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機器與設(shè)備的功能安全 – 制造業(yè)的基本安全要求

為了對制造和過程工業(yè)中的眾多工業(yè)應(yīng)用中的人員與環(huán)境提供保護，機器設(shè)備必須符合基本的安全要求。機械指令在歐盟內(nèi)適用。除了設(shè)計解決方案，自動化系統(tǒng)和組件也將執(zhí)行安全任務(wù)。這意味著人們的生活和健康、財產(chǎn)和環(huán)境的物理完整性在“功能安全”方面，要依賴這些系統(tǒng)和組件的正確操作。

通過引入統(tǒng)一的歐洲單一市場，影響機器的技術(shù)實現(xiàn)的國家標(biāo)準和法規(guī)經(jīng)過一致性調(diào)整。這涉及定義基本的安全要求，一方面，機器制造商依照貨物自由流通法（條款95），另一方面，操作人員依照工業(yè)安全要求進行操作（條款 137）。

EU 指令：

為了保護人員的健康和環(huán)境質(zhì)量，通過工廠及其運營公司，必須滿足定義的要求。

包括工作中的健康與安全標(biāo)準（Zui低要求）；

定義產(chǎn)品要求（例如機器），保護用戶的健康和安全；

將實施產(chǎn)品以確保貨物自由流通所應(yīng)滿足的要求與使用產(chǎn)品所應(yīng)滿足的要求進行區(qū)分。

類似的要求也適用于其他國家和諸多市場

G_IC01_XX_00543

機器和設(shè)備的安全要求

標(biāo)準的目標(biāo)

安全技術(shù)的目標(biāo)是Zui大限度減少技術(shù)設(shè)施對人和環(huán)境造成的危害，同時將工業(yè)生產(chǎn)、機器使用、化學(xué)品生產(chǎn)的范圍限制到必要的范圍內(nèi)。

生產(chǎn)自動化尤其受到下列標(biāo)準的控制：

IEC 62061 和

ISO 13849?1

IEC 62061 標(biāo)準

標(biāo)準 IEC 62061 “機器安全 -電氣、電子和可編程電子控制系統(tǒng)的功能安全”定義了廣泛而全面的要求。其中包括有關(guān)機器設(shè)備與安全相關(guān)的電氣、電子和可編程電子控制系統(tǒng)(SRECS) 的設(shè)計、集成和驗證的建議。第一次有一種標(biāo)準可以涵蓋整個安全鏈的范圍，從傳感器到按鈕頭。安全完整性等級（簡稱SIL）被定義為該標(biāo)準的應(yīng)用參數(shù)。

該標(biāo)準未規(guī)定機器設(shè)備與安全相關(guān)的非電氣（例如液壓、氣動或機電）控制部件性能方面的要求。

P_IC01_XX_00906

機器與系統(tǒng)的安全

ISO 13849-1 標(biāo)準

ISO 13849?1“機器安全性–控制系統(tǒng)的安全型部件 - 第 1 部分：2011 年末，“一般原則”取代了 EN954-1。它考慮了所有設(shè)備的完整功能范圍，這些功能包含在各設(shè)備性能中。此外，ISO 13849?1標(biāo)準還對安全功能進行了定量分析。該標(biāo)準描述了如何在為預(yù)期使用壽命指定的安全結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上確定控制系統(tǒng)的安全型部件的性能等級(PL)。

當(dāng)由多個安全部件組合形成一個完整系統(tǒng)時，該標(biāo)準介紹了確定Zui終性能等級的方法。該標(biāo)準適用于控制系統(tǒng)的安全型部件(SRP/CS)和所有類型機器，無論它們采用何種技術(shù)和能源，例如，電氣、液壓、氣動或機械。

?S7-200PLC的特殊功能包括CPU模塊集成功能與特殊功能模塊兩大部分。CPU集成功能主要包括中斷控制、高速計數(shù)、脈沖輸出、變頻器控制、PID調(diào)節(jié)等，特殊功能模塊包括模擬量輸入/輸出、定位控制、通信網(wǎng)絡(luò)連接等。

??1.CPU集成功能

??(1) 中斷控制功能。利用中斷控制功能，CPU可以停止正常的PLC用戶程序循環(huán)，轉(zhuǎn)入由CPU操作系統(tǒng)進行控制的直接處理。由于中斷程序的執(zhí)行不像PLC用戶程序那樣需要經(jīng)過輸入采樣、指令執(zhí)行、輸出刷新3個基本過程，因此，可以大大提高對I/O信號的處理速度。

