安全集成功能数据链路浅析

2020-11-11 22:37盛勇
市场周刊·市场版 2020年5期

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。