由于新時(shí)期機(jī)械自動(dòng)化需求的持續(xù)增長，生產(chǎn)安全也正處于活躍增長時(shí)期，因此機(jī)器安全成為人們普遍關(guān)注的熱點(diǎn)。國內(nèi)外制造商也因此將產(chǎn)品安全性作為一種新的戰(zhàn)略性策略，并開始改變傳統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)方式，一種基于功能安全的智能化安全策略——功能安全集成(Integrated Functional Safety)成為制造商們新的競爭契機(jī)。本文在對功能安全深入分析的基礎(chǔ)上，提出了新時(shí)期安全技術(shù)的發(fā)展趨勢，討論了功能安全集成技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，最后結(jié)合安全集成驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例，提出了安全集成伺服驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方案。對未來機(jī)床控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展完善具有指導(dǎo)意義。
1 功能安全
功能安全技術(shù)已被應(yīng)用于許多不同領(lǐng)域，涉及機(jī)械制造業(yè)、流程工業(yè)、運(yùn)輸行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域。功能安全是受控設(shè)備(Equipment Under Contr01)通過對其輸入的正常響應(yīng)而獲得的整體安全的一部分，它取決于受控設(shè)備及其控制系統(tǒng)功能的正確執(zhí)行，因此功能安全防止的就是安全相關(guān)系統(tǒng)或設(shè)備的功能失效所導(dǎo)致的危險(xiǎn)發(fā)生。
1.1 功能安全的理論特點(diǎn)
IEC 61508是有關(guān)功能安全的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)提出了功能安全的基本原理、術(shù)語、數(shù)學(xué)方法和管理模式等，為以電子作基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了標(biāo)準(zhǔn)型的指導(dǎo)，為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了技術(shù)框架，在此框架內(nèi)還可同時(shí)考慮其他技術(shù)安全¨J。另外，功能安全已經(jīng)被應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，并衍生出許多不同領(lǐng)域的安全標(biāo)準(zhǔn)：如流程工業(yè)的IEC 61511，機(jī)械領(lǐng)域的IEC62061、EN 954-2、IEC 60204—1。核領(lǐng)域的IEC 61513等。
作為功能安全的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，IEC 61508提出了一種保障產(chǎn)品系統(tǒng)安全的新思路，涉及安全技術(shù)和安全管理兩個(gè)方面。它將安全的理念貫穿于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)和管理全過程，采用定性分析和定量計(jì)算相結(jié)合的方法對系統(tǒng)安全性進(jìn)行分析，并不斷對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到功能安全的目的。IEC 61508的特點(diǎn)體現(xiàn)在：全新的功能安全保障理念、基于風(fēng)險(xiǎn)定量分析的評(píng)估機(jī)制、基于安全完整性等級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)、全生命周期的安全管理理念。
1.2 功能安全的方法原理
功能安全出發(fā)點(diǎn)就是，首先要對受控設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行全局分析，承認(rèn)所存在的風(fēng)險(xiǎn)，通過將風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化，與允許風(fēng)險(xiǎn)(Tolerable Risk)進(jìn)行比較，然后針對比較結(jié)果采取必要的風(fēng)險(xiǎn)降低措施，最后對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，使整個(gè)系統(tǒng)的安全完整性等級(jí)(SIL)或性能等級(jí)(PL)達(dá)到選定的安全水平。
2 從“獨(dú)立安全預(yù)防”到“功能安全集成”
2.1 傳統(tǒng)的安全控制方案
控制系統(tǒng)可大致分為兩種，即用于機(jī)器運(yùn)行控制的系統(tǒng)和用于安全控制的系統(tǒng)。而傳統(tǒng)的安全控制系統(tǒng)多采用“獨(dú)立的安全預(yù)防”控制方案，即安全系統(tǒng)與運(yùn)行控制系統(tǒng)相分離，通過用于運(yùn)行控制的控制器和用于安全控制的控制器共同實(shí)現(xiàn)安全功能。這樣，使得傳統(tǒng)的安全控制系統(tǒng)需要很多獨(dú)立的外部安全部等，并且需要設(shè)置大量的I/O來檢測輸Ⅳ輸出信號(hào)，使得控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)繁瑣、邏輯復(fù)雜、布線紊亂、系統(tǒng)龐雜，不僅延長了系統(tǒng)做出安全響應(yīng)的時(shí)間，而且增大了由于硬件隨機(jī)故障造成的整個(gè)系統(tǒng)的安全故障率。
2.2 新時(shí)期的功能安全集成
由于新時(shí)期機(jī)械自動(dòng)化需求的持續(xù)增長，人們開始改變傳統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)方式，一種基于功能安全的智能化安全性策略成為制造商們新的競爭契機(jī)。這種新的安全性策略就是通過將用于安全的控制系統(tǒng)和機(jī)器運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行無縫集成，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)在執(zhí)行目標(biāo)任務(wù)的同時(shí)兼顧安全的功能。
在新的控制方案實(shí)施過程中，采用智能化、網(wǎng)絡(luò)化的安全相關(guān)產(chǎn)品(部件)，并利用安全總線技術(shù)將安全通信和標(biāo)準(zhǔn)通信進(jìn)行合成，這樣不僅大大簡化了系統(tǒng)，而且使得安全相關(guān)信息的采集、處理、分析和評(píng)估的響應(yīng)時(shí)間大大縮短，安全控制器和安全設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖屎湾e(cuò)誤率也大大降低，明顯提高了系統(tǒng)的可用性、實(shí)時(shí)性和可靠性。采用安全集成自動(dòng)化后，只需要一個(gè)工程環(huán)境、一個(gè)控制器、一套驅(qū)動(dòng)、一套分布式I/O和一個(gè)總線就可以實(shí)現(xiàn)安全功能，集成系統(tǒng)簡單緊湊。</f
