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潯之漫智控技術(shù)有限公司  上海詩慕自動化設(shè)備有限公司
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長期以來，故障安全通信技術(shù)方面的任務(wù)只能在第二層采用常規(guī)手段或者通過總線分散地加以解決。這使得應(yīng)用于制造業(yè)和過程工業(yè)自動化的分布式現(xiàn)場總線PROFIBUS的生存空間受到限制。1998年德國PROFIBUS用戶組織(PNO)以故障安全技術(shù)的應(yīng)用為目標(biāo)，專門設(shè)立了一個工作組，著手制訂一種整體的、開放的解決方案。其通信基礎(chǔ)是PROFIBUS-DP，所依據(jù)的主要標(biāo)準(zhǔn)則是IEC61508和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN954以及EN5O159-1/-2等。 
1999年，PNO在德國漢諾威博覽會上公布了在標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS上實現(xiàn)主、從站之間故障安全通信的技術(shù)規(guī)范，其注冊商標(biāo)名為PROFlsafe(V. 1.0)。它通過了德國BIA-聯(lián)邦勞動安全研究所和T V-技術(shù)監(jiān)督聯(lián)合會的認(rèn)證。之后，該規(guī)范的使用范圍擴(kuò)大，成為連接任何安全控制器所*的先決條件。隨著從站與從站之間故障安全通信(F-Slave to F-slave，PROFIBUS DPV2)和以太網(wǎng)通信(PROFInet)的出臺，PROFIsafe的工作進(jìn)入了第二階段，即“V.1.20，2002”。以西門子為首的德國25家企業(yè)參與了PROFIsafe應(yīng)用行規(guī)的制訂和產(chǎn)品開發(fā)。 
PROFIsafe的問世曾在現(xiàn)場總線技術(shù)領(lǐng)域中引起了轟動。迄今為止，PROFIBUS因其擁有PROFIsafe故障安全技術(shù)解決方案始終是能夠滿足制造業(yè)(采用RS485和光纖傳輸技術(shù))和過程工業(yè)自動化(采用“MBP-IS”，即曼徹斯特編碼一總線供電和本質(zhì)安全傳輸技術(shù)，原名IEC61158-2)故障安全通信要求的現(xiàn)場總線。 
 

二、PROFIsafe的主要特征 
PROFIsafe的主要特征歸納如下： 
安全通信和標(biāo)準(zhǔn)通信在同一根電纜上共存； 
PROFIsafe-故障安全性建立在單信道通信系統(tǒng)之上，安全通信不通過冗余電纜來達(dá)到目的； 
標(biāo)準(zhǔn)通信部件，如電纜、芯片(ASICS)、DP-棧軟件等等，無任何變化； 
故障安全措施封閉在終端模塊中(F-Master,F-Slave)； 
采用SIL監(jiān)視器獲得*的安全性； 
故障安全完整性等級為SIL3(IEC61508)，相應(yīng)的德國標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)分別為AK6(DIN V19250)、Kat.4(EN954-1)。SIL3：＞10-8…10-7，即在連續(xù)工況下每小時故障率； 
PROFIsafe的軟件解決方案可以靈活地應(yīng)用于SIL1，2或3的設(shè)備及安全控制回路； 
既可用于低能耗(Ex-i)的過程自動化，又可用于反應(yīng)迅速的制造業(yè)自動化； 
環(huán)境條件同標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS(抗電磁干擾等)。 
三、通信原理：“Black Channel”和F-(Failsafe)層結(jié)構(gòu) 
PROFIsafe使標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線技術(shù)和故障安全技術(shù)合為一個系統(tǒng)，即故障安全通信和標(biāo)準(zhǔn)通信在同一根電纜上共存。這不僅在布線上和品種多樣性方面可以節(jié)約一大筆資金，而且可以日后改建。用戶自然可以根據(jù)組織方面的理由將安全功能和標(biāo)準(zhǔn)功能分配到兩根PROFIBUS干線上(圖2)。由圖1可見，經(jīng)F-Gateway(F-網(wǎng)關(guān))可連接其他安全總線系統(tǒng)。 

過程工業(yè)自動化要求采用冗余來提高設(shè)備的使用率。PROFIsafe則采用單信道通信結(jié)構(gòu)的方法使上述要求的實現(xiàn)非常容易(圖5)。單信道故障安全可編程控制器可以達(dá)到SIL3。這種通信結(jié)構(gòu)原則上也可以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)自動化任務(wù)，如診斷、參數(shù)設(shè)置服務(wù)器等。 
PROFIsafe以標(biāo)準(zhǔn)總線通信部件一電纜、芯片、基本軟件包(層棧)、PROFIBUS-DP-主站和PROFIBUS-DP-從站等為基礎(chǔ)，這些均被劃入“Black Channel-黑色通道”。它一方面表示在“Black Channel”中可能出現(xiàn)的所有故障均由PROFIsafe查出；另一方面“Black Channel”中沒有提高傳輸安全性的各項功能，所以它不涉及安全技術(shù)的范疇。 
PROFIsafe解決方案的ISO/OSI簡化模型4。 
*，PROFIBUS在ISO/OSI-模型中僅使用了第1、2和7層。故障安全措施則置于第7層一應(yīng)用層之上的安全層(Safety-Layer)。由于該層僅對有效數(shù)據(jù)的安全傳送負(fù)責(zé)，它需要上層負(fù)責(zé)準(zhǔn)備與提供有效數(shù)據(jù)，而在一個安全現(xiàn)場設(shè)備(例如，安全輸入)中是由它的技術(shù)固件來施行的。這類固件通常至少有一部分是按照故障安全技術(shù)要求設(shè)計的。在冗余的硬、軟件結(jié)構(gòu)中嵌入PROFIsafe功能也可以達(dá)到上述目的。同標(biāo)準(zhǔn)操作一樣，過程信號及過程數(shù)據(jù)出現(xiàn)在相應(yīng)的有效報文中。在安全操作時，僅對這些報文加以補充(圖10、11)。 
 

