西門子CPU314模塊

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1 ET200Pr*安全系統介紹
與ET200S系統類似，ET200Pro也提供了全系列的故障安全模板。
1) 故障安全型輸入/輸出模板（F-DI/F-DO）
ET200Pro的故障安全型輸入/輸出的模板的使用與ET200M，ET200S等分布式IO的安全模板使用方法相同。
2）電機啟動器（MotorStarter）
ET200Pro的電機啟動器模板（MotorStarter）中，提供了一些特殊的模板，比如F-RSM和ASM-400，電機啟動器模板（MotorStarter）如果配合F-RSM和ASM-400使用可以達到SIL3(Cat.4)的安全等級（圖1）。

圖1 故障安全型電機啟動器（MotorStarter）系統配置(Cat.4)

具體配置列表請參照手冊：SIMATIC ET 200pro Motor starters

3）故障安全型變頻器（F-FC）
ET200Pro F-FC是一款嵌入在ET200Pro系統中的緊湊型的故障安全型變頻器。工作電壓為3 AC 400V 50/60Hz，連接3相交流電機，大1.1KW，溫度允許的情況下，可以連接1.5KW電機。
該變頻器可以通過PROFIBUS/PROFINET的接口模板進行連接調試，也可以使用光纖轉串口的電纜進行連接。
ET200Pro變頻器需要與前面提到的電機啟動模塊中的特殊模塊一起使用來對其關斷信號進行評估，因而系統中需要F-Switch 或F-RSM（圖2）。

圖2 故障安全變頻器與F-RSM的配置

其中主要的模板包括：
③接口模板
可以連接變頻器模板的接口模板包括：
1) IM154-4 PN HF Cu V6.0 (6ES7 154-4AB10-0AB0)
2) IM154-2 DP HF (6ES7 154-2AA00-0AB0)
④F-RSM或者F-SWITCH
⑤故障安全型變頻器（F-FC）
⑥終端模塊

2 ET200Pro F-FC的調試方法
ET200Pro F-FC的組態可以通過Step7軟件來實現。但變頻器模板的調試工具需要用到DriveES（或者Starter、MotionScout）等軟件。如果系統中使用了F-Switch，則需要MotorStarter ES軟件來設置相關Switch的參數。

2．1 Step7的組態
（1）新建一個S7 300站，這里選擇CPU 317F-2 PN/DP做為F主機，IM154-4 PN HF Cu V6.0做為F設備。（圖3）

圖3 新建S7 300站

硬件組態中，添加F-RSM；由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe報文，因而只能添加標準報文F-FC 1.1/1.5KW Standard telegram1。(圖4)

圖4 添加硬件

分別雙擊兩個模板，打開屬性框，將診斷選項使能。

（2）雙擊CPU，設置CPU的參數。

選擇F 參數，為故障安全程序設置密碼（圖5），防止有未經授權的人修改F程序。

圖5 設置F程序的密碼

選擇“Protection”，設定CPU程序的訪問保護密碼，同時將“CPU contains safety program”激活（圖6）。

圖6 保護選項

保存編譯后，我們可以看到在Step7的Block下，出現了一些相關F系統的功能塊，但由于ET200Pro F-FC沒有Profisafe的報文，因而這里實際上并沒有關于ET200Pro F-FC的F系統塊，這也是ET200Pro F-FC與ET200S F-FC或者G120F、S120F的不同之處，因而ET200Pro F-FC的安全功能是通過F-RSM或F-Switch來實現的。
至于如何建立Step7的F程序，這里不再詳細介紹，請參考相關手冊。

2．2 F-FC的調試
ET200Pro F-FC的調試需要用到Drive的一些軟件。通過Step7界面，雙擊變頻器模板，則可以打開相應的調試軟件的界面。

（1） 雙擊打開調試界面，選擇“在線”。

圖7 選擇在線連接到F-FC

如果無法在線操作，則檢查“Option”菜單下的“Set PG/PC interface”的設置，選擇合適的接口用于連接F-FC。

（2） 選擇“上載”，將系統配置自動上傳到PG。西門子CPU314模塊

圖8 上傳參數

在“Functions”下選擇“Safety Integrated”進行安全功能的設置。注意這個選項只有在“在線”的模式下才可以操作。

圖9 選擇安全功能設置

（3） 打開設定界面，可以看到ET200Pro F-FC提供3種安全功能：
STO、SS1和SLS。
在ET200Pro F-FC的內部，有兩條F功能總線“Safety busbar G1” 和“Safety busbar G2”。可以通過“Enables”選擇這兩條安全總線回路中的安全功能。如圖10所示，由于F-RSM只提供一個安全回路開關(F0)，故這里只選擇了“Safety busbar G1”的SLS（F0）。如果系統中使用了F-Switch，則可以設置兩個安全功能回路。

