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在自动化物流系统中,控制系统就像神经中枢一样,向各种自动化设备和物流单元发出指令,最终完成物流中心内货物的流动,同时,还要保证系统中人员、设备、环境以及信息的安全.
据西门子自动化与驱动集团自动化系统部网络应用工程师杨建东介绍,自动化技术向以太网发展的趋势十分明显,相伴随的信息安全问题也日益突出,目前,西门子已将安全集成到自动化物流系统中,形成了单一总线的安全解决方案,在同一网络中实现安全控制和标准控制,使物流中心的人员、货物、环境和信息时刻处于保护之中,同时也保护了用户的投资.
记者：在西门子自动化与驱动集团,物流中心的安全意味着哪些内涵
杨建东：我们将安全划分为Safety和Security两个方面.Safety主要指对于人员、设备、环境的安全,我们称其为故障安全,例如,输送机运载的托盘货物在运行过程中,如果检测到在其行走路线上有人员在活动,或者有其他托盘货物在行走路线上没有离开时,输送机要自动停止运行,以确保人员及货物的安全.对环境而言,则指在社会意识日益提高的今天,不仅保护人身安全、防止人员伤亡非常重要,而且为工作人员提供一个安全、健康的工作环境也占有重要地位.在这方面,一般使用光栅技术进行检测,当光栅被遮挡时,即会触发信号,PLC立即控制设备停止运行.
Security是指信息的安全,即保证物流中心数据信息的安全,使数据不丢失,网络不受到外来的攻击.尤其是企业物流运作全球化的趋势越来越突出,物流中心与总部之间异地通讯的安全就越发显得重要了.
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一直以来,工业自动化领域使用Profibus现场总线标准,来完成控制系统对于设备的指令.随着以太网技术日趋成熟,网络的开放性、带宽高、支持标准的IT服务如浏览器访问、文件传输等优势日益突出,因此自动化技术向网络发展的趋势十分明显,也就是说现场总线基于以太网实现控制功能,目前Profi已经开始应用.但是,以太网技术在二三十年前就已经诞生了,而控制系统才开始建立在以太网基础之上,其主要原因是,普通以太网是非实时的,存在诸多不确定性因素,而对于自动化设备的控制系统来说,每一个控制指令都要得到自动化设备的实时回应,即发出运行指令,设备在确定的时间内就要按照指令运行.因此,要将网络运用于自动化领域,就要在其间添加专有的实时性协议.在这方面,西门子做了大量工作,致力于在普通的以太网基础上,通过添加协议,将看似相同的网络运用于控制系统中,以提高其运行速度及确定性.
记者：在自动化物流系统中,Profi的优势是如何体现的
杨建东：Profi是一个工业自动化领域的创新,是一种开放式以太网标准(JEC61158),它满足了企业管理层对于物流现场运作细节的可视性需求,使用Profi,设备可从现场级连接到管理级,使管理层与物流现场实现信息的交互.
通过Profi,分布式现场设备(如现场的I／O设备)可以直接连接到工业以太网,与PLC等设备进行通讯,并且可以达到与现场总线相同或者更加优越的响应时间,其典型响应
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在使用STEP7进行组态的过程中,这些现场设备指定由一个中央控制器(即I／O控制器)进行控制.借助于具有Profibus接口的代理服务器,现有模板或设备仍可继续使用,从而保护Profibus用户的投资.
I／O Supervisor(I／O监视设备)用于HMI(人机界面)和诊断功能,并和Profibus一样,采用层级诊断屏幕.
记者：西门子是如何将安全集成到用户的自动化物流系统中的
杨建东：传统意义的设备安全系统是指保护在机器中或附近工作的人员免受伤亡的附加部件.新的安全解决方案已经远远超越了这一概念.许多最终用户已经意识到,智能化、集成的安全解决方案对于其经营效率可以产生直接的影响.
