西門子代理商-貴州省一級代理-PLC伺服電機驅動變頻器代理

      西門子PLC中，三種類型的PLC是我們關注的：冗余PLC（1500R/H）、運動控制型PLC（1500T）和安全型PLC（1500F）。通過youxiu工程師詳細的項目分享，包括安全系統設計、安全組態、安全評估、安全功能塊、鈍化處理和安全程序設計，希望讀者朋友對西門子安全PLC的應用有一定的了解，甚至自己可以獨立使用安全PLC。

一、安全PLC概述    

    西門子PLC產品體系中，除了標準型PLC外，還有安全性PLC，即S7-1200F和S7-1500F安全性PLC。

    博途軟件通過增加安全軟件包 Step 7 Safety Advanced/Basic ，增加PLC的安全功能。

    由于采用集成安全設計，不僅所需的部件類型和數量減少，由于無需使用外部安全解決方案，還可以降低接線成本。與使用安全繼電器時的常規布線相比，采用 PROFINET 和 PROFIsafe 不僅可減少布線量，還可借助于現場總線技術實施更jingque和更靈活的解決方案。

二、設備概述（齒輪箱液壓設備）

1、設備全景

2、壓裝部分

3、設備安全需求

1）兩側裝配機結構相同，可由兩名操作人員同時進行工件組裝。

2）操作人員在裝配機進行組裝操作時，僅可操作各自裝配機上的液壓提升（對應油泵電機控制器在主柜內），旋轉伺服，側移伺服。

3）當有壓裝需求時，需將對應的防護網下降到位后，才可將裝配機移動至中間液壓機，進行壓裝操作。

4） 裝配機行進中，受對應區域光幕，防護欄上安全器件控制。

5）壓裝時，本區域防護網需下降到位，本區域光幕如被遮擋，則液壓機停止工作。

6）任一急停按下，全部機構都需停止工作，且需人工確認報警后，才能繼續工作。

三、控制系統網絡圖

、

HMI控制柜

四、安全器件及配置

五、安全模塊配置

1、激活PLC安全功能

2、配置安全DI/DO屬性

      傳感器評估方式（Sensor evaluation）包含3種傳感器評估類型，1oo1評估（loo1 evaluation），loo2 評估-對等（1oo2 evaluation，equivalent）和loo2 評估-非對等（loo2 evaluation，non-equivalent），具體在“通道參數”中選擇，如下所示。

1oo1評估：使用一個輸入通道，與一個單通道傳感器連接，接線如下所示。

使用這種評估方式，連接合格的傳感器，Zui高可以達到 SIL3/Cat.3/PLd。

1oo2評估：使用兩個輸入通道，與一個雙通道對等/非對等傳感器，或與兩個單通道傳感器連接。

在進行 1oo2 評估時，兩個通道將組合成一個通道對，模塊對兩個通道信號狀態進行監視。以ET200SP F-DI 8x24VDC 輸入模塊為例，以下輸入通道相互配對：DI0 和 DI4，DI1 和 DI5，DI2 和 DI6，DI3 和 DI7，并由通道 DI0、DI1、DI2 和 DI3 地址讀取過程信號狀態。使用這種評估方式，連接合格的傳感器，Zui高可以達到 SIL3/Cat.4/PLe。

loo2 評估，對等：兩個通道所連接傳感器的電平相同(兩個常開觸點或兩個常閉觸點)，即同時為1，或同時為0，接線如下所示。如果模塊監測到兩個通道信號不同會報警進入鈍化狀態。

loo2 評估，非對等：兩個通道所連接傳感器的電平相反(一個常開觸點+一個常閉觸點)，即一個為1，另一個為0，接線如下所示。如果模塊監測到兩個通道信號相同會報警進入鈍化狀態

達到 SIL/Cat./PL 的條件

安全模塊需要根據應用要求達到的安全等級采取不同的接線方式和參數設置，下表列出了要達到相應安全類別必須滿足的Zui低條件。

本次項目中的急停，光幕燈安全輸入均使用1oo2對等評估。

數字量輸入模塊 F-DI 8×24VDC HF 上有 8 個故障安全輸入，DI0 到 DI7

(SIL3)。可以將其中兩個輸入組合成一個輸入。

可組合以下輸入：

? DI0 和 DI4

? DI1 和 DI5

? DI2 和 DI6

? DI3 和 DI7

并由通道 DI0、DI1、DI2 和 DI3 提供過程信號。

六、定義安全運行組

1. 在故障安全 CPU 的“項目樹”(Project tree) 下，雙擊“安全管理”(Safety Administration)。

結果：“安全管理”(Safety Administration) 編輯器隨即打開。

可在安全管理編輯器中為安全程序進行中央設置。

2. 在安全管理編輯器的區域導航中，單擊“安全運行時間組”(Safety runtime group)。創建故障安全 CPU 并顯示相關主安全塊時，會自動創建 F 運行時間組：
循環中斷 OB (FOB_1 [OB123]) 默認情況下會調用主安全塊 (Main_Safety [FB1])。從主安全塊中調出用戶創建的 F 模塊。可隨時更改調用與被調用的塊。

