S7 F-CPU故障安全系統(tǒng)獲獎科研報告

S7F-CPU故障安全系統(tǒng)獲獎科研報告摘要：安全工程的目的是通過使用安全為導(dǎo)向的技術(shù)安裝，盡可能地使對人員和環(huán)境的危害最小化。西門子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題，本文對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，希望本課題的開展對該領(lǐng)域用戶提供參考與借鑒。

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

前言

故障安全系統(tǒng)獨(dú)立于普通的用戶程序系統(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，S7F-CUP故障安全系統(tǒng)立即關(guān)閉，過程中不會對生命或設(shè)備造成任何危害，保護(hù)用戶不受到損失。

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，具有一個高標(biāo)準(zhǔn)的安全系統(tǒng)，電子控制的集成，通信控制，檢測控制都可以體現(xiàn)其優(yōu)越性。通過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)的檢測故障功能和本地用戶操作，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：用戶用一套自動化設(shè)備組建一個自動化系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一個可靠安全保護(hù)功能。當(dāng)其中某個自動化設(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。

1S7F-CPU中的故障安全系統(tǒng)

1.1S7工業(yè)自動化提供兩個故障安全系統(tǒng)

1）S7F-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)過程控制。

2）故障安全容錯系統(tǒng)

為了增加自動生產(chǎn)的安全性，防止由于S7F-CUP中的故障安全系統(tǒng)的錯誤導(dǎo)致的過程故障，S7F-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。

1.2S7F-CUP中分布式故障安全功能原理

故障安全是通過現(xiàn)場硬件與軟件程序結(jié)構(gòu)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的，在現(xiàn)場出現(xiàn)緊急情況，立即執(zhí)行安全程序，保護(hù)現(xiàn)場處于安全狀態(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)場安全信號，如急停和光電等安全信號，進(jìn)行CUP程序處理，將安全狀態(tài)通過安全輸出傳遞給用戶程序，用戶程序可以安全自己的邏輯進(jìn)行執(zhí)行下去。

2S7故障安全組件

2.1硬件

S7F-CPU故障安全系統(tǒng)包含滿足高級別安全要求的部分硬件。

2.2軟件

S7F-CPU故障安全系統(tǒng)的軟件包括以下內(nèi)容：

STEP7對SIMATIC可編程控制器可以組態(tài)和編程

S7F-CPU故障安全對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，有自己專屬的頁面。

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F-CPU密碼配置，F(xiàn)-CPU的保護(hù)密碼防止用戶將沒有經(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FParameters頁面后，彈出一個密碼對話框，此時要輸入一個保護(hù)程序密碼，

3.3組態(tài)F-IO

模塊安全地址：每一個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，選擇一個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檢測到故障，出錯通道和所有通道進(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CPU診斷區(qū)可以查詢故障點(diǎn)。對于有安全模塊輸入，如發(fā)生鈍化，就會為安全程序提供一個故障安全值，不是故障安全輸入沒有經(jīng)過處理的數(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)時安全程序的實(shí)際值。

4）安全模塊的通道評估類型：

1〇〇1：通過一個通道將安全信號連接到F模板。

1〇〇2：雙通道的含義，雙通道型號可以是相同的，也可以是對待的，接受進(jìn)來兩個信號，在程序里是一個輸入點(diǎn)連接到F板。

差異時間：對于1〇〇2信號，設(shè)置相應(yīng)時間，在差異時間內(nèi)沒有做出相應(yīng)的反應(yīng)，模塊出現(xiàn)鈍化，進(jìn)行報錯。

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，有自己的頁面，保存編輯，會生成一些黃色的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)，并且每個硬件對于一個FB和DB，設(shè)備每一次允許都保證這些模塊工作正常，沒有報錯的狀態(tài)，在安全CPU里，生成的DB將儲存現(xiàn)場鈍化的狀態(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

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)S7F-CPU故障安全系統(tǒng)具有安全集成化，進(jìn)