S7 F-CPU故障安全系統

摘 要：安全工程的目的是通過使用安全為導向的技術安裝，盡可能地使對人員和環境的危害最小化。西門子S7在電氣行業中屬于重要的一種，具有獨立的安全系統-故障安全系統，目前在大工廠的使用已經日益普遍，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闡述，從分布式故障安全的定義、組態以及程序結構進行描述，希望本課題的開展對該領域用戶提供參考與借鑒。

關鍵詞：安全;分布式安全;PROFISAFE通信;安全處理器;安全信號模板

前言

故障安全系統獨立于普通的用戶程序系統，安全系統關閉后，該系統立刻達到安全狀態。在系統運行中，S7 F-CUP 故障安全系統立即關閉，過程中不會對生命或設備造成任何危害，保護用戶不受到損失。

故障安全已經在工業工程方面得到廣泛推廣，故障安全與傳統的繼電器相比，具有一個高標準的安全系統，電子控制的集成，通信控制，檢測控制都可以體現其優越性。通過S7軟件進行診斷信息，信息內容比較詳細，信息內容指定性比較強，當故障安全系統中斷，利用改進的檢測故障功能和本地用戶操作，允許在生產出現有關安全的中斷后，迅速可以恢復生產，避免經濟損失。故障安全系統所擁有的特征：用戶用一套自動化設備組建一個自動化系統，該系統可以實現一個可靠安全保護功能。當其中某個自動化設備發生故障，該系統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

1.1 S7工業自動化提供兩個故障安全系統

1）S7 F-CUP故障安全控制系統

用于實現人身和設備的保護和工業過程控制。

2）故障安全容錯系統

為了增加自動生產的安全性，防止由于S7 F-CUP中的故障安全系統的錯誤導致的過程故障，S7 F-CUP中的故障安全系統可以配冗余電源、冗余處理器、冗余通訊和冗余輸入輸出。可以提高安全系統的穩定性。

1.2 S7 F-CUP中分布式故障安全功能原理

故障安全是通過現場硬件與軟件程序結構相結合實現的，在現場出現緊急情況，立即執行安全程序，保護現場處于安全狀態。

安全功能主要包括：

·故障安全中安全相關的安全用戶程序。

·故障安全分布式I/O-輸入和輸出

安全輸入采集現場安全信號，如急停和光電等安全信號，進行CUP程序處理，將安全狀態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行執行下去。

2 S7 故障安全組件

2.1硬件

S7 F-CPU故障安全系統包含滿足高級別安全要求的部分硬件。

2.2 軟件

S7 F-CPU故障安全系統的軟件包括以下內容：

STEP7對SIMATIC可編程控制器可以組態和編程

S7 F-CPU故障安全對分布式故障安全系統可以組態和編程。

3 故障安全系統的組態和編程

故障安全的硬件組態一部分是和普通模塊相同的，安裝普通模塊組態就可以，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

故障安全與普通PLC組態方法基本相似（如圖一），根據現有的硬件，對F-CPU，電源模板，F-DI/DO進行逐一組態。

3.2 組態 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-CPU的保護密碼防止用戶將沒有經授權下載至F-CPU。

設置F參數，這些F參數都是安全程序編輯成功用到的保留區域，一般不用修改。要注意的是，當點擊F Parameters頁面后，彈出一個密碼對話框，此時要輸入一個保護程序密碼，

3.3 組態 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：當硬件安全模塊出現故障時，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診斷區可以查詢故障點。對于有安全模塊輸入，如發生鈍化，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過處理的數據。安全模塊輸入端短路或發生鈍化，故障安全輸出的位置將是零，并不是當時安全程序的實際值。

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，接受進來兩個信號，在程序里是一個輸入點連接到F板。

差異時間：對于1〇〇2信號，設置相應時間，在差異時間內沒有做出相應的反應，模塊出現鈍化，進行報錯。

3.4 保存編譯

完成硬件組態，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，并且帶有黃色標簽。S7系統生成安全有關的塊是黃色圖標，處于加密狀態。生成這些安全快，都是給相應硬件模塊提供狀態數據，并且每個硬件對于一個FB和DB，設備每一次允許都保證這些模塊工作正常，沒有報錯的狀態，在安全CPU里，生成的DB將儲存現場鈍化的狀態，以及去掉鈍化提醒，和去鈍化的反饋狀態，系統生成的安全模塊作用非常大。

結束語

工業控制技術趨向集成化發展，高標準的安全系統S7 F-CPU故障安全系統具有安全集成化，進行更換維修更加簡單快捷，并且僅需要一個F-CUP進行控制，與其相應的組件通信非常簡單。安全集成度高，并且保證可靠性，靈活性，也保證了高生產率。在設備安裝過程中，集成化使接線更加方便快捷，組態和編程與普通程序相似，使新用戶更好的接受。

參考文獻

[1] 電工技術論壇Electrotechnical forum

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

[3] 西門子S7分布式故障安全手冊Siemens S7 distributed failure safety manual

作者簡介：潘志剛，男，1985年出生，一汽大眾機電技工。主要研究方向為工業控制。