西門子博途的安全編程設(shè)置實例分析
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通過激光掃描器監(jiān)視可進出的生產(chǎn)區(qū)域。維修區(qū)則由安全門保護。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202311/453154.htm
① 緊急停車
② 激光掃描器
③ 安全門
④ 帶有啟動和確認按鈕的控制面板
進入生產(chǎn)區(qū)或打開安全門將使生產(chǎn)單元停車或關(guān)閉，類似于緊急停車。
只有在緊急停車互鎖解除、安全門關(guān)閉以及激光掃描器未檢測到有人在保護區(qū)時，才可啟動系統(tǒng)。緊急停車已激活、安全門已打開或保護區(qū)做出反應后，需要現(xiàn)場用戶確認才能重新開始生產(chǎn)。
安全程序的編程
成功完成組態(tài)后，您便可以編寫安全程序。
在此入門指南中，故障安全塊將編程為具有緊急停車、安全門功能、反饋電路（作為存在錯誤接觸器時的重啟保護）以及重新集成的用戶確認。完成時，編譯安全程序并將其下載到 F-CPU 。
在 PROFINET IO 上安裝
ET 200SP 接線概覽
該入門指南基于以下接線：
激光掃描器連接至外部傳感器電源。
F- DI 8x24V DC HF 的接線
F- DQ 4x24V DC/2A PM HF 和 F-DI 8x24V DC HF 的接線
硬件組態(tài)
在帶有 STEP 7 Safety V17 的 STEP 7 Professional V17 中組態(tài)：
? 一個 CPU 1516F -3 PN/DP
? 一個 ET 200SP 分布式 I/O 系統(tǒng)，其中包含：
– 一個接口模塊 IM155 -6 PN ST FM V1.1 及更高版本
– 兩個用于連接緊急停車開關(guān)的 ET 200SP 故障安全數(shù)字量輸入模塊，用于監(jiān)視安全門的位置開關(guān)、激光掃描器、用戶確認、反饋電路和啟動
– 一個用于連接電機的 ET 200SP 故障安全數(shù)字量輸出模塊
第 1 步：組態(tài) CPU 1516F -3 PN/DP
在此步驟中，創(chuàng)建新項目，添加 F-CPU ，并為 F-CPU 分配參數(shù)。
操作步驟
1. 在 STEP 7 Professional V17 的 Portal 視圖中，創(chuàng)建一個名為“S7_Safety_V17_GS”的新項目
2. 在“設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)”(Devices & networks) Portal 中，使用“添加新設(shè)備”(Add new device). 添加一個 CPU 1516F -3 PN/DP。
結(jié)果：包含 CPU 1516F -3 PN/DP 的設(shè)備視圖打開。
3. 在 F-CPU 的“屬性”(Properties) 區(qū)域，切換到“Fail-Safe ”區(qū)域。
在此，您可以更改下列參數(shù)或接受默認設(shè)置：
– “ PROFIsafe 起始地址”(Basis for PROFIsafe addresses)
– “ 該接口的 F-I/O 的默認 F 監(jiān)視時間” (Def ault F-monitoring time for F-I/O of this interface)
4. 在本示例中保留默認值。
第 2 步：在 PROFINET 子網(wǎng)上組態(tài) ET 200SP 分布式 I/O 系統(tǒng)
在此步驟中，為 ET 200SP 分布式 I/O 系統(tǒng)和 PROFINET 子網(wǎng)組態(tài)接口模塊。
1. 在項目視圖中，單擊“網(wǎng)絡(luò)視圖”(Network view) 選項卡。
2. 在硬件目錄的搜索域中輸入“IM155 -6 PN ”，按 [Enter] 鍵開始搜索。
3. 在搜索結(jié)果中，單擊產(chǎn)品編號為 6ES71 55-6AU01 -0BN0 的接口模塊
4. 在“Information”面板中，從“Version”下拉列表中選擇與接口模塊匹配的固件版本。
5. 將產(chǎn)品編號為 6ES7155 -6AU01 -0BN0 的接口模塊從“Catalog”窗格拖到網(wǎng)絡(luò)視圖的圖形區(qū)域。
