S7 F-CPU故障安全系統(tǒng)

摘 要：安全工程的目的是通過(guò)使用安全為導(dǎo)向的技術(shù)安裝，盡可能地使對(duì)人員和環(huán)境的危害最小化。西門(mén)子S7在電氣行業(yè)中屬于重要的一種，具有獨(dú)立的安全系統(tǒng)-故障安全系統(tǒng)，目前在大工廠的使用已經(jīng)日益普遍，但在故障安全方面的理解還存在很多問(wèn)題，本文對(duì)分布式故障安全系統(tǒng)闡述，從分布式故障安全的定義、組態(tài)以及程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，希望本課題的開(kāi)展對(duì)該領(lǐng)域用戶(hù)提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：安全;分布式安全;PROFISAFE通信;安全處理器;安全信號(hào)模板

前言

故障安全系統(tǒng)獨(dú)立于普通的用戶(hù)程序系統(tǒng)，安全系統(tǒng)關(guān)閉后，該系統(tǒng)立刻達(dá)到安全狀態(tài)。在系統(tǒng)運(yùn)行中，S7 F-CUP 故障安全系統(tǒng)立即關(guān)閉，過(guò)程中不會(huì)對(duì)生命或設(shè)備造成任何危害，保護(hù)用戶(hù)不受到損失。

故障安全已經(jīng)在工業(yè)工程方面得到廣泛推廣，故障安全與傳統(tǒng)的繼電器相比，具有一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)的安全系統(tǒng)，電子控制的集成，通信控制，檢測(cè)控制都可以體現(xiàn)其優(yōu)越性。通過(guò)S7軟件進(jìn)行診斷信息，信息內(nèi)容比較詳細(xì)，信息內(nèi)容指定性比較強(qiáng)，當(dāng)故障安全系統(tǒng)中斷，利用改進(jìn)的檢測(cè)故障功能和本地用戶(hù)操作，允許在生產(chǎn)出現(xiàn)有關(guān)安全的中斷后，迅速可以恢復(fù)生產(chǎn)，避免經(jīng)濟(jì)損失。故障安全系統(tǒng)所擁有的特征：用戶(hù)用一套自動(dòng)化設(shè)備組建一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)可靠安全保護(hù)功能。當(dāng)其中某個(gè)自動(dòng)化設(shè)備發(fā)生故障，該系統(tǒng)依然能夠保持安全功能可靠工作。

1 S7 F-CPU中的故障安全系統(tǒng)

1.1 S7工業(yè)自動(dòng)化提供兩個(gè)故障安全系統(tǒng)

1）S7 F-CUP故障安全控制系統(tǒng)

用于實(shí)現(xiàn)人身和設(shè)備的保護(hù)和工業(yè)過(guò)程控制。

2）故障安全容錯(cuò)系統(tǒng)

為了增加自動(dòng)生產(chǎn)的安全性，防止由于S7 F-CUP中的故障安全系統(tǒng)的錯(cuò)誤導(dǎo)致的過(guò)程故障，S7 F-CUP中的故障安全系統(tǒng)可以配冗余電源、冗余處理器、冗余通訊和冗余輸入輸出?？梢蕴岣甙踩到y(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.2 S7 F-CUP中分布式故障安全功能原理

故障安全是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)硬件與軟件程序結(jié)構(gòu)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的，在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)緊急情況，立即執(zhí)行安全程序，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)處于安全狀態(tài)。

安全功能主要包括：

·故障安全中安全相關(guān)的安全用戶(hù)程序。

·故障安全分布式I/O-輸入和輸出

安全輸入采集現(xiàn)場(chǎng)安全信號(hào)，如急停和光電等安全信號(hào)，進(jìn)行CUP程序處理，將安全狀態(tài)通過(guò)安全輸出傳遞給用戶(hù)程序，用戶(hù)程序可以安全自己的邏輯進(jìn)行執(zhí)行下去。

2 S7 故障安全組件

2.1硬件

S7 F-CPU故障安全系統(tǒng)包含滿(mǎn)足高級(jí)別安全要求的部分硬件。

2.2 軟件

S7 F-CPU故障安全系統(tǒng)的軟件包括以下內(nèi)容：

STEP7對(duì)SIMATIC可編程控制器可以組態(tài)和編程

S7 F-CPU故障安全對(duì)分布式故障安全系統(tǒng)可以組態(tài)和編程。

3 故障安全系統(tǒng)的組態(tài)和編程

故障安全的硬件組態(tài)一部分是和普通模塊相同的，安裝普通模塊組態(tài)就可以，安全程序編譯下載是與普通程序不同，有自己專(zhuān)屬的頁(yè)面。

