西門(mén)子CPU模塊6ES7516-3FN02-0AB0

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

　　隨著工業(yè)自動(dòng)化的日趨成熟，現(xiàn)代化工廠已經(jīng)摒棄了當(dāng)初的設(shè)備簡(jiǎn)陋，功能單一，安全缺失。因此在我們所從事的工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)，急停按鈕，安全門(mén)鎖，安全系統(tǒng)越來(lái)越多的被應(yīng)用到我們自動(dòng)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(xiǎn)的設(shè)備增添了安全的保證。使得我們的工作過(guò)程有了安全的監(jiān)控，不僅讓現(xiàn)場(chǎng)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(lái)越多的被人們所認(rèn)知，但是在使用的過(guò)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(jìn)行分享。

　安全設(shè)計(jì)的理念我們一定要記住三個(gè)詞：1.冗余；2.相異；3.自檢測(cè)。而只有實(shí)現(xiàn)了以上三個(gè)安全理念設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，我們才能認(rèn)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(jì)。那接下來(lái)我們就看看安全PLC是如何通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)這三個(gè)理念的。

　　1.冗余

　　普通PLC內(nèi)部CPU數(shù)量有一個(gè)或者多個(gè)，但程序通常是進(jìn)行一個(gè)處理，多個(gè)CPU的功能是把程序中的邏輯運(yùn)算、算數(shù)運(yùn)算、通訊功能等分擔(dān)實(shí)現(xiàn)，也就是協(xié)作處理。

　　安全PLC內(nèi)部CPU數(shù)量至少兩個(gè)或者多個(gè)，兩個(gè)CPU的功能是：分別對(duì)同一個(gè)程序各執(zhí)行一次，然后把記過(guò)放在一起比較，如果結(jié)果一直，就會(huì)進(jìn)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(jī)）

　　因此只有具備冗余設(shè)計(jì)的CPU才能稱之為安全PLC。除此之外，安全PLC中的CPU的檢測(cè)具有時(shí)鐘檢測(cè)，監(jiān)視時(shí)鐘，序列檢查，存儲(chǔ)器檢查。

　　時(shí)鐘測(cè)量:在處理器電路中，有兩個(gè)不同的振蕩器交叉檢查它們的行為，每個(gè)處理器使用一個(gè)時(shí)鐘檢查另外一個(gè)是否運(yùn)行。如果在一個(gè)確定的周期里，檢測(cè)到對(duì)方?jīng)]有運(yùn)行，CPU就會(huì)進(jìn)入安全狀態(tài)。固件每秒鐘會(huì)檢查兩個(gè)振蕩器的精度。

　　監(jiān)視時(shí)鐘：一個(gè)硬件和一個(gè)固件的監(jiān)視時(shí)鐘檢查PLC的活動(dòng)和執(zhí)行用戶邏輯的執(zhí)行時(shí)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(chǔ)器檢查：所有靜態(tài)存儲(chǔ)器區(qū)，包括Flash存儲(chǔ)器和RAM，使用循環(huán)冗余碼（CRC）進(jìn)行檢測(cè)，并且雙碼執(zhí)行。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器區(qū)由雙碼執(zhí)行保護(hù)，周期性進(jìn)行檢測(cè)。在冷啟動(dòng)時(shí)，這些檢測(cè)重新進(jìn)行初始化。

　　從上面的分析可以看出，安全PLC的診斷和檢測(cè)比常規(guī)的PLC的檢測(cè)要多很多，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)，硬件和軟件的設(shè)計(jì)更復(fù)雜。當(dāng)然，檢測(cè)和診斷的范圍也更廣范，更細(xì)致。

　　2.相異

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

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

　　2.兩個(gè)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(shí)，檢測(cè)出系統(tǒng)失效和PLC的隨機(jī)失效。

　　3.兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器區(qū)用于兩個(gè)處理器，因此，CPU能夠檢測(cè)出RAM的隨機(jī)失效，而這在每個(gè)掃描周期的全部RAM檢查時(shí)測(cè)不出來(lái)。

　　3.自檢測(cè)

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

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

西門(mén)子CPU模塊6ES7516-3FN02-0AB0

• 在驅(qū)動(dòng)單元中，每個(gè)模塊都執(zhí)行不同的任務(wù)

• 一個(gè)公共饋電模塊從電網(wǎng)電源提供直流電路電壓

• 一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)激活每臺(tái)電機(jī)

• 每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊都由一個(gè)電源模塊和一個(gè)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(gè) 50 mm 寬的模塊集成到驅(qū)動(dòng)單元中并在此獲得電源