PC與S7-200系列PLC通信的連接 西門子PLC
S7-200系列PLC有通信方式有三種：一種是點對點（PPI）方式，用于與該公司PLC編程器或其它人機(jī)接口產(chǎn)品的通信，其通信協(xié)議是不公開的。另一種為DP方式，這種方式使得PLC可以通過Profibus-DP通信接口接入Profibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，從而擴(kuò)大PLC的使用范圍。后一種方式是自由口通信（Freeport）方式，由用戶定義通信協(xié)議，實現(xiàn)PLC與外設(shè)的通信。以下采用自由口通信方式，實現(xiàn)PC與S7-200系列PLC通信。
PC與S7-200系列PLC通信連接
PC為RS232C接口，S7-200系列自由口為RS485。因此PC的RS232接口必須先通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換器，再與PLC通信端口相連接，連接媒質(zhì)可以是雙絞線或電纜線。西門子公司提供的PC/PPI電纜帶有RS232/RS485轉(zhuǎn)換器，可直接采用PC/PPI電纜，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和PC的連接，如圖7-17所示。也可實現(xiàn)多點連接。
西門子S7-200 SMART模塊
西門子PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的幾個步驟
（一）決定系統(tǒng)所需的動作及次序。
當(dāng)使用可編程控制器時，重要的一環(huán)是決定系統(tǒng)所需的輸入及輸出。輸入及輸出要求：
(1步是設(shè)定系統(tǒng)輸入及輸出數(shù)目。
(2) 第二步是決定控制先后、各器件相應(yīng)關(guān)系以及作出何種反應(yīng)。
（二）對輸入及輸出器件編號
每一輸入和輸出，包括定時器、計數(shù)器、內(nèi)置寄存器等都有編號，不能混用。
（三）畫出梯形圖。
根據(jù)控制系統(tǒng)的動作要求，畫出梯形圖。
（四）將梯形圖轉(zhuǎn)化為程序
把繼電器梯形圖轉(zhuǎn)變?yōu)榭删幊炭刂破鞯木幋a，當(dāng)完成梯形圖以后，下一步是把它的編碼編譯成可編程控制器能識別的程序。
這種程序語言是由序號（即地址）、指令（控制語句）、器件號（即數(shù)據(jù)）組成。地址是控制語句及數(shù)據(jù)所存儲或擺放的位置，指令告訴可編程控制器怎樣利用器件作出相應(yīng)的動作。
（五）在編程方式下用鍵盤輸入程序。
（六）編程及設(shè)計控制程序。
（七）測試控制程序的錯誤并修改。
（八）保存完整的控制程序。
西門子S7-200SMART EM AQ02
產(chǎn)品亮點編輯
機(jī)型豐富，更多選擇
提供不同類型、I/O 點數(shù)豐富的CPU 模塊，單體點，可滿足大部分小型自動化設(shè)備的控制需求。另外，CPU 模塊配備標(biāo)準(zhǔn)型和經(jīng)濟(jì)型供用戶選擇，對于不同的應(yīng)用需求，產(chǎn)品配置更加靈活，限度的控制成本。
選件擴(kuò)展， 定制
新穎的信號板設(shè)計可擴(kuò)展通信端口、數(shù)字量通道、模擬量通道。在不額外占用電控柜空間的前提下，信號板擴(kuò)展能更加貼合用戶的實際配置，提升產(chǎn)品的利用率，同時降低用戶的擴(kuò)展成本。
高速芯片，性能
強有力的“芯”，能讓您在應(yīng)對繁瑣的程序邏輯，復(fù)雜的工藝要求時表現(xiàn)的從容不迫。
以太互聯(lián)，經(jīng)濟(jì)便捷
CPU 模塊本體標(biāo)配以太網(wǎng)接口，集成了強大的以太網(wǎng)通信功能。一根普通的網(wǎng)線即可將程序下載到PLC 中，方便快捷，省去了編程電纜。通過以太網(wǎng)接口還可與其它CPU 模塊、觸摸屏、計算機(jī)進(jìn)行通信，輕松組網(wǎng)。
三軸脈沖，運動自如
CPU 模塊本體多集成3 路高速脈沖輸出，頻率高達(dá)100 kHz，支持PWM/PTO輸出方式以及多種運動模式，可自由設(shè)置運動包絡(luò)。配以方便易用的向?qū)гO(shè)置功能，快速實現(xiàn)設(shè)備調(diào)速、定位等功能。
通用SD 卡，方便下載
本機(jī)集成Micro SD 卡插槽，使用市面上通用的Micro SD 卡即可實現(xiàn)程序的更新和PLC 固件升級，地方便了客戶工程師對終用戶的服務(wù)支持，也省去了因PLC 固件升級返廠服務(wù)的不便。