圖10 選擇安全功能

（4） 分別設定安全功能的參數

STO：安全轉矩關斷。該功能激活后，變頻器內部的電源被切斷，電機進入自由停車狀態。（圖11）

圖11 STO的參數設置界面

這里的設置都是關于安全回路測試的：當系統恢復正常時，是否進行回路測試，用來保證系統正常運行，以及及時檢查系統錯誤。T=8小時的設置也是保證系統的自檢測的時間。
SS1:安全停車指令1。當SS1被激活時，系統按照設定的參數進行停車。否則進入故障狀態，并終進入STO。

圖12 SS1的參數設置界面

Standstill:截止頻率。當停車過程中，頻率達到該設定值時，進入STO狀態。
Tr：停車時間設定；
Tv: 延時監控時間。超出該設定值，變頻器進入故障狀態，同時馬上進入STO狀態。

SLS：安全限速。安全限速有4種模式，分別對應4種安全限速的動作。這里需要定義安全限速的設定值“Setpoint”，上限值“Upper limit”和選擇模式。

圖13 SLS的參數設置界面

參數設定和修改都需要“Accept settings”才能生效。這里需要輸入密碼和進行驗證。

圖14 參數修改和生效

2．3 F-RSM的調試

ET200Pro F-FC的F功能需要通過F-RSM或者F-Switch來實現（見圖15），因而需要對F-RSM進行設置。

圖15 ET200Pro F-FC與F-RSM/F-Switch的配置原理圖

（1）F-RSM的連線

圖16 F-RSM組件

其內部原理圖為：

圖17 F-RSM的原理圖

F-RSM內部為一個3TK2841的安全繼電器，其中輸入端子為IN1/IN2，可以用于連接急停按鈕；IN3做為3TK2841的“monitered START”輸入端，當選擇“自動啟動”時，該端子可以不接。
輸出“OUT”做為3TK3841的功能輸出連接端子，內部busbar總線將“F0”輸出到F-FC,做為安全功能的激活信號。

概述

• 模塊化、可擴展通用系統，IP20 防護等級
• 適用于離散自動化領域中各種自動化應用的系統解決方案
• 具有*性能和可用性
• 可專門通過 Totally Integrated Automation Portal 平臺中的 STEP 7 Professional V12 及更高的型號進行組態

性能

• 提高性能
  • 高速指令執行:
  • 語言擴展
  • 新數據類型
  • 更快速的背板總線
  • 經過優化的代碼生成
• 功能強大的通信：
  • 以 PROFINET IO（雙端口開關）作為標準接口；
    從 CPU 1515-2 開始支持，以一個或多個額外的集成 PROFINET 接口作為輸入設備，用于網絡隔離或用于連接更多的 PROFINET 設備或高速通信設備
  • OPC UA 數據訪問作為運行時選件，可輕易將 SIMATIC S7-1500 連接至第三方設備/系統
  • 可針對總線系統和點到點連接，通過通信模塊進行擴展

集成技術

• 無需附加模塊就可集成運動控制功能：
  • 通過標準化的塊 (PLCopen) 來連接模擬驅動器和 PROFIdrive 驅動器
  • 運動控制功能支持速度控制軸、定位軸、相對同步操作（在沒有位置同步規范的條件下實現同步）以及外部編碼器、凸輪和探頭。
  • CPU 技術中還集成了諸如同步操作（利用位置同步規范進行同步）凸輪和和用于控制運動系統等擴展的運動控制功能。
• 全面跟蹤所有 CPU 標簽，以進行實時診斷和間歇錯誤檢測；
  擁有有效調試和快速優化驅動器和控制裝置
• 廣泛的控制功能：
  例如，可輕松組態的塊可進行控制參數的自動優化以實現優控制質量
• 通過提供的工藝模塊獲得附加功能：
  例如，高速計數、位置檢測或高達 1 MHz 信號的測量

