S7 F-CPU故障安全系统

摘 要：安全工程的目的是通过使用安全为导向的技术安装，尽可能地使对人员和环境的危害最小化。西门子S7在电气行业中属于重要的一种，具有独立的安全系统-故障安全系统，目前在大工厂的使用已经日益普遍，但在故障安全方面的理解还存在很多问题，本文对分布式故障安全系统阐述，从分布式故障安全的定义、组态以及程序结构进行描述，希望本课题的开展对该领域用户提供参考与借鉴。

关键词：安全;分布式安全;PROFISAFE通信;安全处理器;安全信号模板

前言

故障安全系统独立于普通的用户程序系统，安全系统关闭后，该系统立刻达到安全状态。在系统运行中，S7 F-CUP 故障安全系统立即关闭，过程中不会对生命或设备造成任何危害，保护用户不受到损失。

故障安全已经在工业工程方面得到广泛推广，故障安全与传统的继电器相比，具有一个高标准的安全系统，电子控制的集成，通信控制，检测控制都可以体现其优越性。通过S7软件进行诊断信息，信息内容比较详细，信息内容指定性比较强，当故障安全系统中断，利用改进的检测故障功能和本地用户操作，允许在生产出现有关安全的中断后，迅速可以恢复生产，避免经济损失。故障安全系统所拥有的特征：用户用一套自动化设备组建一个自动化系统，该系统可以实现一个可靠安全保护功能。当其中某个自动化设备发生故障，该系统依然能够保持安全功能可靠工作。

1 S7 F-CPU中的故障安全系统

1.1 S7工业自动化提供两个故障安全系统

1）S7 F-CUP故障安全控制系统

用于实现人身和设备的保护和工业过程控制。

2）故障安全容错系统

为了增加自动生产的安全性，防止由于S7 F-CUP中的故障安全系统的错误导致的过程故障，S7 F-CUP中的故障安全系统可以配冗余电源、冗余处理器、冗余通讯和冗余输入输出。可以提高安全系统的稳定性。

1.2 S7 F-CUP中分布式故障安全功能原理

故障安全是通過现场硬件与软件程序结构相结合实现的，在现场出现紧急情况，立即执行安全程序，保护现场处于安全状态。

安全功能主要包括：

·故障安全中安全相关的安全用户程序。

·故障安全分布式I/O-输入和输出

安全输入采集现场安全信号，如急停和光电等安全信号，进行CUP程序处理，将安全状态通过安全输出传递给用户程序，用户程序可以安全自己的逻辑进行执行下去。

2 S7 故障安全组件

2.1硬件

S7 F-CPU故障安全系统包含满足高级别安全要求的部分硬件。

2.2 软件

S7 F-CPU故障安全系统的软件包括以下内容：

STEP7对SIMATIC可编程控制器可以组态和编程

S7 F-CPU故障安全对分布式故障安全系统可以组态和编程。

3 故障安全系统的组态和编程

故障安全的硬件组态一部分是和普通模块相同的，安装普通模块组态就可以，安全程序编译下载是与普通程序不同，有自己专属的页面。

3.1 硬件组态

故障安全与普通PLC组态方法基本相似（如图一），根据现有的硬件，对F-CPU，电源模板，F-DI/DO进行逐一组态。

3.2 组态 F-CPU

F-CPU与普通CPU相比，还要两步配置：

1）对F-CPU密码配置，F-CPU的保护密码防止用户将没有经授权下载至F-CPU。

设置F参数，这些F参数都是安全程序编辑成功用到的保留区域，一般不用修改。要注意的是，当点击F Parameters页面后，弹出一个密码对话框，此时要输入一个保护程序密码，

3.3 组态 F-IO

模块安全地址：每一个模块都有唯一的安全地址。

钝化选择：当硬件安全模块出现故障时，选择一个模块停用还是故障通道停用。

钝化的含义：如果故障安全分布式I/O检测到故障，出错通道和所有通道进入安全模式，即 故障安全分布式I/O的通道被钝化。并将故障传递给F-CPU，通过CPU诊断区可以查询故障点。对于有安全模块输入，如发生钝化，就会为安全程序提供一个故障安全值，不是故障安全输入没有经过处理的数据。安全模块输入端短路或发生钝化，故障安全输出的位置将是零，并不是当时安全程序的实际值。

4）安全模块的通道评估类型：

1〇〇1：通过一个通道将安全信号连接到F模板。

1〇〇2：双通道的含义，双通道型号可以是相同的，也可以是对待的，接受进来两个信号，在程序里是一个输入点连接到F板。

差异时间：对于1〇〇2信号，设置相应时间，在差异时间内没有做出相应的反应，模块出现钝化，进行报错。

3.4 保存编译

完成硬件组态，保存编译，故障安全的保存编译与普通程序不同，有自己的页面，保存编辑，会生成一些黄色的FB和DB，并且带有黄色标签。S7系统生成安全有关的块是黄色图标，处于加密状态。生成这些安全快，都是给相应硬件模块提供状态数据，并且每个硬件对于一个FB和DB，设备每一次允许都保证这些模块工作正常，没有报错的状态，在安全CPU里，生成的DB将储存现场钝化的状态，以及去掉钝化提醒，和去钝化的反馈状态，系统生成的安全模块作用非常大。

结束语

工业控制技术趋向集成化发展，高标准的安全系统S7 F-CPU故障安全系统具有安全集成化，进行更换维修更加简单快捷，并且仅需要一个F-CUP进行控制，与其相应的组件通信非常简单。安全集成度高，并且保证可靠性，灵活性，也保证了高生产率。在设备安装过程中，集成化使接线更加方便快捷，组态和编程与普通程序相似，使新用户更好的接受。

参考文献

[1] 电工技术论坛Electrotechnical forum

[2] 工控技术，电工技术及低压配电系统Industrial control technology，electrician technology and low voltage distribution system

[3] 西门子S7分布式故障安全手册Siemens S7 distributed failure safety manual

作者简介：潘志刚，男，1985年出生，一汽大众机电技工。主要研究方向为工业控制。