安全集成功能数据链路浅析

摘 要：文章通过对于西门子安全集成功能数据和信号传递过程的研究，摸清安全集成功能的脉络，进一步了解安全集成的原理，为日常的维护和分析提供理论依据。

关键词：安全集成;数据链路;PLC

一、 基本概念

在介绍数据链路前，需要了解以下几个概念。

SPL：安全程序逻辑。

NCK-SPL：NC端的安全程序逻辑。

PLC-SPL：PLC端的安全程序逻辑，由NCK-SPL“映射”而来。

SGE/SGA：安全相关输入/输出信号，用来控制轴的运动/采集轴的状态。

INSE/OUTSE：NC端逻辑外部输入输出信号。

INSI/OUTSI：NC端逻辑内部输入输出信号。

INSEP/OUTSEP：PLC端逻辑外部输入输出信号（字母P即代表PLC）。

INSIP/OUTSIP：PLC端逻辑内部输入输出信号（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端数据链路

（一）外围I/O与NCK之间的链接——硬件与软件的链接

桥梁：MD10385...89

MD 10385：$MN_PROFISAFE_MASTER_ADDRESS

确定安全模块源地址，默认2002，16进制为7D2

MD 10386：$MN_PROFISAFE_IN_ADDRESS

安全输入模块地址，和拨码开关一致

MD 10387：$MN_PROFISAFE_OUT_ADDRESS

安全输出模块地址，和拨码开关一致

MD 10388：$MN_PROFISAFE_IN_ASSIGN

输入量分配

MD 10389：$MN_PROFISAFE_OUT_ASSIGN

输出量分配

通过上述几个参数，将外部的I/O信号通过虚拟的连线和NCK联系了起来，定义了NC端逻辑程序的外部输入输出信号（INSE和OUTSE），部分早期设备由于没有采用PROFISAFE模块，地址采用MD10390和MD10392来确定。

（二）NC与驱动控制（SGE/SGA）之间的链接——控制/反馈的形成

桥梁：MD36970...79、MD36980...90

其中

MD36970...79为安全输入信号（SGE），用来控制轴的运动。

MD36980...90为安全输出信号（SGA），用来读取轴的状态。

通过这一系列的参数，确定了NC端逻辑程序，也就是NCK-SPL（Safe.SPF）运算的结果（INSI和OUTSI）所对应的具体的控制功能（SGE）和采集目标（SGA）。

这样，NC端的链路便完成了，当然，相应传递过程还有很多控制参数（时钟周期，启动方式等等），以及具体安全功能的属性参数（例如速度限制值，安全限位值等等），限于篇幅，文章暂时不展开讨论。

三、 PLC端数据链路

（一）外围I/O与PLC程序之间的链接

桥梁：DB18.DBB38-45/46-53（分别确定INSEP/OUTSEP在PLC程序中的地址）。

共16个字节，用来定义和存储PLC端安全集成相关的外部输入输出变量（INSEP和OUTSEP），这些变量会被PLC-SPL（PLC程序中的安全逻辑程序）调用和运算。

（二）PLC程序与驱动控制（SGE/SGA）之间的链接

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

在上一节介绍的外部输入输出信号（INSEP和OUTSEP）经过PLC-SPL运算后，其运算结果会通过上述地址产生相应的内部输入输出信号（INSIP和OUTSIP），这只是实现对轴控制的第一步，要实现每根轴具体的控制功能，上述的信号会被“传递”到每根轴中。

参数定义好后，再通过各轴的PLC控制程序，完成安全功能的各种逻辑，PLC端的SGE和SGA信号位置为DB[Axis].DBW22/32、DB[Axis].DBW108/110。

这样，PLC也实现了外部的I/O信号到具体各轴的安全功能的传递。

四、 数据链路示意图

NCK-SPL在PCU中，文件名为“safe.SPF”，PLC-SPL由“safe.SPF”映射而来，在PLC中存储并运行，两个逻辑程序犹如双胞胎一样，同步运行，并时刻进行着校验比对。

MD10386...89是NCK-SPL与外部硬件联系的桥梁，这条联系是虚拟的联系。

NCK-SPL运算完成后，需要通过MD36970...90参数链接，对NCK中的SGE和SGA信号进行赋值和控制，从而完成对轴的控制。

DB18这个数据块为西门子专门留出的供安全集成使用的存储区，它承担了安全逻辑内外部输入输出的连接作用，对外联系了PLC硬件，对内联系了驱动的SGE/SGA信号。

每台设备、每个系统版本具体的数据链路会有差异，上图只是最基本的脉络和原理。

抱闸测试和停车测试比较特殊，它们虽然是安全集成功能，但具体的逻辑却完全由PLC完成，NC并不参与运算，但仍然遵循安全集成的双通道校验原则，不过只是由PLC将运算的结果“告知”NC，通过PLCSIN这个信号，文章暂不讨论，以后会继续和大家分享。

部分机床开发厂家会利用用户数据（eg：14512参数）作为打开和关闭安全集成功能的“开关”。

作者简介：

盛勇，南京高精齿轮集团有限公司。