安全集成

保證人身安全和機器安全 – 在集成式完整系統框架內

• 故障安全 SIMATIC S7-1500(T)F 控制器可在同一控制器上處理標準程序和安全程序。
  在 TIA Portal 中，使用相同的編輯器生成故障安全和標準用戶程序；例如，這樣就能向評估標準用戶程序中的標準數據那樣，評估故障安全數據。由于這種軟件集成，故障安全應用也可利用 SIMATIC 的系統有點和全面功能。

集成安全功能

• 通過密碼進行知識保護，防止未經許可證讀取和修改程序塊
• 通過復制保護來提高保護程度，防止未經授權而復制程序塊：
  通過復制保護，可將 SIMATIC 存儲卡上的程序塊與其序列號綁定，以便只有在將配置的存儲卡插到 CPU 中時，該程序塊才可運行。
• 具有四個不同授權級別的權限：
  可向各個用戶組分配不同訪問權限。通過新的保護級別 4，還可以限制與 HMI 設備之間的通信。
• 改進了操作保護：
  控制器將會檢測到組態數據的更改或未授權傳輸。
• 用于以太網通信處理器 (CP 1543-1)：
  • 通過防火墻提供附加訪問保護
  • 建立安全 連接

設計與操作

• 配備顯示器的 CPU，可顯示純文本信息（因特網上的顯示仿真工具）：
  • 可顯示所有連接模塊的訂貨號、固件版本和序列號信息
  • 直接在現場設置 CPU 的 IP 地址以及進行其它網絡設置，無需使用編程設備
  • 直接以普通文本形式顯示錯誤消息，可縮短停機時間
• 所有模塊采用統一的前連接器，并具有用于靈活形成電壓組的集成式電壓橋接件，從而簡化了庫存，減少了布線
• S7-1500 導軌上集成有 DIN 導軌：
  快速、方便地安裝小型斷路器、繼電器等附加組件
• 通過信號模塊進行集中擴展：
  可根據任何應用的要求進行靈活調整
• 數字量信號模塊的系統電纜連接：
  可快速、清晰地進行安排，以連接至現場的傳感器和執行器并在控制柜中進行簡便接線
• 電源：
  • 負載電源模塊（電源模塊）為模塊提供 24 V 電源
  • 電源模塊可通過背板總線向模塊內部電路供電
  • 用于在控制器上性存儲整個工作存儲器內容的系統電源模塊
• 分布式擴展：
  • 通過 PROFINET 接口模塊 IM 155-5，可針對 ET 200MP I/O 系統使用多 30 個信號模塊、通信模塊和工藝模塊
  • 在集中和分布式運行的操作和系統功能方面沒有差別

集成系統診斷

• CPU 的集成系統診斷，默認情況下已激活：
  • 在顯示屏上以及 TIA Portal、HMI 和 Web 服務器中以普通文本形式*地顯示系統診斷信息，甚至可顯示變頻器消息。即使 CPU 處于停止狀態，也會更新消息。
  • 系統診斷功能集成在 CPU 固件中。無需由用戶進行組態。組態發生改變時，會自動對診斷信息進行更新。

對 SIMATIC ProDiag S7-1500 的支持能力

• ProDiag 是一種便于創建機器設備診斷的工具它可以提高可用性，通過故障分析并在現場消除故障來提供支持。

數據記錄（歸檔）和配方

• SIMATIC 存儲卡：
  • 插入式裝載存儲器
  • 可進行固件更新
  • STEP 7 項目（包括注釋和符號）、附加文檔或 csv/ASCII 文件（用于配方和歸檔）的存儲選項
  • 通過 SD 讀卡器并使用 Office 工具，可方便地訪問與設備相關的運行數據和組態數據（與控制器之間的雙向數據交換）
• 集成 wed 服務器：
  - 便于訪問工廠相關運行數據和組態數據、運動控制系統診斷并通過 Web 瀏覽器顯示跟蹤記錄

認證

SIMATIC S7-1500 符合以下國家和標準：

• cULus 認證
• cULus HazLoc 認證
• FM 認證
• ATEX 認證僅限于 24 V，不適用于 230 V
• CE
• RCM（以前的 C-TICK）
• KCC
• IECEx（僅限 24 V；不適用于 230 V）
• EN 61000-6-4
• EN 60068-2-1/ -2/ -6/ -14/ -27/ -30/ -32
• EN 61131-2