西門子CPU模塊6ES7516-3FN02-0AB0

 中央處理器,，帶 主存儲器 3MByte 用于 程序和 8MByte 用于數(shù)據(jù),， 第 1 個接口：PROFINET IRT 帶雙端口交換機， 第 2 接口：PROFINET RT,， 第 3 接口：PROFIBUS,， 2 NS Bit-Performance,， 需要 SIMATIC 存儲卡

　　隨著工業(yè)自動化的日趨成熟，現(xiàn)代化工廠已經摒棄了當初的設備簡陋,，功能單一,，安全缺失。因此在我們所從事的工業(yè)自動化現(xiàn)場,，急停按鈕,，安全門鎖，安全系統(tǒng)越來越多的被應用到我們自動化生產設備和生產流水線上,，它們的使用,，使得原本危險的設備增添了安全的保證。使得我們的工作過程有了安全的監(jiān)控,，不僅讓現(xiàn)場操作人員有了更好的安全生產環(huán)境,，也為企業(yè)高效生產，安全管理添磚加瓦,。

　　作為安全家族的重要環(huán)節(jié),，安全PLC已經越來越多的被人們所認知，但是在使用的過程中,，仍然有很多使用者困惑,，為什么一套和以往使用類似的PLC被冠以安全PLC，安全PLC和普通PLC到底有哪幾方面的區(qū)別,，在此和大家進行分享,。

　安全設計的理念我們一定要記住三個詞：1.冗余；2.相異,；3.自檢測,。而只有實現(xiàn)了以上三個安全理念設計的產品，我們才能認為它是安全產品,，而普通的PLC產品是不具備安全的設計,。那接下來我們就看看安全PLC是如何通過設計實現(xiàn)這三個理念的。

　　1.冗余

　　普通PLC內部CPU數(shù)量有一個或者多個,，但程序通常是進行一個處理,，多個CPU的功能是把程序中的邏輯運算、算數(shù)運算,、通訊功能等分擔實現(xiàn),，也就是協(xié)作處理。

　　安全PLC內部CPU數(shù)量至少兩個或者多個,，兩個CPU的功能是：分別對同一個程序各執(zhí)行一次,，然后把記過放在一起比較，如果結果一直,，就會進行輸出,，如果不一致,，則選擇安全的結果輸出（通常意義上的不輸出或者停機）

　　因此只有具備冗余設計的CPU才能稱之為安全PLC。除此之外,，安全PLC中的CPU的檢測具有時鐘檢測,，監(jiān)視時鐘，序列檢查,，存儲器檢查,。

　　時鐘測量:在處理器電路中，有兩個不同的振蕩器交叉檢查它們的行為,，每個處理器使用一個時鐘檢查另外一個是否運行。如果在一個確定的周期里,，檢測到對方沒有運行,，CPU就會進入安全狀態(tài)。固件每秒鐘會檢查兩個振蕩器的精度,。

　　監(jiān)視時鐘：一個硬件和一個固件的監(jiān)視時鐘檢查PLC的活動和執(zhí)行用戶邏輯的執(zhí)行時間,。這和常規(guī)的PLC系統(tǒng)是相同的。

　　序列檢查：序列檢查監(jiān)視CPU操作系統(tǒng)不同部分的執(zhí)行,。

　　存儲器檢查：所有靜態(tài)存儲器區(qū),，包括Flash存儲器和RAM，使用循環(huán)冗余碼（CRC）進行檢測,，并且雙碼執(zhí)行,。動態(tài)存儲器區(qū)由雙碼執(zhí)行保護，周期性進行檢測,。在冷啟動時,，這些檢測重新進行初始化。

　　從上面的分析可以看出,，安全PLC的診斷和檢測比常規(guī)的PLC的檢測要多很多,，所以相對來說，硬件和軟件的設計更復雜,。當然,，檢測和診斷的范圍也更廣范，更細致,。

　　2.相異

　　安全PLC通常都有兩個處理器,，通常處理器是由兩個不同廠家進行的提供，比如一個摩托羅拉,，一個因特爾,，同時進行解碼和執(zhí)行。這種差異性提供了失效檢測的下列優(yōu)點：

　　1.兩個可執(zhí)行碼獨自生成,，編譯的差異性使得在代碼生成時,，容易檢測系統(tǒng)失效,。

　　2.兩個生成碼由不同的處理器執(zhí)行，因此,，CPU能夠在代碼執(zhí)行時,，檢測出系統(tǒng)失效和PLC的隨機失效。

　　3.兩個獨立的存儲器區(qū)用于兩個處理器,，因此,，CPU能夠檢測出RAM的隨機失效，而這在每個掃描周期的全部RAM檢查時測不出來,。

　　3.自檢測

　　安全PLC的自檢測體現(xiàn)在方方面面,，包含CPU處理的自檢測，電源監(jiān)視的自檢測,，安全輸入輸出點的電路板狀況自檢測,。

　　在此我們介紹一下安全輸入輸出的設計是如何體現(xiàn)了自檢測這一安全理念設計

西門子CPU模塊6ES7516-3FN02-0AB0

• 在驅動單元中,，每個模塊都執(zhí)行不同的任務

• 一個公共饋電模塊從電網(wǎng)電源提供直流電路電壓

• 一個驅動模塊負責激活每臺電機

• 每個驅動模塊都由一個電源模塊和一個閉環(huán)插入式單元組成

• SINUMERIK 840 D 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字控制單元 (NCU) 作為一個 50 mm 寬的模塊集成到驅動單元中并在此獲得電源