6. 在 IM155 -6 PN ST 的 PROFINET 接口上按住鼠標按鈕，并將 PROFINET 連接拖到右側(cè) F-CPU 的綠色 PROFINET 接口。
結(jié)果：在 F-CPU 和 IM155 -6 PN ST 之間自動創(chuàng)建了一個 PROFINET 子網(wǎng)。IP 地址和 PROFINET 設(shè)備名稱也會自動分配。
第 3 步：組態(tài)用于連接緊急停車開關(guān)的 F-DI 模塊、位置開關(guān)和激光掃描器
在此步驟中，組態(tài)用于連接緊急停車開關(guān)的故障安全數(shù)字量輸入模塊、用于監(jiān)視安全門的位置開關(guān)以及用于監(jiān)視入口區(qū)域的激光掃描器。
操作步驟
1. 在網(wǎng)絡(luò)視圖的圖形區(qū)域，雙擊 IM155 -6 PN ST。
結(jié)果： IM155 -6 PN ST 在設(shè)備視圖中打開。
2. 在 ET 200SP 的設(shè)備視圖中，通過將 F-DI 8x24VDC HF 故障安全數(shù)字量輸入模塊從硬件目錄拖到插槽 1 添加該模塊。
3. 選擇“屬性”(Properties) 選項卡中的“I/O 地址”(I/O addresses) 區(qū)域。
在此示例中，將“起始地址”(Start address) 參數(shù)設(shè)置為 0 。
4. 切換到“F-parameter”區(qū)域。在此，您可以更改下列參數(shù)，必要時可以應用默認設(shè)置：
– “F-monitoring time”
– “F-destination address”
– “ Behavior after channel fault”
– “F-I/O DB -number”
本示例中將保留 F 參數(shù)的默認設(shè)置不變。
5. 切換到“DI parameter”區(qū)域。
為通道 2 和 6 禁用傳感器電源的“Short-circuit test ”參數(shù)。
6. 在本示例中，一個雙通道緊急停車開關(guān)將連接到通道 0 和 4 。
在“Channel parameter” 下進行下圖中所示的設(shè)置。將在 F 模塊中進行等效的 1oo2 評估。
7. 在本示例中，用于監(jiān)視雙通道安全門的位置開關(guān)將連接到通道 1 和 5 。
在“Channel parameter” 下進行下圖中所示的設(shè)置。
8. 在本示例中，用于監(jiān)視可進出的入口區(qū)域的激光掃描器將連接到通道 2 和 6 。
在“Channel parameter” 下進行下圖中所示的設(shè)置。
9. 通過取消選中“Activated”復選框，禁用未使用的 DI 通道 3 和 7 。
結(jié)果
故障安全 DI 模塊的組態(tài)現(xiàn)在已完成。
第 4 步：組態(tài)用于連接電機的 F-DQ 模塊
操作步驟
1. 在 ET 200SP 的設(shè)備視圖中，通過將 F-DQ 4x24VDC/2A PM HF 故障安全數(shù)字量輸出模塊從硬件目錄拖到插槽 2 添加該模塊。
2. 選擇“屬性”(Properties) 選項卡中的“I/O 地址”(I/O addresses) 區(qū)域。
在此示例中，將“起始地址”(Start address) 參數(shù)設(shè)置為 6 。
3. 切換到“F-parameter”區(qū)域。在此，您可以更改下列參數(shù)或接受默認設(shè)置：
– “F-destination address”
– “F-monitoring time”
– “ Behavior after channel fault”
– “F-I/O DB -number”
本示例中將保留 F 參數(shù)的默認設(shè)置不變。
4. 轉(zhuǎn)至“DO 參數(shù)”(DO parameter) 區(qū)域。
在“Channel parameter” 下進行下圖中所示的設(shè)置。
5. 通過取消選中“Activated”復選框，禁用未使用的 DQ 通道 1 、2 和 3 。
第 5 步：組態(tài)用于用戶確認、反饋電路和啟動的 F-DI 模塊
操作步驟
1. 在 ET 200SP 的設(shè)備視圖中，通過將 F-DI 8x24VDC HF 故障安全數(shù)字量輸入模塊從硬件目錄拖到插槽 3 添加該模塊。
2. 選擇“屬性”(Properties) 選項卡中的“I/O 地址”(I/O addresses) 區(qū)域。
