如何选择联锁信号，断开、闭合、0、1？

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3月16日 晚7：30 仪表圈视频号

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在化学工业生产中，仪表信号联锁是用来自动监视并实现自动操作的一个重要措施。当设备、管道中的某些工艺参数超限或运行状态发生异常时，以灯光和音响引起操作人员注意，人为或自动地改变操作条件，使生产过程处于安全状态。合理地选择联锁保护系统，在一定程度上还可提高生产自动化水平，减少操作人员。

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在使用过程中，常因仪表信号联锁系统的误动作造成生产系统误停车，影响系统正常运行，减少产品的产量；有时会因信号联锁系统的拒动作造成设备损害，降低产品的质量，严重时会危及操作人员的人身安全。所以保障仪表信号联锁系统的稳定运行非常重要，那系统联锁信号究竟是：断开、闭合、0、1，哪个好呢？今天就围绕该问题和大家具体聊一聊。

系统联锁信号究竟是断开、闭合、0、1哪个好呢？

系统联锁信号0代表断开，1代表闭合；0代表电磁阀失电，1代表电磁阀得电。

一般来说是讨论安全联锁信号，那还是“0”信号联锁较好，就是正常状态联锁信号为“1”，故障时为0”，也即'0”信号触发联锁。其实在逻辑状态定义明确后，在进行控制设计时所有的控制逻辑变量都可以方便的做正反状态的转换，因而本无所谓“0”好还是“1”好，但'0”逻辑可以说是偏于保守的设计，也可以说是从安全角度较为可靠的设计，体现了“故障安全型 (Fail safe) ”的原则。

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“0”联锁信号把线路断线、松动、端子虚接、气路泄漏等故障自动包含在联锁逻辑里面了，这和紧急停止按钮是取常开还是取常闭触点一个道理；

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意外失去能源时执行器的状态多是参考“0”联锁逻辑而选择确定的，这使得意外失去能源时系统自然进入'联锁保护状态”，逻辑上正好相符；

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系统联锁信号尤其是安全联锁要求是一旦进入联锁状态就一直保持直至复位信号出现，而如果选择“0”连锁，可以保证即使在进入联锁状态中出现意外，系统也不会退出联锁状态；

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一般的控制系统都设计成具有失能保护(零压保护)特性，即失去能源后又重新供应能源时，过程不会自动再启动。所以当能源再次恢复时由于失压保护导致所有信号处于非激发状态，对于安全联锁来说，如果取“0”信号状态为联锁启动条件，系统“返回瞬间”的个变量状态恰是安全联锁启动需要的状态，这样保证不会出现意外事故；

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有的控制器需要将某些内部寄存器的状态作为联锁逻辑计算的条件，而这些寄存器要考虑到长时间关机不用或停电后数据丢失的问题，也就是寄存器的数据会被“刷新”为“0”，这时要是以“0”信号为安全联锁条件，则在重新开机时即使没有立即发现寄存器数据丢失的事实，也会系统自动进入安全联锁状态，这样也是安全的；

当然，'0”信号安全连锁的弊端就是容易由于设备原因导致末期的联锁中断，有时甚至会较为频繁出现，干扰生产的正常进行。但在把安全作为第一要务的前提下，“0”联锁信号在逻辑上具有天然的优势!

在工程实际中应考虑什么呢？

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联锁信号可以分为控制系统外部信号和控制系统内部信号。

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控制系统外部信号通常包括连续模拟量信号（4～20mA）和开关量信号（断开和闭合）。

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连续模拟量信号和开关量信号在控制系统内部，通常以两位式参与逻辑，GB/T 50770-2013要求应用软件的逻辑功能应采用布尔逻辑及布尔代数运算规则。

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布尔逻辑1和逻辑0，安全性是一样的，无所谓哪一个更安全，也就是控制系统外部信号进入控制器后，联锁状态既可以对应到逻辑1，也可以对应到逻辑0；正常状态既可以对应到逻辑0，也可以对应到逻辑1。

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控制系统外部信号通常按照故障安全型设计，通常可以将电缆断线设置为对应触发联锁。具体体现在，开关量输入信号和开关量输出信号，可以设置为：断开对应触发联锁。其他一些考虑因素可以参考拓展阅读中给出标准的相关要求。

