, SIN, TAN, ASIN, ACOS 和 LOG。这是复杂运动学中安全运动控制的理想之选 —— 如起重机、卷扬机、机械手和移动平台（自动导引车）。

  AC500-S 安全 CPU 采用标准编辑器如结构化文本 (ST)、梯形图 (LD) 或功能块图 (FBD) 进行编程，使得用户能够轻松地将控制系统提升到一个新的安全水平。这启动了快速学习曲线并促进了快速应用开发 —— 降低了自动化系统的总拥有成本。ABB 安全代码分析器工具 SCA 根据 IEC 61508-3，验证安全编程规则或准则，进一步加速应用开发。这一强大工具已获 TÜV SÜD 认证，对软件进行了严格的测试。测试结果记录于技术报告中，验证了分析器的特性、标准合规性及安全应用程序源代码的语法正确性。

  另一个有价值的影响是 PLC 代码更为可靠、结构更合理、更易读取，有助于简化认证工作，降低发布后的维护成本。AC500-S 安全编程编辑器支持遐迩闻名的 PLCopen 安全应用库文件 —— 包括紧急停止、模块选择器、双手控制等安全应用中使用的标准化功能块，进一步助力降低成本和加速开发。此外，AC500-S 还支持广泛的 IEC 数据类型，为程序员提供更大的灵活性。

  与某些安全 PLC 不同，ABB 的 AC500-S 拥有一个独立的安全处理器。即使非安全处理器处于停止或维护模式，或进行在线变更，也可将安全 CPU 配置为工作状态。ABB 提供 SIL3/PL e 认证安全 I/O 模块供您选择，包括数字输入和输出，并提供涵盖 0-20 mA（或 4-20 mA）范围的专用模拟电流输入模块。专用模拟电流输入模块可直接在应用时测量压力、温度、位置和扭矩等参数，而无需 A/D 转换或专门的电子装置。这可以简化各种安全机械控制应用的实施，例如卷扬机和起重设备中的制动系统，起重机上的定位系统和温度控制，风力发电涡轮机上的移动平台和选择性关闭系统。

  为了简化系统设计，安全控制模块可作为主 PLC 解决方案的一部分进行安装，或安装于使用 PROFINET/PROFIsafe 协议进行链接的远程 I/O 机架中。这种网络连接控制系统节省了布线和装配成本，并避免干扰问题的出现。在此类应用中，NTK 选择使用 PROFINET / PROFIsafe 工业以太网标准，在起重机上执行安全相关通信。

  NTK 工程师事务所创建于 2001 年，总部位于德国韦尔特。公司致力于开发和制造完整的起重机控制系统，包括所有的安全、监测和控制组件。公司所拥有的技术包括已获专利的回转控制系统，它将速度与极为顺畅的无振动启动和停止相结合。公司还提供一系列的控制解决方案，以满足客户需求，从控制模块到完整的组合起重机驾驶室 —— 可轻松安装并连接至起重机机架。控制系统被集成到很多无塔头式、俯仰式和无塔头变幅式起重机之中。客户包括起重机制造商 Jost Cranes, Crane Tec 和 BBL