摘要：本文介紹了故障安全功能的基本信息、西門子新一代帶故障安全功能的運(yùn)動(dòng)控制CPUS7-1500TF的故障安全功能、伺服驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)置故障安全功能，以及基于S7-1500TFCPU快速實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)設(shè)備的故障安全功能的方法。

故障安全功能簡(jiǎn)介

    隨著現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)化需求不斷增長(zhǎng)，伴隨著運(yùn)動(dòng)控制的復(fù)雜程度不斷增長(zhǎng)的同時(shí)設(shè)備的安全性也愈發(fā)重要起來(lái)。機(jī)械設(shè)備的制造商和銷售商有責(zé)任確保設(shè)備和產(chǎn)品的安全性也顯得越來(lái)越重要。也就是說(shuō)，他們應(yīng)設(shè)計(jì)出符合安全標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備、機(jī)械及自動(dòng)化控制系統(tǒng)，對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制占主導(dǎo)的生產(chǎn)機(jī)械的設(shè)備故障安全功能尤為重要。

不僅在出口設(shè)備方面，在國(guó)內(nèi)的各自動(dòng)化廠家以及相關(guān)的企業(yè)用戶都開(kāi)始關(guān)注和提出機(jī)械設(shè)備類的產(chǎn)品安全方面的要求，機(jī)械制造商和設(shè)備安裝人員必須確保機(jī)械和設(shè)備的安全性符合使用地的法律法規(guī)。例如，在美國(guó)使用的機(jī)械的控制系統(tǒng)必須符合美國(guó)OSHA（OccupationalSafetyandHealthAdministration）的規(guī)定。

遵循了這些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，才可有依據(jù)地推定設(shè)備達(dá)到了安全技術(shù)水平，進(jìn)而確保設(shè)備安裝人員和機(jī)械/設(shè)備制造商履行了相關(guān)義務(wù)。

為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)符合安全規(guī)范的設(shè)備，通常需要經(jīng)過(guò)如下的幾個(gè)主要步驟。

    在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，安全功能尤為重要。對(duì)于最新推出的集成故障安全功能和運(yùn)動(dòng)控制功能為一體的S7-1500TFCPU，它不僅具有完整的運(yùn)動(dòng)控制功能，而且在同一個(gè)CPU中還集成了故障安全功能。它與西門子提供的SINAMICSS120/S210伺服驅(qū)動(dòng)器可以快速實(shí)現(xiàn)安全功能。通信方面采用基于PROFINET通信的PROFIsafe安全協(xié)議，可以非常方便地實(shí)現(xiàn)設(shè)備的故障安全功能，從而助力生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)安全功能的快速實(shí)現(xiàn)。

S7-1500TFCPU故障安全功能

    西門子提供了全系列的故障安全產(chǎn)品供客戶選擇，運(yùn)動(dòng)控制CPUS7-1500TF可以與內(nèi)置安全功能的伺服驅(qū)動(dòng)器SINAMICSS120/S210組成安全PLC+安全驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，兩個(gè)產(chǎn)品所具有的故障安全的特性也是該產(chǎn)品的一個(gè)亮點(diǎn)，它們通過(guò)PROFINET通訊及PROFIsafe安全協(xié)議報(bào)文對(duì)SINAMICSS120/S210驅(qū)動(dòng)的故障安全功能進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的基本安全功能及擴(kuò)展安全功能，文中列出的驅(qū)動(dòng)安全功能符合下述安全標(biāo)準(zhǔn)：

DINEN61508安全集成等級(jí)(SIL)2

DINENISO13849-13類

DINENISO13849-1性能等級(jí)(PL)d，安全功能符合DINEN61800-5-2的功能。

圖1顯示了伺服驅(qū)動(dòng)器SINAMICSS120/S210的基本安全功能及擴(kuò)展安全功能。

圖1.驅(qū)動(dòng)的基本安全功能及擴(kuò)展安全功能

S7-1500TFCPU+S210故障安全功能的快速實(shí)現(xiàn)

