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(jīng)摒棄了當初的設(shè)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(yīng)用到我們自動化生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)流水線上，它們的使用，使得原本危險的設(shè)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(chǎn)環(huán)境，也為企業(yè)高效生產(chǎn)，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(jīng)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(shè)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(shè)計的產(chǎn)品，我們才能認為它是安全產(chǎn)品，而普通的PLC產(chǎn)品是不具備安全的設(shè)計。那接下來我們就看看安全PLC是如何通過設(shè)計實現(xiàn)這三個理念的。

　　1.冗余

　　普通PLC內(nèi)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(nèi)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(jié)果一直，就會進行輸出，如果不一致，則選擇安全的結(jié)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(shè)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?jīng)]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(shè)計更復(fù)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(shè)計是如何體現(xiàn)了自檢測這一安全理念設(shè)計

西門子CPU模塊6ES7516-3FN02-0AB0

• 在驅(qū)動單元中，每個模塊都執(zhí)行不同的任務(wù)

• 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(qū)動模塊負責激活每臺電機

• 每個驅(qū)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(qū)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(wù)已經(jīng)集成在 S7-300 操作系統(tǒng)內(nèi)。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(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。 
·操作方式選擇開關(guān) 
操作方式選擇開關(guān)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(jīng)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(diào)用。

結(jié)構(gòu)

·DIN 標準導(dǎo)軌安裝 
只需簡單地將模塊鉤在 DIN 標準的安裝導(dǎo)軌上，轉(zhuǎn)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(jīng)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(yù)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(nèi)，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(qū)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(yīng)特定應(yīng)用

• 可通過其高性能模塊適應(yīng)每種電機

• 可通過模擬量或數(shù)字量設(shè)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(shù)的主軸模塊或饋電模塊。

可對驅(qū)動器進給軸、主軸驅(qū)動器和異步電機驅(qū)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(qū)動器，轉(zhuǎn)矩范圍從 0.7 Nm 直至超過 145 Nm。對于主軸驅(qū)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(qū)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(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)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(guān)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(guān)組成。
● 切槍的行走驅(qū)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(guān)控制。
● 切割機的升降系統(tǒng)：切割車的升降是由一臺變極調(diào)速電機（285/1375rpm 0.28/2.3kW）采用接觸器正反轉(zhuǎn)雙繞組六抽頭進行驅(qū)動的，行程控制是由限位開關(guān)組成的