西門子博途的安全編程設(shè)置實(shí)例分析

通過(guò)激光掃描器監(jiān)視可進(jìn)出的生產(chǎn)區(qū)域。維修區(qū)則由安全門保護(hù)。  

①  緊急停車 

②  激光掃描器 

③  安全門 

④  帶有啟動(dòng)和確認(rèn)按鈕的控制面板 

進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)或打開(kāi)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(cè)到有人在保護(hù)區(qū)時(shí)，才可啟動(dòng)系統(tǒng)。緊急停車已激活、安全門已打開(kāi)或保護(hù)區(qū)做出反應(yīng)后，需要現(xiàn)場(chǎng)用戶確認(rèn)才能重新開(kāi)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(xiě)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(cuò)誤接觸器時(shí)的重啟保護(hù)）以及重新集成的用戶確認(rèn)。完成時(shí)，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(gè) CPU 1516F -3 PN/DP 

?  一個(gè) ET 200SP 分布式 I/O  系統(tǒng)，其中包含： 

–  一個(gè)接口模塊 IM155 -6 PN ST FM V1.1 及更高版本 

–  兩個(gè)用于連接緊急停車開(kāi)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(kāi)關(guān)、激光掃描器、用戶確認(rèn)、反饋電路和啟動(dòng) 

–  一個(gè)用于連接電機(jī)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(xiàng)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(gè)名為“S7_Safety_V17_GS”的新項(xiàng)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(gè) CPU  1516F -3 PN/DP。 

結(jié)果：包含 CPU  1516F -3 PN/DP  的設(shè)備視圖打開(kāi)。 

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(rèn)設(shè)置： 

–  “ PROFIsafe  起始地址”(Basis for PROFIsafe addresses)  

–  “ 該接口的 F-I/O  的默認(rèn) F 監(jiān)視時(shí)間” (Def ault F-monitoring time for F-I/O of this interface) 

4.   在本示例中保留默認(rèn)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(xiàng)目視圖中，單擊“網(wǎng)絡(luò)視圖”(Network view)  選項(xiàng)卡。 

2.   在硬件目錄的搜索域中輸入“IM155 -6 PN ”，按 [Enter] 鍵開(kāi)始搜索。 

3.   在搜索結(jié)果中，單擊產(chǎn)品編號(hào)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(hào)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(biāo)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(dòng)創(chuàng)建了一個(gè) PROFINET 子網(wǎng)。IP 地址和 PROFINET 設(shè)備名稱也會(huì)自動(dòng)分配。 

第 3  步：組態(tài)用于連接緊急停車開(kāi)關(guān)的 F-DI 模塊、位置開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)。 

2.   在 ET 200SP  的設(shè)備視圖中，通過(guò)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(xiàng)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(shí)可以應(yīng)用默認(rèn)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(rèn)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(gè)雙通道緊急停車開(kāi)關(guān)將連接到通道 0  和 4 。 

在“Channel parameter” 下進(jìn)行下圖中所示的設(shè)置。將在 F 模塊中進(jìn)行等效的 1oo2 評(píng)估。 

7.   在本示例中，用于監(jiān)視雙通道安全門的位置開(kāi)關(guān)將連接到通道 1  和 5 。 

在“Channel  parameter” 下進(jìn)行下圖中所示的設(shè)置。 

8.   在本示例中，用于監(jiān)視可進(jìn)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(jìn)行下圖中所示的設(shè)置。 

9.   通過(guò)取消選中“Activated”復(fù)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(jī)的 F-DQ 模塊 

操作步驟 

1.   在 ET 200SP  的設(shè)備視圖中，通過(guò)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(xiàng)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(rèn)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(rèn)設(shè)置不變。 

4.   轉(zhuǎn)至“DO 參數(shù)”(DO parameter)  區(qū)域。 

在“Channel parameter” 下進(jìn)行下圖中所示的設(shè)置。 

5.   通過(guò)取消選中“Activated”復(fù)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(rèn)、反饋電路和啟動(dòng)的 F-DI 模塊 