人機(jī)界面 (HMI) 
方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在 S7-300 操作系統(tǒng)內(nèi)。因此人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)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(dòng)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(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件 (例如 ：超時(shí)，模塊更換，等等)。 
·口令保護(hù) 
多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。 
·操作方式選擇開(kāi)關(guān) 
操作方式選擇開(kāi)關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式。這樣就防止非法刪除或改寫(xiě)用戶程序。

通訊

這是一個(gè)經(jīng)濟(jì)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(jiǎn)單。

SIMATIC S7-300 具有多種不同的通訊接口：

·多種通訊處理器用來(lái)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(lái)連接點(diǎn)到點(diǎn)的通訊系統(tǒng) 
·多點(diǎn)接口 (MPI) 集成在 CPU 中，用于同時(shí)連接編程器、PC 機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7 等自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 
CPU支持下列通訊類型： 
·過(guò)程通訊 
通過(guò)總線 (AS-I 或 PROFIBUS ) 對(duì) I/O 模塊周期尋址 (過(guò)程映象交換) 
·數(shù)據(jù)通訊 
在自動(dòng)控制系統(tǒng)之間或人機(jī)界面 (HMI) 和幾個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)之間，數(shù)據(jù)通訊會(huì)周期地進(jìn)行或被用戶程序或功能塊調(diào)用。

結(jié)構(gòu)

·DIN 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝 
只需簡(jiǎn)單地將模塊鉤在 DIN 標(biāo)準(zhǔn)的安裝導(dǎo)軌上，轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)總線連接器相連，總線連接器插在機(jī)殼的背后。 
·更換模塊簡(jiǎn)單并且不會(huì)弄錯(cuò) 
更換模塊時(shí)，只需松開(kāi)安裝螺釘。很簡(jiǎn)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(duì)于信號(hào)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(gè)帶螺釘或夾緊連接的 1 至 3 線系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)接線。或者直接在信號(hào)模塊上進(jìn)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(hù)，因此所有的模塊都有相同的安裝深度。 
·沒(méi)有槽位的限制 
信號(hào)模塊和通訊處理模塊可以不受限制地插到任何一個(gè)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(gè)用于多個(gè)軸及驅(qū)動(dòng)器組合解決方案的緊湊式系統(tǒng)

• 可通過(guò)各種模塊靈活適應(yīng)特定應(yīng)用

• 可通過(guò)其高性能模塊適應(yīng)每種電機(jī)

• 可通過(guò)模擬量或數(shù)字量設(shè)定點(diǎn)接口和多種閉環(huán)插入式單元來(lái)實(shí)現(xiàn)

• 是帶有常見(jiàn)電網(wǎng)供電模塊的系統(tǒng)

• 可在需要是進(jìn)行擴(kuò)展

SIMODRIVE 611 包括多個(gè)*的功能模塊。電源連接是通過(guò)一排具有一定額定功率的饋電模塊進(jìn)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(jī)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(gè)采用數(shù)字或模擬技術(shù)的主軸模塊或饋電模塊。

可對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)給軸、主軸驅(qū)動(dòng)器和異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的類型進(jìn)行組合以形成各個(gè)軸單元。

我們提供了全面的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)矩范圍從 0.7 Nm 直至超過(guò) 145 Nm。對(duì)于主軸驅(qū)動(dòng)器，SIMODRIVE 611 提供了 3.7 kW 至 100 kW 的連續(xù)額定功率。對(duì)于不帶編碼器的簡(jiǎn)單主軸驅(qū)動(dòng)器（例如，木材加工機(jī)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(chǎng)定向閉環(huán)控制，適用于高達(dá) 60,000 轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速

（2）切割機(jī)主要傳動(dòng)系統(tǒng)

● 切割機(jī)的行走：一臺(tái)SIEMENS MICROMASTER 440型變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)0.75kW電機(jī)，電機(jī)帶熱開(kāi)關(guān)保護(hù)，每臺(tái)電機(jī)帶有一個(gè)電磁抱閘線圈，行程控制是由一個(gè)增量型編碼器和行程限位開(kāi)關(guān)組成。
● 切槍的行走驅(qū)動(dòng)：每個(gè)切槍的行走是由一臺(tái)SIEMENS MICROMASTER 440型變頻器拖動(dòng)1臺(tái)0.3kW電機(jī)進(jìn)行的，切槍行走的位置分別由兩個(gè)增量型編碼器和接近開(kāi)關(guān)控制。
● 切割機(jī)的升降系統(tǒng)：切割車的升降是由一臺(tái)變極調(diào)速電機(jī)（285/1375rpm 0.28/2.3kW）采用接觸器正反轉(zhuǎn)雙繞組六抽頭進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，行程控制是由限位開(kāi)關(guān)組成的