??(2)高速計數(shù)功能。S7-200系列PLC的CPU模塊均集成有一定數(shù)量的輸入點，部分輸入既可以用來作為普通的開關(guān)量輸入點，也可以作為高速計數(shù)的輸入端。當(dāng)作為高速計數(shù)輸入時，可以連接單相或兩相20~200kHz計數(shù)脈沖輸入，用于轉(zhuǎn)速、速度、位置等的計數(shù)。此外，PLC的集成輸入還具有高速脈沖輸入捕捉功能，能夠進行脈沖邊沿的捕捉。

??(3)高速脈沖輸出功能。S7-200系列PLC的CPU模塊均集成有一定數(shù)量的開關(guān)量輸出點，部分輸出點既可以用來作為普通的開關(guān)量輸出點，也可以作為高速脈沖的輸出。當(dāng)作為高速脈沖輸出時，可以輸出20~100kHz的定位脈沖信號，并通過通用的步進電機驅(qū)動器或帶位置控制功能的伺服驅(qū)動器(運動控制器)，進行簡單的單軸定位控制。

??(4)PID調(diào)節(jié)功能。S7-200系列PLC集成有模擬量控制系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)功能，可以對模擬量控制系統(tǒng)進行閉環(huán)調(diào)節(jié)與控制(需要配套選用模擬量輸入/輸出模塊)。

??在PLC中，通過S7系列PLC專用的PID指令，可以對模擬量進行數(shù)字化處理，實現(xiàn)對閉環(huán)系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)節(jié)與自整定功能，并獲得zuijia的輸出響應(yīng)。

??(5)變頻器、運動控制功能。S7-200系列PLC的CPU模塊集成有1~2個串行通信接口，用于連接外部設(shè)備或組成PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。利用這一標(biāo)準接口，在Siemens專用的傳動系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議(USS協(xié)議)的支持下，可與Siemens公司生產(chǎn)的MicroMaster系列通用型變頻器、SIMOVERT MASTERDRINES VC矢量控制變頻器、SIMOVERTMASTERDRIVESMC運動控制器進行連接，并實現(xiàn)對變頻器與運動控制器的控制。

??2.S7-200系列PLC的特殊功能模塊

??(1)位置控制模塊。S7-200系列PLC(CPU221除外)除可以利用集成的高速脈沖輸出功能，通過對輸出脈沖的控制，進行簡單的單軸、單速或多速定位外，還可以選用專用位置控制模塊，實現(xiàn)單軸回參考點、手動進給、自動定位等基本位置控制功能。

??S7-200系列PLC目前可以使用的位置控制模塊只有EM253一種規(guī)格，模塊集成有5輸入/6輸出的開關(guān)量I/O，用于連接定位控制信號、定位脈沖與清除信號。

??模塊可以輸出12~200kHz的兩相位置指令脈沖(差分RS-422驅(qū)動型)，實現(xiàn)對運動軸的回參考點、手動進給、自動定位控制。定位位置的給定可以采用juedui/增量方式，定位加減速可以是直線與S形，定位速度可變(4種速度)。

??定位模塊可以連接"停止"、"正/負極限"、"參考點"等輸入信號，并輸出相應(yīng)的"復(fù)位"等控制信號。

??(2)模擬量I/O模塊。S7-200系列PLC(CPU221除外)的模擬量I/O模塊(包括溫度測量模塊)可以用于溫度、轉(zhuǎn)速、位置等物理量的A/D、D/A轉(zhuǎn)換。

??S7-200系列PLC模擬量輸入與溫度測量模塊(EM231)共有3種規(guī)格，其中4通道模擬電壓/電流輸入、2通道熱電阻溫度測量、4通道熱電偶溫度測量模塊各1種。

??模擬電壓/電流輸入端可以是DC0~10V(或DC-5~ 5V、DC-10~10V等)電壓或0~20mA電流，轉(zhuǎn)換位數(shù)為12位，分辨率可達2.5mV(電壓)或5μA(電流)。

??溫度測量輸入端可與多種形式類型的熱電阻、熱電偶連接，測量精度為±0.1℃，轉(zhuǎn)換位數(shù)為16位(包括符號位)，測量范圍為-27648~27648。