3.1 硬件組態(tài)

故障安全與普通PLC組態(tài)方法基本相似（如圖一），根據(jù)現(xiàn)有的硬件，對(duì)F-CPU，電源模板，F(xiàn)-DI/DO進(jìn)行逐一組態(tài)。

3.2 組態(tài) F-CPU

F-CPU與普通CPU相比，還要兩步配置：

1）對(duì)F-CPU密碼配置，F(xiàn)-CPU的保護(hù)密碼防止用戶(hù)將沒(méi)有經(jīng)授權(quán)下載至F-CPU。

設(shè)置F參數(shù)，這些F參數(shù)都是安全程序編輯成功用到的保留區(qū)域，一般不用修改。要注意的是，當(dāng)點(diǎn)擊F Parameters頁(yè)面后，彈出一個(gè)密碼對(duì)話框，此時(shí)要輸入一個(gè)保護(hù)程序密碼，

3.3 組態(tài) F-IO

模塊安全地址：每一個(gè)模塊都有唯一的安全地址。

鈍化選擇：當(dāng)硬件安全模塊出現(xiàn)故障時(shí)，選擇一個(gè)模塊停用還是故障通道停用。

鈍化的含義：如果故障安全分布式I/O檢測(cè)到故障，出錯(cuò)通道和所有通道進(jìn)入安全模式，即 故障安全分布式I/O的通道被鈍化。并將故障傳遞給F-CPU，通過(guò)CPU診斷區(qū)可以查詢(xún)故障點(diǎn)。對(duì)于有安全模塊輸入，如發(fā)生鈍化，就會(huì)為安全程序提供一個(gè)故障安全值，不是故障安全輸入沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)。安全模塊輸入端短路或發(fā)生鈍化，故障安全輸出的位置將是零，并不是當(dāng)時(shí)安全程序的實(shí)際值。

4）安全模塊的通道評(píng)估類(lèi)型：

1〇〇1：通過(guò)一個(gè)通道將安全信號(hào)連接到F模板。

1〇〇2：雙通道的含義，雙通道型號(hào)可以是相同的，也可以是對(duì)待的，接受進(jìn)來(lái)兩個(gè)信號(hào)，在程序里是一個(gè)輸入點(diǎn)連接到F板。

差異時(shí)間：對(duì)于1〇〇2信號(hào)，設(shè)置相應(yīng)時(shí)間，在差異時(shí)間內(nèi)沒(méi)有做出相應(yīng)的反應(yīng)，模塊出現(xiàn)鈍化，進(jìn)行報(bào)錯(cuò)。

3.4 保存編譯

完成硬件組態(tài)，保存編譯，故障安全的保存編譯與普通程序不同，有自己的頁(yè)面，保存編輯，會(huì)生成一些黃色的FB和DB，并且?guī)в悬S色標(biāo)簽。S7系統(tǒng)生成安全有關(guān)的塊是黃色圖標(biāo)，處于加密狀態(tài)。生成這些安全快，都是給相應(yīng)硬件模塊提供狀態(tài)數(shù)據(jù)，并且每個(gè)硬件對(duì)于一個(gè)FB和DB，設(shè)備每一次允許都保證這些模塊工作正常，沒(méi)有報(bào)錯(cuò)的狀態(tài)，在安全CPU里，生成的DB將儲(chǔ)存現(xiàn)場(chǎng)鈍化的狀態(tài)，以及去掉鈍化提醒，和去鈍化的反饋狀態(tài)，系統(tǒng)生成的安全模塊作用非常大。

結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)控制技術(shù)趨向集成化發(fā)展，高標(biāo)準(zhǔn)的安全系統(tǒng)S7 F-CPU故障安全系統(tǒng)具有安全集成化，進(jìn)行更換維修更加簡(jiǎn)單快捷，并且僅需要一個(gè)F-CUP進(jìn)行控制，與其相應(yīng)的組件通信非常簡(jiǎn)單。安全集成度高，并且保證可靠性，靈活性，也保證了高生產(chǎn)率。在設(shè)備安裝過(guò)程中，集成化使接線更加方便快捷，組態(tài)和編程與普通程序相似，使新用戶(hù)更好的接受。

參考文獻(xiàn)

[1] 電工技術(shù)論壇Electrotechnical forum

[2] 工控技術(shù)，電工技術(shù)及低壓配電系統(tǒng)Industrial control technology，electrician technology and low voltage distribution system

[3] 西門(mén)子S7分布式故障安全手冊(cè)Siemens S7 distributed failure safety manual

作者簡(jiǎn)介：潘志剛，男，1985年出生，一汽大眾機(jī)電技工。主要研究方向?yàn)楣I(yè)控制。