现在的安全解决方案直接集成进标准的控制结构,把安全与工业网络结合在一起.提供基于Profibus DP、PA、Profi及无线等现有网络介质的“网络化安全”解决方案.它就是PROFIsafe.
由于Profi支持对等通信、分布式I／O、机器安全、运动控制和数据采集等不同的控制方式,用户可以在一个以太网上实施集成的自动化解决方案.因此,操作人员可以更加智能化地检测设备故障,更快地启动生产,有助于减少停机时间.
PROFIsafe实现了单一总线的解决方案.PROFIsafe安全协议是Profibus和Profi通信协议的一部分,它使用户可以不必采用独立的安全网络,并把其网络减少至一个单一的总线.PROFIsafe还扩充了Profibus通信协议,提供为了符合严格的安全标准所必需的与安全相关的所有信息.例如,PROFIsafe增加了信息编号和数据一致性检查,以此排除典型的网络信息故障,使联网的安全设备的可靠性能够达到国际安全标准规定的集成安全级别(高达SIL3).
随着物流中心越来越多地采用自动化系统来搬运物料,市场趋向提供安全解决方案,使操作人员能够在安全的环境中工作以提高效率.目前的安全标准允许在运动控制系统和标准驱动器中直接集成可配置的安全系统.
在安全区域内结合低速模式和高速响应可以有效地免除在运行的设备和工作单元中使用多个隔离及标示.安全系统的关键在于从按钮或传感器到执行器之间的响应时间.可以选择在运动控制器或安全PLC中实现安全运动功能,但这种解决方案的不足之处在于,安全PLC或运动控制器和反馈装置之间的时间延迟.另一方面,基于驱动的解决方案除了更快的控制器周期优势,还能访问所有的信号.
记者：网络的一个重要特征是开放性,在开放状态下,西门子如何保证控制网络中信息的安全
杨建东：以前的网络对于外部环境来说是封闭的,物流系统不会受到外来的威胁.而在Profi环境中,企业网与物流系统的控制网联在了一起,网络处于开放的状态,一方面方便了企业管理层对于分布于不同地点的物流中心库存信息的了解：另一方面,企业的员工也可能会访问网络,还可能会受到病毒和黑客的攻击,因此我们在网络中添加了保障安全的模块SCALANCES,起到硬件防火墙的作用,阻隔未经授权的访问,确保访问的安全性,并进行信息的过滤.
企业在使用端到端的以太网结构时,可使用SCALANCE S硬 件与软件构成完整的安全系统,以消除由于将控制系统建立在网络的基础之上而伴随的风险.
其主要特点包括：
安全与性能的双重保证.SCALANCE S能够防止对自动化单元未授权的访问以及不必要的通讯负荷,即使外部网络出现故障,自动化单元中的数据仍可正常传输.
与应用协议无关.安全模块可以轻松地将基于lP的协议和自动化技术中广泛使用的第二层协议置于其保护之下,而不会限制生产数据流,确保数据传输的高效.
具有学习功能.在学习模式的支持下,安全模块可自动识别内部网络中的每一个客户机,因此可以直接使用而不需组态.而且,安全模块可自动识别网络中的其他安全模块.其突出优点在于,在扩展系统时,无需重新配置现有安全模块.
备份功能使停工时间最小化.SCALANCE S自动将配置数据保持在组态插件(C-PLUG)中,在更换故障设备时,只需将C-PLUG调换到新设备中,新设备即可以相同的配置运行.
拥有灵活的保护机制.SCALANCE S可根据需要而选择使用防火墙或文件包过滤器对通讯进行专门的保护.IP地址、MAC地址、端口号或协议都可作为相应的过滤判据.在虚拟专用网(VPN)中,安全模块作为加密通讯通道的端点,保证数据通过该通道进行通讯.在此,安全模块需要互相认证,所以通道中的数据既不能被窃取,也不会被修改.