操作步驟 

1.   在 ET 200SP  的設(shè)備視圖中，通過(guò)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(xiàng)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(shí)可以應(yīng)用默認(rèn)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(rèn)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(jìn)行下圖中所示的設(shè)置。  

通過(guò)取消選中“ Activated”復(fù)選框，禁用通道 4 。 

6.   在本示例中，用戶確認(rèn)將連接到通道 1 。 

在“Channel parameter” 下進(jìn)行下圖中所示的設(shè)置。  

通過(guò)取消選中“ Activated”復(fù)選框，禁用通道 5 。 

7.   在本示例中，啟動(dòng)將連接到通道 3 。 

在“Channel parameter” 下進(jìn)行下圖中所示的設(shè)置。  

通過(guò)取消選中“ Activated”復(fù)選框，禁用通道 7 。 

8.   通過(guò)取消選中“Activated”復(fù)選框，禁用未使用的 DI 通道 2  和 6 。 

9.   通過(guò)將服務(wù)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(xiàng)目樹(shù)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(huì)被提示建立此連接。 

結(jié)果：  硬件配置被編譯?！?加載預(yù)覽”(Load preview)  對(duì)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(duì)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(jiǎn)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(shí)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(duì)話框打開(kāi)。 

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(wèn)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(shí)別設(shè)備。 

7.   單擊“分配名稱”(Assign name)  按鈕。 

第 8  步：分配 PROFIsafe  地址 

簡(jiǎn)介 

每個(gè) F-I/O  用其 PROFIsafe  地址進(jìn)行唯一尋址。PROFIsafe  地址由一個(gè) F 源地址和一個(gè) F 目

標(biāo)地址組成。 

PROFIsafe  地址的唯一性可通過(guò)將 F 源地址和 F 目標(biāo)地址進(jìn)行組合來(lái)確保。 

每個(gè) 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(gè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)中是唯一的。 

?  F  模塊的 F 目標(biāo)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(dòng)分配 PROFIsafe  地址。當(dāng)所有 LED  呈紅色點(diǎn)亮?xí)r，說(shuō)明可以開(kāi)始分配模塊的 F 目標(biāo)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(shí)別 F  模塊的方法。 

–  “ 通過(guò) LED  閃爍” 

該選項(xiàng)為默認(rèn)設(shè)置。在識(shí)別期間，待識(shí)別 F 模塊的 STATUS LED 指示燈閃爍。 

–  “ 通過(guò)序列號(hào)” 

如果無(wú)法清楚地識(shí)別 F 模塊，則可通過(guò)接口模塊的序列號(hào)進(jìn)行識(shí)別。 

4.   在“Assign ”列中，選擇要分配 F  目標(biāo)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(biāo)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(hào)進(jìn)行識(shí)別，則比較所顯示的序列號(hào)是否與接口模塊的序列號(hào)相同。  

6.   在表的“Confirm”列中確認(rèn)是否正確識(shí)別了 F  模塊。 

7.   使用“Assign F-destination ”按鈕，為 F  模塊分配 F  目標(biāo)地址。 

必須在 60 秒內(nèi)確認(rèn)“Confirm Assignment ”對(duì)話框。 

8.   關(guān)閉對(duì)話框。 

安全程序的編程 

在本示例中，將創(chuàng)建一個(gè)故障安全塊 (F -FB)。在 F-FB 中： 

?  對(duì)安全門功能進(jìn)行編程 

?  對(duì)緊急停車功能編程（在安全門打開(kāi)或有人進(jìn)入激光掃描器監(jiān)視的保護(hù)區(qū)時(shí)安全電路使用緊急停車功能關(guān)閉） 