在此示例中，將“起始地址”(Start address) 參數(shù)設(shè)置為 11。
3. 切換到“F-parameter”區(qū)域。在此，您可以更改下列參數(shù)，必要時可以應用默認設(shè)置：
– “F-monitoring time”
– "F -destination address”
– “ Behavior after channel fault”
– “F-I/O DB -number”
本示例中將保留 F 參數(shù)的默認設(shè)置不變。
4. 切換到“DI parameter”區(qū)域。
為通道 3 和 7 禁用傳感器電源的“Short-circuit test ”參數(shù)。
5. 在本示例中，反饋電路將連接到通道 0 。
在“Channel parameter” 下進行下圖中所示的設(shè)置。
通過取消選中“ Activated”復選框，禁用通道 4 。
6. 在本示例中，用戶確認將連接到通道 1 。
在“Channel parameter” 下進行下圖中所示的設(shè)置。
通過取消選中“ Activated”復選框，禁用通道 5 。
7. 在本示例中，啟動將連接到通道 3 。
在“Channel parameter” 下進行下圖中所示的設(shè)置。
通過取消選中“ Activated”復選框，禁用通道 7 。
8. 通過取消選中“Activated”復選框，禁用未使用的 DI 通道 2 和 6 。
9. 通過將服務模塊從硬件目錄拖到插槽 4 添加該模塊。
第 6 步：下載硬件配置
操作步驟
1. 在項目樹中選擇該 F-CPU 。
2. 在 F-CPU 的快捷菜單中選擇“下載到設(shè)備 > 硬件配置”(Download to device > Hardware configuration)。如果尚未在線連接到 F-CPU ，用戶會被提示建立此連接。
結(jié)果： 硬件配置被編譯。“ 加載預覽”(Load preview) 對話框隨后出現(xiàn)。
3. 單擊“加載”(Load) 按鈕。
結(jié)果： 硬件配置被下載。
4. “加載結(jié)果”(Load results) 對話框?qū)㈦S后顯示（如果適用）。接著單擊“完成”(Finish) 按鈕。
第 7 步：指定設(shè)備名稱
簡介
在此步驟中，為接口模塊指定有效的 PROFINET 設(shè)備名稱。F- CPU 的設(shè)備名稱在下載硬件配置時已指定。
操作步驟
1. 切換到網(wǎng)絡(luò)視圖。
2. 從網(wǎng)絡(luò)視圖中選擇“PN/IE_1”子網(wǎng)。
3. 在快捷菜單中選擇“分配設(shè)備地址”(Assign device name)。
結(jié)果：“ 分配 PROFINET 設(shè)備名稱”(Assign PROFINET device name) 對話框打開。
4. 在“PROFINET 設(shè)備名稱”(PROFINET device name) 下拉列表中為 ET200SP 選擇“io_device_1”。
5. 在“網(wǎng)絡(luò)中的可訪問參與者”(Accessible participants in the network) 表中選擇類型為“ET 200SP ”的條目。
6. 可以使用“閃爍 LED ”(Flash LED) 按鈕識別設(shè)備。
7. 單擊“分配名稱”(Assign name) 按鈕。
第 8 步：分配 PROFIsafe 地址
簡介
每個 F-I/O 用其 PROFIsafe 地址進行唯一尋址。PROFIsafe 地址由一個 F 源地址和一個 F 目
標地址組成。
PROFIsafe 地址的唯一性可通過將 F 源地址和 F 目標地址進行組合來確保。
每個 ET 200SP F -模塊的 PROFIsafe 地址在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)和 CPU 范圍（系統(tǒng)范圍）內(nèi)必須唯一。如果滿足以下 2 個條件，則：
? F- CPU 的 F 源地址（“ PROFIsafe 起始地址”(Basis for PROFIsafe addresses) 參數(shù)）在整個網(wǎng)絡(luò)中是唯一的。
? F 模塊的 F 目標地址在 CPU 范圍內(nèi)是唯一的。
操作步驟
在本示例中，讓 F 系統(tǒng)自動分配 PROFIsafe 地址。當所有 LED 呈紅色點亮時，說明可以開始分配模塊的 F 目標地址。如下所示分配 PROFIsafe 地址：