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记者：以太网是自动化系统中极其重要的部分,一旦网络中的设备如交换机出现故障,是否会使物流系统受到影响
杨建东：工业以太网广泛应用于工厂的控制级通讯,以实现PLC与PLC之间、PLC与上位机之间的通讯.在技术上它与IEEE802．3及IEEE802．3u兼容,但产品的设计制造充分考虑并满足工业网络的应用需要.
众所周知,网络中设备间的连接是通过交换机完成的,一旦交换机出现故障必将影响到整个网络的运行.2003年,我们开发了SCALANCE×系列交换机.此系列交换机在网络中形成环形结构,可组成光纤环网、或电气环网、或光与电气混合的环网,网络中的一台交换机起到环网管理的作用,称为冗余管理器,当冗余管理器检测出网络中某一处出现故障时,能够自动闭合,在小于300毫秒的时间内形成一个新的完整的网络,保证物流系统的运行不中断.
SCALANCE X可以实现网络管理和诊断.SCALANCE×通过信号触点、Profi诊断功能和网络管理功能实现对网络组件的持续监测,快速实现故障检测并排除网络故障.同时,还可以在线接收重要信息并对网络进行预防性维护.
对于工业以太网来说,兼容性是非常关键的因素,SCALANCE将其作为设计的理念,实现了端到端的兼容性,在引入新技术的同时还能保护现有投资,保证了网络的投资安全.
记者：西门子集成了安全策略的自动化物流系统能够为用户带来哪些利益,能否以具体案例进行说明杨建东：以瑞典的Rejlers公司为例,他们利用通过Profi和PROFIsafe与安全设备和标准I／O连接的西门子的故障安全PLC设计了一种新型的生产线结构,用于搬运活塞和连杆.
这种生产线由多种机器组成,对生产出来的多达60种不同的活塞可完成标识、分类、排序、缓冲及堆垛.通过机器人,系统能识别零件并把他们存放到临时的缓冲区中,零件搬运已实现完全自动化.这种新型的自动化解决方案采用P rofi 作为骨干网连接安全PLC、工业PC和标准I／O模块,以及电子急停(E-stop)、光栅和安全联锁等.采用Profi,可以轻而易举地随时集成额外的安全器件,因而省去了30％-35％的集成时间和精力.
在许多行业中,龙门机器人广泛应用于各种材料的搬运.龙门架的复杂程度通常很高,结合了视觉、传感器和高度动态的运动控制.
在CAMotion Inc．为某企业开发的视觉引导的高架龙门机器人中,配备了许多传感器来识别需要搬运的零件的外形、尺寸和类型,并识别起点和终点位置.
龙门架同样也配备了从光栅到激光扫描器等安全设备,以保护在机器上或机器附近的人员安全.此外,CAMotion想利用无线解决方案来削减电缆成本,并免除常用的复杂的结线方案.尽管“常规的”自动化器件可以解决这个问题,他们却已找到了一种利用最新的网络和安全技术的具有前瞻性的解决方案.
CAMotion采用一套西门子的故障安全PLC,通过使用PROFlsafe协议的Profi与安全设备进行联网,组成了无线连接和分布式安全的解决方案.其中的西门子S7―315F控制器,把常规和安全功能合并到一个CPU中,免除了独立的安全PLC或安全监视器.这一项功能不仅减少了前期设备的硬件成本,而且通过简化长期的维护工作和缩短停机时间,可能为最终用户降低整个使用周期内的成本.
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能无线传输Profi的产品满足了CAMotion预定的降低30％布线费用的要求,同时缩短了安装时间,也简化了启动程序.目前CAMotion的系统架构,无论传输的是安全数据还是常规数据,所有设备之间都采用Profi.为了连接固定控制室中的PLC和移动龙门架中的工业PC,采用了西门子的Scalance无线访问点,来实现Profi上数据的无缝传输.
今后,企业对物流系统安全性及高可靠性的重视程度将越来越高,而集成安全系统可以很好地满足用户的需求.
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