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動控制CPUS7-1500TF的故障安全功能、伺服驅(qū)動器的內(nèi)置故障安全功能，以及基于S7-1500TFCPU快速實現(xiàn)運動設(shè)備的故障安全功能的方法。

故障安全功能簡介

隨著現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展，對生產(chǎn)機械的自動化需求不斷增長，伴隨著運動控制的復(fù)雜程度不斷增長的同時設(shè)備的安全性也愈發(fā)重要起來。機械設(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越重要。也就是說，他們應(yīng)設(shè)計出符合安全標準的設(shè)備、機械及自動化控制系統(tǒng)，對于運動控制占主導(dǎo)的生產(chǎn)機械的設(shè)備故障安全功能尤為重要。

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

遵循了這些相關(guān)標準，才可有依據(jù)地推定設(shè)備達到了安全技術(shù)水平，進而確保設(shè)備安裝人員和機械/設(shè)備制造商履行了相關(guān)義務(wù)。

為了實現(xiàn)一個符合安全規(guī)范的設(shè)備，通常需要經(jīng)過如下的幾個主要步驟。

在運動控制領(lǐng)域，安全功能尤為重要。對于最新推出的集成故障安全功能和運動控制功能為一體的S7-1500TFCPU，它不僅具有完整的運動控制功能，而且在同一個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)動器可以快速實現(xiàn)安全功能。通信方面采用基于PROFINET通信的PROFIsafe安全協(xié)議，可以非常方便地實現(xiàn)設(shè)備的故障安全功能，從而助力生產(chǎn)機械運動安全功能的快速實現(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，運動控制CPUS7-1500TF可以與內(nèi)置安全功能的伺服驅(qū)動器SINAMICSS120/S210組成安全PLC+安全驅(qū)動的自動化控制系統(tǒng)，兩個產(chǎn)品所具有的故障安全的特性也是該產(chǎn)品的一個亮點，它們通過PROFINET通訊及PROFIsafe安全協(xié)議報文對SINAMICSS120/S210驅(qū)動的故障安全功能進行控制，可以實現(xiàn)驅(qū)動的基本安全功能及擴展安全功能，文中列出的驅(qū)動安全功能符合下述安全標準：

DINEN61508安全集成等級(SIL)2

DINENISO13849-13類

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

圖1顯示了伺服驅(qū)動器SINAMICSS120/S210的基本安全功能及擴展安全功能。

圖1.驅(qū)動的基本安全功能及擴展安全功能

S7-1500TFCPU+S210故障安全功能的快速實現(xiàn)

安全PLC是整個安全功能中非常重要的一環(huán)，在運動控制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。為了實現(xiàn)安全相關(guān)的安全功能，首先需要準備符合需求等級并且適合應(yīng)用場合的安全檢測元件比如急停按鈕，通過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PROFIsafe通信的報文控制驅(qū)動器的各種安全功能。

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

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

實現(xiàn)安全功能的配置主要有以下幾個步驟：

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

通過瀏覽器，在S210的網(wǎng)頁中設(shè)置要實現(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)動器的網(wǎng)絡(luò)連接，配置驅(qū)動的安全報文，通常使用較多的是30號安全報文，如圖3所示，可以滿足常用的安全功能需求。

圖3.驅(qū)動的安全報文配置

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

Fail-safeSIMATIC庫LDrvSafe中的LDrvSafe_CtrlT30SinaS功能塊用于通過PROFIsafetelegram30簡單控制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連接，它是與安全功能相關(guān)的信號(如急停，安全門等)。為了防止意外觸發(fā)監(jiān)視功能，需要通過用戶程序?qū)⑤S的速度、位置或者方向進行一定的限制。驅(qū)動裝置中的安全功能需要與S7-1500T協(xié)作以確保設(shè)備無故障運行。速度軸、定位軸、同步軸和路徑軸這些工藝對象均直接支持驅(qū)動裝置的“基本集成安全功能”。工藝對象將檢測是否觸發(fā)基本安全功能，并顯示相應(yīng)的警告消息（工藝報警550-報警響應(yīng)：跟蹤設(shè)定值）或（工藝報警421-報警響應(yīng)：取消啟用）。

結(jié)束語

隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，對自動控制產(chǎn)品的性能及功能要求也越來越高。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)機械的不斷發(fā)展到將運動控制功能集成到PLC中。而今對生產(chǎn)機械的故障安全功能顯得尤為重要，驅(qū)動裝置中的安全功能需要與集成安全功能的運動控制器一起能夠快速、簡單地解決系統(tǒng)的安全控制要求。

采用S7-1500TF及S120/S210驅(qū)動系統(tǒng)的組合，可使用常規(guī)安全功能的認證庫，快速簡便地實現(xiàn)用戶需要的安全功能，對系統(tǒng)集成商來說不失為一個好的解決方案。