1. 從網(wǎng)絡(luò)視圖中選擇 ET 200SP 。
2. 在快捷菜單中選擇“Assign F-destination address”。
3. 在“Identification ”下，選擇用于識別 F 模塊的方法。
– “ 通過 LED 閃爍”
該選項為默認設(shè)置。在識別期間，待識別 F 模塊的 STATUS LED 指示燈閃爍。
– “ 通過序列號”
如果無法清楚地識別 F 模塊，則可通過接口模塊的序列號進行識別。
4. 在“Assign ”列中，選擇要分配 F 目標地址的所有 F 模塊。
如果在“Assign” 列中選擇該接口模塊，則將選擇該站的所有 F 模塊。
5. 單擊“Identification ”按鈕。檢查待分配 F 目標地址的 F 模塊上的狀態(tài) LED 是否呈綠色閃爍。
如果使用序列號進行識別，則比較所顯示的序列號是否與接口模塊的序列號相同。
6. 在表的“Confirm”列中確認是否正確識別了 F 模塊。
7. 使用“Assign F-destination ”按鈕，為 F 模塊分配 F 目標地址。
必須在 60 秒內(nèi)確認“Confirm Assignment ”對話框。
8. 關(guān)閉對話框。
安全程序的編程
在本示例中，將創(chuàng)建一個故障安全塊 (F -FB)。在 F-FB 中：
? 對安全門功能進行編程
? 對緊急停車功能編程（在安全門打開或有人進入激光掃描器監(jiān)視的保護區(qū)時安全電路使用緊急停車功能關(guān)閉）
? 對反饋監(jiān)視電路編程（在接觸器發(fā)生故障時充當自動重啟保護）
? 對重新復位的用戶確認進行編程
然后編譯安全程序，并將其下載至 F-CPU 。
安全程序的結(jié)構(gòu)
在插入 F-CPU 時，默認創(chuàng)建一個 F 運行組以及具有主安全塊的相關(guān) F-OB（具有背景數(shù)據(jù)塊的 F-FB）。
編寫安全程序的第一步是編寫主安全塊。在編譯此塊時，將會添加其它指令來調(diào)用安全程序的剩余 F 塊。
安全程序的結(jié)構(gòu)
一個安全程序在結(jié)構(gòu)上由一個或兩個 F 運行組構(gòu)成。
F- CPU 中的主安全塊通過分配給該 F 運行組的 F-OB 來調(diào)用。
可以從主安全塊調(diào)用其它具有安全功能的 F-FB 和 F-FC。
本示例包含一個 F 運行組。從 F 運行組的主安全塊調(diào)用 F-FB“ Safety_Interlock” 。
第 1 0 步：創(chuàng)建 PLC 變量表
可以在 PLC 變量表中為 F-I/O 的每個輸入和輸出創(chuàng)建符號名稱。
指定安全程序的輸入和輸出
1. 在 F-CPU 項目導航中的“PLC 變量”(PLC tags) 下使用“添加新變量表”(Add new tag table) 創(chuàng)建新的 PLC 變量表。
2. 重命名新 PLC 變量表，使用 [F2] 鍵作為“Safety Program ”。
3. 雙擊 PLC 變量表將其打開。
4. 如下圖中所示，為輸入和輸出分配符號名稱。
第 11 步：創(chuàng)建 F-FB
簡介
在此步驟中創(chuàng)建一個 F-FB，在接下來的步驟中，使用此 F-FB 為本示例編寫安全功能。
操作步驟
1. 轉(zhuǎn)至 F-CPU 的“程序塊”(Program blocks) 文件夾，并雙擊“添加新塊”(Add new block)。
結(jié)果：“添加新塊” (Add new block) 對話框。
2. 在“名稱”(Name) 下輸入“Safety_Interlock ”作為 F-FB 的名稱。
3. 單擊左側(cè)的“函數(shù)塊”(Function block) 按鈕。
4. 選擇“創(chuàng)建 F 塊”(Create F -block) 選項。
5. 選擇“FBD ”作為 F-FB 的語言。
6. 使用“確定”(OK) 關(guān)閉對話框。
第 12 步：對安全門功能進行編程
操作步驟
1. 在“Safety_Interlock ”F-FB 的接口中創(chuàng)建 BOOL 數(shù)據(jù)類型的以下靜態(tài)變量：
2. 將“Instructions”任務卡的“Safety functions ”子文件夾中的“SFDOOR ”指令插入到程序段 1。
3. 單擊“確定”(OK) 確認“調(diào)用選項”(Call options) 對話框。
4. 按上圖中所示提供輸入和輸出。