?  對(duì)反饋監(jiān)視電路編程（在接觸器發(fā)生故障時(shí)充當(dāng)自動(dòng)重啟保護(hù)） 

?  對(duì)重新復(fù)位的用戶確認(rèn)進(jìn)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(shí)，默認(rèn)創(chuàng)建一個(gè) F 運(yùn)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(xiě)安全程序的第一步是編寫(xiě)主安全塊。在編譯此塊時(shí)，將會(huì)添加其它指令來(lái)調(diào)用安全程序的剩余 F 塊。 

安全程序的結(jié)構(gòu) 

一個(gè)安全程序在結(jié)構(gòu)上由一個(gè)或兩個(gè) F 運(yùn)行組構(gòu)成。  

F- CPU 中的主安全塊通過(guò)分配給該 F 運(yùn)行組的 F-OB 來(lái)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(gè) F 運(yùn)行組。從 F  運(yùn)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(gè)輸入和輸出創(chuàng)建符號(hào)名稱。 

指定安全程序的輸入和輸出 

1.   在 F-CPU  項(xiàng)目導(dǎo)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(kāi)。 

4.   如下圖中所示，為輸入和輸出分配符號(hào)名稱。 

第 11 步：創(chuàng)建 F-FB

簡(jiǎn)介 

在此步驟中創(chuàng)建一個(gè) F-FB，在接下來(lái)的步驟中，使用此 F-FB 為本示例編寫(xiě)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(duì)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(xiàng)。 

5.   選擇“FBD ”作為 F-FB 的語(yǔ)言。 

6.   使用“確定”(OK) 關(guān)閉對(duì)話框。 

第 12 步：對(duì)安全門功能進(jìn)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(wù)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(rèn)“調(diào)用選項(xiàng)”(Call options)  對(duì)話框。 

4.   按上圖中所示提供輸入和輸出。 

5.   為“Instructions”任務(wù)卡中的每個(gè)輸入“QBAD_IN1”和“QBAD_IN2”插入一個(gè)“Invert RLO ”。 

第 13 步：對(duì)緊急停車功能進(jìn)行編程 

在此步驟中，為本示例編寫(xiě)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(shí) 

?  打開(kāi)安全門時(shí) 

?  有人進(jìn)入激光掃描器監(jiān)視的保護(hù)區(qū)時(shí) 

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(wù)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(guò)單擊黃色的星形，在“AND logic operation”指令中插入第三個(gè)輸入。 

4.   按上圖中所示提供指令的輸入。 

5.   將“Instructions”任務(wù)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(rèn)“調(diào)用選項(xiàng)”(Call options)  對(duì)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(duì)反饋監(jiān)視進(jìn)行編程 

操作步驟 

1.   將“Instructions”任務(wù)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(wù)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(rèn)“調(diào)用選項(xiàng)”(Call options)  對(duì)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(wù)卡中的“QBAD_FIO”輸入處插入一個(gè)“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(duì)重新集成 F-I/O  的用戶確認(rèn)進(jìn)行編程 

操作步驟 

1.   將“Instructions”任務(wù)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(rèn)“調(diào)用選項(xiàng)”(Call options)  對(duì)話框。 

3.   按上圖中所示提供輸入。 

第 16 步：對(duì)主安全塊進(jìn)行編程 

在此步驟中，為本示例編寫(xiě)主安全塊功能。主安全塊是在創(chuàng)建 F-CPU 時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建的。 

操作步驟 

1.   在項(xiàng)目導(dǎo)航中雙擊以打開(kāi)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(rèn)“調(diào)用選項(xiàng)”(Call options)  對(duì)話框。 

第 17 步：編譯安全程序 

操作步驟 

1.   在項(xiàng)目樹(shù)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(xiàng)目樹(shù)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(huì)被提示建立此連接。 

結(jié)果：“加載預(yù)覽” (Load preview)  對(duì)話框出現(xiàn)。 

3.   單擊“加載”(Load) 按鈕。 

4.   在此對(duì)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(fù)下載操作。  

說(shuō)明 

要下載整個(gè)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(duì)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(xiàng)中顯示安全模式的當(dāng)前狀態(tài)。