人機界面 (HMI) 
方便的人機界面服務已經集成在 S7-300 操作系統(tǒng)內,。因此人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面 (hmi) 從 S7-300 中取得數(shù)據(jù),，S7-300 按用戶的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300 操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送,。 
·診斷功能 
CPU 的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件 (例如 ：超時,，模塊更換,，等等),。 
·口令保護 
多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密,，防止未經允許的復制和修改,。 
·操作方式選擇開關 
操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時,，就不能改變操作方式。這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序,。

通訊

這是一個經濟而有效的解決方案,；方便用戶的STEP7的用戶界面提供了通訊組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易,、簡單,。

SIMATIC S7-300 具有多種不同的通訊接口：

·多種通訊處理器用來連接 AS-I 接口,、和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng) 
·串行通訊處理器用來連接點到點的通訊系統(tǒng) 
·多點接口 (MPI) 集成在 CPU 中，用于同時連接編程器,、PC 機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7 等自動化控制系統(tǒng),。 
CPU支持下列通訊類型： 
·過程通訊 
通過總線 (AS-I 或 PROFIBUS ) 對 I/O 模塊周期尋址 (過程映象交換) 
·數(shù)據(jù)通訊 
在自動控制系統(tǒng)之間或人機界面 (HMI) 和幾個自動控制系統(tǒng)之間,，數(shù)據(jù)通訊會周期地進行或被用戶程序或功能塊調用,。

結構

·DIN 標準導軌安裝 
只需簡單地將模塊鉤在 DIN 標準的安裝導軌上,，轉動到位,，然后用螺栓鎖緊,。 
·集成的背板總線 
背板總線集成在模塊上，模塊通過總線連接器相連,，總線連接器插在機殼的背后,。 
·更換模塊簡單并且不會弄錯 
更換模塊時，只需松開安裝螺釘,。很簡單地拔下已經接線的前連接器。在連接器上的編碼防止將已接線的連接器插到其他的模塊上,。 
·可靠的接線端子 
對于信號模塊可以使用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子 
·TOP 連接 
采用一個帶螺釘或夾緊連接的 1 至 3 線系統(tǒng)進行預接線,?；蛘咧苯釉谛盘柲K上進行接線。 
·確定的安裝深度 
所有的端子和連接器都在模塊上的凹槽內,，并有端蓋保護,，因此所有的模塊都有相同的安裝深度,。 
·沒有槽位的限制 
信號模塊和通訊處理模塊可以不受限制地插到任何一個槽上,，系統(tǒng)自行組態(tài)。

SIMODRIVE 611 變頻器系統(tǒng)：

• 是一種模塊化的晶體管脈沖控制變頻器

• 是一個用于多個軸及驅動器組合解決方案的緊湊式系統(tǒng)

• 可通過各種模塊靈活適應特定應用

• 可通過其高性能模塊適應每種電機

• 可通過模擬量或數(shù)字量設定點接口和多種閉環(huán)插入式單元來實現(xiàn)

• 是帶有常見電網(wǎng)供電模塊的系統(tǒng)

• 可在需要是進行擴展

SIMODRIVE 611 包括多個*的功能模塊,。電源連接是通過一排具有一定額定功率的饋電模塊進行的,，該電源連接可提供 600 V 直流電路電源以及電子電源。額定值符合電機規(guī)格的電源模塊與 600 V 直流電路相連,。閉環(huán)插入式單元隨后使變頻器模塊形成一個采用數(shù)字或模擬技術的主軸模塊或饋電模塊,。

可對驅動器進給軸、主軸驅動器和異步電機驅動器的類型進行組合以形成各個軸單元,。

我們提供了全面的進給驅動器，轉矩范圍從 0.7 Nm 直至超過 145 Nm,。對于主軸驅動器,，SIMODRIVE 611 提供了 3.7 kW 至 100 kW 的連續(xù)額定功率。對于不帶編碼器的簡單主軸驅動器（例如,，木材加工機和高速磨床），SIMODRIVE 611 提供了閉環(huán)插入式單元,，這種單元采用磁場定向閉環(huán)控制,，適用于高達 60,000 轉/分鐘的轉速

（2）切割機主要傳動系統(tǒng)

● 切割機的行走：一臺SIEMENS MICROMASTER 440型變頻器拖動兩臺0.75kW電機,，電機帶熱開關保護，每臺電機帶有一個電磁抱閘線圈,，行程控制是由一個增量型編碼器和行程限位開關組成,。
● 切槍的行走驅動：每個切槍的行走是由一臺SIEMENS MICROMASTER 440型變頻器拖動1臺0.3kW電機進行的,，切槍行走的位置分別由兩個增量型編碼器和接近開關控制。
● 切割機的升降系統(tǒng)：切割車的升降是由一臺變極調速電機（285/1375rpm 0.28/2.3kW）采用接觸器正反轉雙繞組六抽頭進行驅動的,，行程控制是由限位開關組成的