安全程序由一個或兩個安全運行組(F-runtime group)構成，每個安全運行組有一個安全組織塊(Fail-safe organization block)。

安全組織塊實際上是循環中斷組織塊(Cyclic interrupt organizaton block)，由操作系統周期性調用，其默認的周期時間為100ms，可以根據需要修改；默認的優先級為9，也可以修改；用戶可以使用FBD語言或者LAD語言創建故障安全功能塊(F-FB)或者功能(F-FC)，并指定其中的一個為主安全塊(main safety bock)。安全組織塊直接調用主安全塊，主安全塊再調用其它故障安全功能塊或功能。

七、西門子安全模塊的鈍化與去鈍

     鈍化描述的是一種狀態，整個故障安全信號模塊或模塊的單個通道發生鈍化時會自動使用故障安全值 (0)代替過程值。簡單的說，就是在鈍化狀態下輸出模塊沒有輸出，即使安全程序中輸出地址還在置位；輸入模板沒有輸入（輸入模板提供替代值“0”給安全程序），即使實際信號狀態為接通（1）狀態。

去鈍就是消除模塊的鈍化。

以下情況，安全模塊會進入鈍化

?在故障安全系統的CPU啟動階段一直到CPU進入“運行”模式

? 故障安全CPU 和故障安全信號模塊之間出現PROFIsafe通信錯誤

? 當故障安全信號模塊或通道出現故障時(例如：斷線，交叉接線等 )

? 設置故障安全信號模塊 DB 內的參數 PASS_ON = 1

在編譯硬件組態時，安全系統會為每個F-IO模塊自動創建一個F-IO DB。

可以在程序中評估其中的變量PASS_OUT和QBAD， 如果F-I/O 發生鈍化，則變量 PASS_OUT = 1 和 QBAD = 1 。

當導致安全模塊鈍化的故障修復后，對應F-IO DB中的請求應答信號ACK_REQ變為1，表示故障已經解除請求去鈍。

只需要脈沖方式將F-IO DB中的變量ACK_REI置位，給出應答信號，就可以完成去鈍。

下圖是在軟件中ET200SP F-DI模塊DB變量。

模塊鈍化相關程序

八、安全程序邏輯

      安全CPU具有標準CPU的所有功能，所以既可以使用安全信號模塊也可以使用標準信號模塊，但安全功能部分必須使用安全輸入、輸出模塊實現。在不需要達到安全等級的功能上使用標準信號模塊。有些故障安全信號模塊支持安全和標準兩種模式，與普通CPU一起使用時只能操作在普通模式。僅支持安全模式的故障安全模塊，不能與普通CPU一起使用。

     安全模塊的輸入輸出地址可以在標準程序中讀操作，但是不能進行寫操作，同樣也包括F-DB塊中的數據，因此在激活CPU安全模式下也不能使用監控表修改和強制操作。具體可以參考下圖說明:

圖：標準程序和安全程序對輸入輸出模塊的地址讀寫使用

圖：標準程序和安全程序對DB操作的說明（只寫/只讀表示對DB中的同一個數據只能進行一種操作）

在西門子安全程序中可以添加安全功能塊，如圖所示。

在定義的安全程序FB1 Main_Safety_RTG1中寫入安全邏輯程序

九、總結

1、裝配機需在軌道上移動，軌道下方裝有拖鏈，安裝時僅需將液壓軟管，電源線，網線進入拖鏈，極大的減少工作量及難度，提高設備穩定性。

2、安全模塊的鈍化功能，及時發現硬件故障；安全程序功能，提高設備安全等級，符合設備安全需求。

3、沒有復雜的安全回路接線，減少故障發生。

4、發生問題時，可利用安全變量在觸屏上清晰顯示報警，快速查找到問題，減少維護時間。

5、項目規劃時，各區域急停僅控制各自器件，機構。調試后，需求更改為需所有急停控制所有機構。

      在調試過程中，由于安裝進度問題，需分區域進行上電調試。對于不同安全邏輯需求，可以快速，進行測試，減少反饋時間。在TIA一個編程平臺上進行安全邏輯修改，簡化了調試的工作量，只需更改安全程序，無需更改安全回路接線。