安全集成功能數據鏈路淺析

摘 要：文章通過對于西門子安全集成功能數據和信號傳遞過程的研究，摸清安全集成功能的脈絡，進一步了解安全集成的原理，為日常的維護和分析提供理論依據。

關鍵詞：安全集成;數據鏈路;PLC

一、 基本概念

在介紹數據鏈路前，需要了解以下幾個概念。

SPL：安全程序邏輯。

NCK-SPL：NC端的安全程序邏輯。

PLC-SPL：PLC端的安全程序邏輯，由NCK-SPL“映射”而來。

SGE/SGA：安全相關輸入/輸出信號，用來控制軸的運動/采集軸的狀態。

INSE/OUTSE：NC端邏輯外部輸入輸出信號。

INSI/OUTSI：NC端邏輯內部輸入輸出信號。

INSEP/OUTSEP：PLC端邏輯外部輸入輸出信號（字母P即代表PLC）。

INSIP/OUTSIP：PLC端邏輯內部輸入輸出信號（字母P即代表PLC）。

注：INSI中的I代表INTERNAL（內部），INSE中的E代表E=EXTERNAL（外部）。

二、 NC端數據鏈路

（一）外圍I/O與NCK之間的鏈接——硬件與軟件的鏈接

橋梁：MD10385...89

MD 10385：$MN_PROFISAFE_MASTER_ADDRESS

確定安全模塊源地址，默認2002，16進制為7D2

MD 10386：$MN_PROFISAFE_IN_ADDRESS

安全輸入模塊地址，和撥碼開關一致

MD 10387：$MN_PROFISAFE_OUT_ADDRESS

安全輸出模塊地址，和撥碼開關一致

MD 10388：$MN_PROFISAFE_IN_ASSIGN

輸入量分配

MD 10389：$MN_PROFISAFE_OUT_ASSIGN

輸出量分配

通過上述幾個參數，將外部的I/O信號通過虛擬的連線和NCK聯系了起來，定義了NC端邏輯程序的外部輸入輸出信號（INSE和OUTSE），部分早期設備由于沒有采用PROFISAFE模塊，地址采用MD10390和MD10392來確定。

（二）NC與驅動控制（SGE/SGA）之間的鏈接——控制/反饋的形成

橋梁：MD36970...79、MD36980...90

其中

MD36970...79為安全輸入信號（SGE），用來控制軸的運動。

MD36980...90為安全輸出信號（SGA），用來讀取軸的狀態。

通過這一系列的參數，確定了NC端邏輯程序，也就是NCK-SPL（Safe.SPF）運算的結果（INSI和OUTSI）所對應的具體的控制功能（SGE）和采集目標（SGA）。

這樣，NC端的鏈路便完成了，當然，相應傳遞過程還有很多控制參數（時鐘周期，啟動方式等等），以及具體安全功能的屬性參數（例如速度限制值，安全限位值等等），限于篇幅，文章暫時不展開討論。

三、 PLC端數據鏈路

（一）外圍I/O與PLC程序之間的鏈接

橋梁：DB18.DBB38-45/46-53（分別確定INSEP/OUTSEP在PLC程序中的地址）。

共16個字節，用來定義和存儲PLC端安全集成相關的外部輸入輸出變量（INSEP和OUTSEP），這些變量會被PLC-SPL（PLC程序中的安全邏輯程序）調用和運算。

（二）PLC程序與驅動控制（SGE/SGA）之間的鏈接

橋梁：DB18.DBB62-69/54-61以及DB[Axis].DBW22/32、DB[Axis].DBW108/110。

在上一節介紹的外部輸入輸出信號（INSEP和OUTSEP）經過PLC-SPL運算后，其運算結果會通過上述地址產生相應的內部輸入輸出信號（INSIP和OUTSIP），這只是實現對軸控制的第一步，要實現每根軸具體的控制功能，上述的信號會被“傳遞”到每根軸中。

參數定義好后，再通過各軸的PLC控制程序，完成安全功能的各種邏輯，PLC端的SGE和SGA信號位置為DB[Axis].DBW22/32、DB[Axis].DBW108/110。

這樣，PLC也實現了外部的I/O信號到具體各軸的安全功能的傳遞。

四、 數據鏈路示意圖

NCK-SPL在PCU中，文件名為“safe.SPF”，PLC-SPL由“safe.SPF”映射而來，在PLC中存儲并運行，兩個邏輯程序猶如雙胞胎一樣，同步運行，并時刻進行著校驗比對。

MD10386...89是NCK-SPL與外部硬件聯系的橋梁，這條聯系是虛擬的聯系。

NCK-SPL運算完成后，需要通過MD36970...90參數鏈接，對NCK中的SGE和SGA信號進行賦值和控制，從而完成對軸的控制。

DB18這個數據塊為西門子專門留出的供安全集成使用的存儲區，它承擔了安全邏輯內外部輸入輸出的連接作用，對外聯系了PLC硬件，對內聯系了驅動的SGE/SGA信號。

每臺設備、每個系統版本具體的數據鏈路會有差異，上圖只是最基本的脈絡和原理。

抱閘測試和停車測試比較特殊，它們雖然是安全集成功能，但具體的邏輯卻完全由PLC完成，NC并不參與運算，但仍然遵循安全集成的雙通道校驗原則，不過只是由PLC將運算的結果“告知”NC，通過PLCSIN這個信號，文章暫不討論，以后會繼續和大家分享。

部分機床開發廠家會利用用戶數據（eg：14512參數）作為打開和關閉安全集成功能的“開關”。

作者簡介：

盛勇，南京高精齒輪集團有限公司。