5. 為“Instructions”任務卡中的每個輸入“QBAD_IN1”和“QBAD_IN2”插入一個“Invert RLO ”。
第 13 步：對緊急停車功能進行編程
在此步驟中，為本示例編寫緊急停車功能。
在下列情況下將執(zhí)行緊急停車：
? 激活緊急停車時
? 打開安全門時
? 有人進入激光掃描器監(jiān)視的保護區(qū)時
操作步驟
1. 在“Safety_Interlock ”F-FB 的接口中創(chuàng)建 BOOL 數(shù)據(jù)類型的以下靜態(tài)變量：
2. 將“Instructions”任務卡的“Bit logic operations”子文件夾中的“AND logic operation”指令插
入到程序段 2 。
3. 通過單擊黃色的星形，在“AND logic operation”指令中插入第三個輸入。
4. 按上圖中所示提供指令的輸入。
5. 將“Instructions”任務卡的“Safety functions ”子文件夾中的“ESTOP1”指令插入到程序段 2 。
6. 單擊“確定”(OK) 確認“調(diào)用選項”(Call options) 對話框。
7. 按上圖中所示提供指令的輸入和輸出。
8. 將“AND logic operation”指令的輸出連接到“ESTOP1”指令的“E_STOP”輸入。
第 14 步：對反饋監(jiān)視進行編程
操作步驟
1. 將“Instructions”任務卡的“Bit logic operations”子文件夾中的“AND logic operation”指令插入到程序段 3 。
2. 按上圖中所示提供指令的輸入。
3. 將“Instructions”任務卡的“Safety functions ”子文件夾中的“FDBACK”指令插入到程序段 3。
4. 單擊“確定”(OK) 確認“調(diào)用選項”(Call options) 對話框。
5. 按上圖中所示提供指令的輸入和輸出。
6. 在“Instruc tions”任務卡中的“QBAD_FIO”輸入處插入一個“Negate RLO”。
7. 將“AND logic operation”指令的輸出連接到“FDBACK”指令的“ON”輸入。
第 15 步：對重新集成 F-I/O 的用戶確認進行編程
操作步驟
1. 將“Instructions”任務卡的“Safety functions ”子文件夾中的“ACK_GL”指令插入到程序段 4。
2. 單擊“確定”(OK) 確認“調(diào)用選項”(Call options) 對話框。
3. 按上圖中所示提供輸入。
第 16 步：對主安全塊進行編程
在此步驟中，為本示例編寫主安全塊功能。主安全塊是在創(chuàng)建 F-CPU 時自動創(chuàng)建的。
操作步驟
1. 在項目導航中雙擊以打開主安全塊“Main_Safety”。
2. 使用拖放操作將 F-FB“Safety_Interlock ”插入到主安全塊的程序段 1 。
3. 單擊“確定”(OK) 確認“調(diào)用選項”(Call options) 對話框。
第 17 步：編譯安全程序
操作步驟
1. 在項目樹中選擇該 F-CPU 。
2. 在該 F-C PU 的快捷菜單中選擇“編譯 > 軟件（僅更改）”(Compile > Software (only changes))。
結(jié)果： 安全程序已編譯。
第 18 步：將安全程序下載到 F-CPU
操作步驟
1. 在項目樹中選擇該 F-CPU 。
2. 在該 F-CPU 的快捷菜單中選擇“下載到設(shè)備 > 軟件（僅更改）”(Download to device >
Software (only changes)) 。如果尚未在線連接到 F-CPU ，用戶會被提示建立此連接。
結(jié)果：“加載預覽” (Load preview) 對話框出現(xiàn)。
3. 單擊“加載”(Load) 按鈕。
4. 在此對話框中檢查在線和離線 F 集體簽名是否相同。
如果匹配，則下載操作成功。如果不匹配，則需重復下載操作。
說明
要下載整個安全程序，F(xiàn) -CPU 必須處于 STOP 模式。
結(jié)果： 安全程序下載并顯示“加載結(jié)果” (Load results) 對話框。
5. 單擊“完成”(Finish) 按鈕。
6. 將 F-CPU 從 STOP 模式切換至 RUN 模式。
F- CPU 的顯示屏在“ Overview > Fail-safe ” 菜單項中顯示安全模式的當前狀態(tài)。
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