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        安全集成功能數(shù)據(jù)鏈路淺析

        2020-11-11 22:37:07盛勇
        市場周刊·市場版 2020年5期

        摘 要:文章通過對于西門子安全集成功能數(shù)據(jù)和信號傳遞過程的研究,摸清安全集成功能的脈絡(luò),進(jìn)一步了解安全集成的原理,為日常的維護(hù)和分析提供理論依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:安全集成;數(shù)據(jù)鏈路;PLC

        一、 基本概念

        在介紹數(shù)據(jù)鏈路前,需要了解以下幾個概念。

        SPL:安全程序邏輯。

        NCK-SPL:NC端的安全程序邏輯。

        PLC-SPL:PLC端的安全程序邏輯,由NCK-SPL“映射”而來。

        SGE/SGA:安全相關(guān)輸入/輸出信號,用來控制軸的運動/采集軸的狀態(tài)。

        INSE/OUTSE:NC端邏輯外部輸入輸出信號。

        INSI/OUTSI:NC端邏輯內(nèi)部輸入輸出信號。

        INSEP/OUTSEP:PLC端邏輯外部輸入輸出信號(字母P即代表PLC)。

        INSIP/OUTSIP:PLC端邏輯內(nèi)部輸入輸出信號(字母P即代表PLC)。

        注:INSI中的I代表INTERNAL(內(nèi)部),INSE中的E代表E=EXTERNAL(外部)。

        二、 NC端數(shù)據(jù)鏈路

        (一)外圍I/O與NCK之間的鏈接——硬件與軟件的鏈接

        橋梁:MD10385...89

        MD 10385:$MN_PROFISAFE_MASTER_ADDRESS

        確定安全模塊源地址,默認(rèn)2002,16進(jìn)制為7D2

        MD 10386:$MN_PROFISAFE_IN_ADDRESS

        安全輸入模塊地址,和撥碼開關(guān)一致

        MD 10387:$MN_PROFISAFE_OUT_ADDRESS

        安全輸出模塊地址,和撥碼開關(guān)一致

        MD 10388:$MN_PROFISAFE_IN_ASSIGN

        輸入量分配

        MD 10389:$MN_PROFISAFE_OUT_ASSIGN

        輸出量分配

        通過上述幾個參數(shù),將外部的I/O信號通過虛擬的連線和NCK聯(lián)系了起來,定義了NC端邏輯程序的外部輸入輸出信號(INSE和OUTSE),部分早期設(shè)備由于沒有采用PROFISAFE模塊,地址采用MD10390和MD10392來確定。

        (二)NC與驅(qū)動控制(SGE/SGA)之間的鏈接——控制/反饋的形成

        橋梁:MD36970...79、MD36980...90

        其中

        MD36970...79為安全輸入信號(SGE),用來控制軸的運動。

        MD36980...90為安全輸出信號(SGA),用來讀取軸的狀態(tài)。

        通過這一系列的參數(shù),確定了NC端邏輯程序,也就是NCK-SPL(Safe.SPF)運算的結(jié)果(INSI和OUTSI)所對應(yīng)的具體的控制功能(SGE)和采集目標(biāo)(SGA)。

        這樣,NC端的鏈路便完成了,當(dāng)然,相應(yīng)傳遞過程還有很多控制參數(shù)(時鐘周期,啟動方式等等),以及具體安全功能的屬性參數(shù)(例如速度限制值,安全限位值等等),限于篇幅,文章暫時不展開討論。

        三、 PLC端數(shù)據(jù)鏈路

        (一)外圍I/O與PLC程序之間的鏈接

        橋梁:DB18.DBB38-45/46-53(分別確定INSEP/OUTSEP在PLC程序中的地址)。

        共16個字節(jié),用來定義和存儲PLC端安全集成相關(guān)的外部輸入輸出變量(INSEP和OUTSEP),這些變量會被PLC-SPL(PLC程序中的安全邏輯程序)調(diào)用和運算。

        (二)PLC程序與驅(qū)動控制(SGE/SGA)之間的鏈接

        橋梁:DB18.DBB62-69/54-61以及DB[Axis].DBW22/32、DB[Axis].DBW108/110。

        在上一節(jié)介紹的外部輸入輸出信號(INSEP和OUTSEP)經(jīng)過PLC-SPL運算后,其運算結(jié)果會通過上述地址產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部輸入輸出信號(INSIP和OUTSIP),這只是實現(xiàn)對軸控制的第一步,要實現(xiàn)每根軸具體的控制功能,上述的信號會被“傳遞”到每根軸中。

        參數(shù)定義好后,再通過各軸的PLC控制程序,完成安全功能的各種邏輯,PLC端的SGE和SGA信號位置為DB[Axis].DBW22/32、DB[Axis].DBW108/110。

        這樣,PLC也實現(xiàn)了外部的I/O信號到具體各軸的安全功能的傳遞。

        四、 數(shù)據(jù)鏈路示意圖

        NCK-SPL在PCU中,文件名為“safe.SPF”,PLC-SPL由“safe.SPF”映射而來,在PLC中存儲并運行,兩個邏輯程序猶如雙胞胎一樣,同步運行,并時刻進(jìn)行著校驗比對。

        MD10386...89是NCK-SPL與外部硬件聯(lián)系的橋梁,這條聯(lián)系是虛擬的聯(lián)系。

        NCK-SPL運算完成后,需要通過MD36970...90參數(shù)鏈接,對NCK中的SGE和SGA信號進(jìn)行賦值和控制,從而完成對軸的控制。

        DB18這個數(shù)據(jù)塊為西門子專門留出的供安全集成使用的存儲區(qū),它承擔(dān)了安全邏輯內(nèi)外部輸入輸出的連接作用,對外聯(lián)系了PLC硬件,對內(nèi)聯(lián)系了驅(qū)動的SGE/SGA信號。

        每臺設(shè)備、每個系統(tǒng)版本具體的數(shù)據(jù)鏈路會有差異,上圖只是最基本的脈絡(luò)和原理。

        抱閘測試和停車測試比較特殊,它們雖然是安全集成功能,但具體的邏輯卻完全由PLC完成,NC并不參與運算,但仍然遵循安全集成的雙通道校驗原則,不過只是由PLC將運算的結(jié)果“告知”NC,通過PLCSIN這個信號,文章暫不討論,以后會繼續(xù)和大家分享。

        部分機床開發(fā)廠家會利用用戶數(shù)據(jù)(eg:14512參數(shù))作為打開和關(guān)閉安全集成功能的“開關(guān)”。

        作者簡介:

        盛勇,南京高精齒輪集團有限公司。

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