就本议题，请教了叶向东老师，叶向东老师给出了如下的思路和建议：

1、0是对通电和断电的数字描述。对于联锁信号，只要在输入和输出两个环节实现需要的功能就可以。主导词为通电和断电，辅助词为1、0。而不是相反，就不会有错。因为动作实质是电，而不是数字，数字是代表电的，是人为赋予1—有电，0—没电，当然也可以反之，所以，不是1、0联锁，是通电、断电联锁。

电气专业的电机启停控制很少用数字描述就是这个道理。

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拓展阅读

什么是零压保护？

贮存可燃气体时，将1级可燃气体划为甲类火灾危险，2极可燃气体划为乙类火灾危险。零压保护又称失压保护或欠压保护。当电源电压为零（或低于接触器释放电压），接触器释放而使主触点断开，电动机断电停车。当电源电压自动恢复时，因自锁触点也已断开，所以若不操作启动按钮，电动机将不会自行启动，以免造成事故。 

相关规范及条文说明

GB/T 50770-2013 《石油化工安全仪表系统设计规范》

2 术语和缩略语

2.1 术 语 

2.1.20 故障安全 fail safe 

安全仪表系统发生故障时，使被控制过程转入预定安全状态。

5 设计基本原则 

5.0.11 安全仪表系统应设计成故障安全型。当安全仪表系统内部产生故障时，安全仪表系统应能按设计预定方式，将过程转入安全状态。

7.4.4 电磁阀宜采用24VDC 长期励磁型，电磁阀电源、应由安全仪表系统提供。

条文说明

7 最终元件

7.4.4 安全仪表系统的电磁阀应优先选用耐高温(H级)绝缘线圈，长期带电型，隔爆型。石油化工过程的最终元件的电磁阀以断电为故障安全方式。在工艺过程正常运行时，电磁阀应励磁工作。

11 应用软件

11.1 组态及编程

11.1.1 应用软件的逻辑功能应采用布尔逻辑及布尔代数运算规则。应用软件的逻辑设计宜采用正逻辑。

11.1.2 应用软件的组态宜采用功能逻辑图或布尔逻辑表达式。

7.4.5 （3）根据布尔逻辑运算规则及真值表：

①“或门”。当一个或一个以上的输入为“1”状态，输出呈现“1”状态。

②“与门”。当全部输入为“1”状态，输出呈现“1”状态。

HG/T 20511-2014 《信号报警、安全联锁系统设计规定》

条文说明

4.5 安全联锁系统硬件故障裕度要求

4.5.1 对于传感器，故障安全型通常指断电、CPU故障、断线时，传感器传输的信号可以执行联锁动作，使设备/单元/装置等达到安全状态;对于最终元件，故障安全型通常指断电、断气、断信号时，最终元件的状态或位置应该为设备/单元/装置处于安全状态；非可编程逻辑控制器，通常为用继电器构成的逻辑电路，故障安全型是指断电联锁。

SY/T 6966-2013 《输油气管道工程安全仪表系统设计规范》

3 基本规定

3.1设计原则及内容

3.1.4安全仪表系统的设计应遵循故障安全原则，并应符合下列要求：

1 开关量检测元件应为常闭或带诊断功能的接点。

2 执行元件电磁阀应为励磁回路。

条文说明

3.1.4 所谓“故障安全”是指发生故障时，能够进入预定安全状态的能力。故障安全型设计在安全仪表系统中的任何元件、设备、环节或能源失效时、系统能使生产过程处于预定的安全状态。故障安全型设计的最大优点是可确保安全仪表系统中的各个环节随时处于被监控状态，保证系统的可靠性．可最大限度地满足安全完整性要求。在非励磁停车设计中，应特别注意对继电器或开关量仪表触点粘连所引起系统失效处理。在系统执行重要的安全功能处，应考虑采用表决系统来满足安全完整性要求。

GB/T 50892-2013 《油气田及管道工程仪表控制系统设计规范》

4 仪表控制系统设计

4.4 安全仪表系统

4.4.1 安全仪表系统设计应符合下列要求：

4 安全仪表系统应设计为故障安全型。

条文说明

4.4.1 第4款，所谓“故障安全”是指发生故障时，能够进入预定安全状态的能力。故障安全型设计在安全仪表系统中的任何元件、设备、环节或能源失效时，系统能使生产过程处于预定的安全状态。在非励磁停车设计中应特别注意对继电器或开关量仪表触点粘连所引起系统失效处理。