    安全PLC是整個(gè)安全功能中非常重要的一環(huán)，在運(yùn)動(dòng)控制S7-1500TFPLC中集成安全功能可以大大的降低整體的設(shè)備成本和復(fù)雜性。為了實(shí)現(xiàn)安全相關(guān)的安全功能，首先需要準(zhǔn)備符合需求等級(jí)并且適合應(yīng)用場(chǎng)合的安全檢測(cè)元件比如急停按鈕，通過(guò)接線的方式連接到安全PLC的安全輸入的模塊上，隨后編寫相關(guān)的安全程序并且通過(guò)PROFIsafe通信的報(bào)文控制驅(qū)動(dòng)器的各種安全功能。

在PROFIsafe通訊中，S210通過(guò)PROFINET接口與安全PLC通信，如圖2所示。

圖2S7-1500TF+S210通過(guò)PROFINETPROFIsafe通訊實(shí)現(xiàn)安全功能

實(shí)現(xiàn)安全功能的配置主要有以下幾個(gè)步驟：

S210安全配置

完成S7-1500TF和S210的安全通信配置

完成S7-1500TF的安全程序編寫

通過(guò)瀏覽器，在S210的網(wǎng)頁(yè)中設(shè)置要實(shí)現(xiàn)的安全功能，如圖2所示。

圖2.S210安全功能配置

完成S7-1500TF和S210的安全通信配置及安全程序的編寫

    在博途中組態(tài)S7-1500T與S210驅(qū)動(dòng)器的網(wǎng)絡(luò)連接，配置驅(qū)動(dòng)的安全報(bào)文，通常使用較多的是30號(hào)安全報(bào)文，如圖3所示，可以滿足常用的安全功能需求。

圖3.驅(qū)動(dòng)的安全報(bào)文配置

    為了簡(jiǎn)化PLC的安全編程，西門子推出了通過(guò)Fail-safeSIMATIC庫(kù)LDrvSafe，可實(shí)現(xiàn)S7-1500TF對(duì)SINAMICS集成驅(qū)動(dòng)的安全功能，此功能庫(kù)符合SIL2(DINEN62061)及PLd類別3(ENISO13849-1)安全標(biāo)準(zhǔn)。使用西門子提供的安全程序庫(kù)，不僅可以簡(jiǎn)化編程并且能夠提高安全程序的可靠性。

    Fail-safeSIMATIC庫(kù)LDrvSafe中的LDrvSafe_CtrlT30SinaS功能塊用于通過(guò)PROFIsafetelegram30簡(jiǎn)單控制SINAMICSS210的安全功能，功能塊如圖4所示。

圖4.LDrvSafe_CtrlT30SinaS功能塊

    功能塊的輸入管腳由用戶來(lái)連接，它是與安全功能相關(guān)的信號(hào)(如急停，安全門等)。為了防止意外觸發(fā)監(jiān)視功能，需要通過(guò)用戶程序?qū)⑤S的速度、位置或者方向進(jìn)行一定的限制。驅(qū)動(dòng)裝置中的安全功能需要與S7-1500T協(xié)作以確保設(shè)備無(wú)故障運(yùn)行。速度軸、定位軸、同步軸和路徑軸這些工藝對(duì)象均直接支持驅(qū)動(dòng)裝置的“基本集成安全功能”。工藝對(duì)象將檢測(cè)是否觸發(fā)基本安全功能，并顯示相應(yīng)的警告消息（工藝報(bào)警550-報(bào)警響應(yīng)：跟蹤設(shè)定值）或（工藝報(bào)警421-報(bào)警響應(yīng)：取消啟用）。

結(jié)束語(yǔ)

    隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)自動(dòng)控制產(chǎn)品的性能及功能要求也越來(lái)越高。從最早出現(xiàn)的以邏輯控制為主的可編程控制器PLC，到因生產(chǎn)機(jī)械的不斷發(fā)展到將運(yùn)動(dòng)控制功能集成到PLC中。而今對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的故障安全功能顯得尤為重要，驅(qū)動(dòng)裝置中的安全功能需要與集成安全功能的運(yùn)動(dòng)控制器一起能夠快速、簡(jiǎn)單地解決系統(tǒng)的安全控制要求。

    采用S7-1500TF及S120/S210驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組合，可使用常規(guī)安全功能的認(rèn)證庫(kù)，快速簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)用戶需要的安全功能，對(duì)系統(tǒng)集成商來(lái)說(shuō)不失為一個(gè)好的解決方案。