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 用于數據， 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

　　隨著工業自動化的日趨成熟，現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自動化現場，急停按鈕，安全門鎖，安全系統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控，不僅讓現場操作人員有了更好的安全生產環境，也為企業高效生產，安全管理添磚加瓦。

　　作為安全家族的重要環節，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這三個理念的。

　　1.冗余

　　普通PLC內部CPU數量有一個或者多個，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、算數運算、通訊功能等分擔實現，也就是協作處理。

　　安全PLC內部CPU數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。固件每秒鐘會檢查兩個振蕩器的精度。

　　監視時鐘：一個硬件和一個固件的監視時鐘檢查PLC的活動和執行用戶邏輯的執行時間。這和常規的PLC系統是相同的。

　　序列檢查：序列檢查監視CPU操作系統不同部分的執行。

　　存儲器檢查：所有靜態存儲器區，包括Flash存儲器和RAM，使用循環冗余碼（CRC）進行檢測，并且雙碼執行。動態存儲器區由雙碼執行保護，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，同時進行解碼和執行。這種差異性提供了失效檢測的下列優點：

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

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

　　3.兩個獨立的存儲器區用于兩個處理器，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的自檢測體現在方方面面，包含CPU處理的自檢測，電源監視的自檢測，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，每個模塊都執行不同的任務

• 一個公共饋電模塊從電網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插入式單元組成

• SINUMERIK 840 D 數控系統的數字控制單元 (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 中取得數據，S7-300 按用戶的刷新速度傳送這些數據。S7-300 操作系統自動地處理數據的傳送。 
·診斷功能 
CPU 的智能化的診斷系統連續監控系統的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統事件 (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功能，這使得組態非常容易、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、和工業以太網總線系統 
·串行通訊處理器用來連接點到點的通訊系統 
·多點接口 (MPI) 集成在 CPU 中，用于同時連接編程器、PC 機、人機界面系統及其他SIMATIC S7/M7/C7 等自動化控制系統。 
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) 
·數據通訊 
在自動控制系統之間或人機界面 (HMI) 和幾個自動控制系統之間，數據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 線系統進行預接線。或者直接在信號模塊上進行接線。 
·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，系統自行組態。

SIMODRIVE 611 變頻器系統：

• 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

• 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

• 可通過模擬量或數字量設定點接口和多種閉環插入式單元來實現

• 是帶有常見電網供電模塊的系統

• 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。額定值符合電機規格的電源模塊與 600 V 直流電路相連。閉環插入式單元隨后使變頻器模塊形成一個采用數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 提供了閉環插入式單元，這種單元采用磁場定向閉環控制，適用于高達 60,000 轉/分鐘的轉速

（2）切割機主要傳動系統

● 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：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