??S7-200系列模擬量輸出擴展模塊只有EM232～種規(guī)格，輸出為DC-10～10V模擬電壓或DC0~20mA模擬電流。模塊輸出通道數(shù)為2，轉(zhuǎn)換位數(shù)為12位(模擬電壓)或11位(模擬電流)。

??模擬量L/O混合擴展模塊只有EM235一種規(guī)格，輸入為DC-10～ 10V(一般規(guī)格，可以是DC-5~ 5V、DC-10～10V等)電壓或0~20mA電流，輸出可以是DC-10～10V電壓或0~20mA電流。模塊I/O通道數(shù)為4輸入/2輸出，輸入轉(zhuǎn)換位數(shù)為12位，輸出轉(zhuǎn)換位數(shù)為12位(電壓)或11體(電流)。

??(3) 通信網(wǎng)絡(luò)功能模塊。S7-200系列PLC(CPU221 除外)除可以通過CPU模塊的集成RS-422/485接口與外部設(shè)備進行通信外，還可以通過網(wǎng)絡(luò)鏈接模塊增強網(wǎng)絡(luò)功能，以構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

??S7-200系列PLC用于通信網(wǎng)絡(luò)功能擴展的特殊功能模塊主要有：

??1)工業(yè)以太網(wǎng)鏈接模塊CP243-1與CP243-1IT。通過以太網(wǎng)的連接，PLC可以利用遠程編程器，對其進行程序編輯、狀態(tài)監(jiān)視、程序傳送等編程服務(wù)，也可以與網(wǎng)絡(luò)中的其他PLC進行數(shù)據(jù)交換、進行E-mai的收發(fā)與PLC數(shù)據(jù)的讀/寫操作等。

??2)遠程I/O鏈接模塊CP243-2(也稱AS-i接口模塊)。這是用于S7-200系列PLC遠程控制或分布式系統(tǒng)I/O鏈接的接口模塊，S7-200系列PLC可以作為AS-i網(wǎng)絡(luò)的“主站”，以擴大PLC的控制范圍與I/O點數(shù)。

??3)調(diào)制解調(diào)器模塊EM241。這是用于S7-200系列PLC遠程維護與遠程診斷的通信接口模塊。通過EM241模塊可連接全球電話網(wǎng)，并進行遠程計算機與PLC間的數(shù)據(jù)傳送、遠程服務(wù)、短信收發(fā)或?qū)ず舴?wù)等。

??(4) S7~200系列PLC特殊功能模塊總覽。S7-200系列PLC可以選用的特殊功能模塊見表2-17。

??表2-17 S7-200系列PLC特殊功能模塊一覽表

6ES7211-1BE40-0XB0	CPU 1211C  AC/DC/Rly,6輸入/4輸出,集成2AI
6ES7211-1AE40-0XB0	CPU 1211C   DC/DC/DC,6輸入/4輸出,集成2AI
6ES7211-1HE40-0XB0	CPU 1211C   DC/DC/Rly,6輸入/4輸出,集成2AI
6ES7212-1BE40-0XB0	CPU 1212C   AC/DC/Rly,8輸入/6輸出,集成2AI
6ES7212-1AE40-0XB0	CPU 1212C   DC/DC/DC,8輸入/6輸出,集成2AI
6ES7212-1HE40-0XB0	CPU 1212C   DC/DC/Rly,8輸入/6輸出,集成2AI
6ES7214-1BG40-0XB0	CPU 1214C   AC/DC/Rly,14輸入/10輸出,集成2AI
6ES7214-1AG40-0XB0	CPU 1214C   DC/DC/DC,14輸入/10輸出,集成2AI
6ES7214-1HG40-0XB0	CPU 1214C   DC/DC/Rly,14輸入/10輸出,集成2AI
6ES7215-1BG40-0XB0	CPU 1215C   AC/DC/Rly,14輸入/10輸出,集成2AI/2AO
6ES7215-1AG40-0XB0	CPU 1215C   DC/DC/DC,14輸入/10輸出,集成2AI/2AO
6ES7215-1HG40-0XB0	CPU 1215C   DC/DC/Rly,14輸入/10輸出,集成2AI/2AO
6ES72171AG400XB0	CPU 1217C   DC/DC/DC,14輸入/10輸出,集成2AI/2AO