ET200S电机启动器的故障安全功能

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前言

西门子的故障安全系统提供了尽可能全系列的产品供客户选择，ET200S系列产品做为高性价比的一款产品，在分布式IO中一直被广泛应用，因而也有着全系列相应的故障安全模板满足各种安全应用的场合，这里介绍的是故障安全型电机启动器的调试和使用方法，供大家参考。关于ET200S的基本使用方法，这里不再详细介绍，请参考相关手册。n

1 ET200S 故障安全型电机启动器模板的硬件单元

ET200S 做为分布式IO系统的从站（或主站）所需要的基本硬件包括：接口模板（IM），电源模板（PS），端子模板（TM）。具体到含有故障安全型电机启动器模板的应用，还需要如下硬件组件：n

表1 故障安全型ET200S 电机启动器模板组件n

2 ET200S的故障安全型电机启动器的站配置

配置含有故障安全型电机启动器的ET200S站与配置普通的ET200S站相同，但故障安全系统需要考虑系统的安全等级，这里给出达到SIL3 / category 4 的典型的硬件配置（图2）：n

图1 配置故障安全型电机启动器和故障安全电子模板的ET200S站，达到SIL3 / category 4n

可以看到，I/O模板以及电机启动器模板均是故障安全型的。但请注意，DI/DO的电源模板必须是普通的电源模板。且在同一个电源组内，普通的电机启动器模板与安全型电机启动器模板不能混合使用，此时需要使用额外的电源模板（PM-D F PROFIsafe）进行隔离。
由于ET200S的配件比较多，选择起来比较复杂，因而建议最好使用ET200S配置工具（ET200S CFG Tools）进行硬件的配置，这里给出相应模板的订货号信息以供订货时参考。n

表1 故障安全型电机启动器模板订货信息n

3 组态和调试

3.1 软件组态
我们通过一个实例来介绍如何在STEP7中组态ET200S F 电机启动器模块。n

所需软件：
STEP7 V5.4 SP3
Distributed safety V5.4 SP4n

3.1.1 STEP7 中的项目n

1）首先在STEP7中建立一个S7 400项目，项目名为ET200S_F_MS。n

图2 新建S7 400项目n

2）硬件组态
双击硬件组态（Hardware），在硬件列表中选择F型CPU，这里使用的是CPU 416F。注意，由于项目中将使用F型的模板，并且要使用其安全性能，因而这里需要选择F型的CPU。当然，根据所连接从站的不同，需要选择CPU是否是只有Profibus接口或者带有Profinet接口。n

图3 选择F型CPUn

这里我们使用的是Profibus的从站，因而双击DP口，新建Profibus网络。n

图4 新建Profibus 网络n

接下来组态F参数。双击CPU，打开属性页面。选择“F Parameters”属性页，为安全程序设置密码。该密码在修改F程序时会被提示，保护了安全程序不会被没有授权的访问者随意修改。（在实例中的密码设置为“1”）n

图5 为F程序设置密码n

密码设置后，点击“OK”，可以看到F参数。这些参数是CPU处理F程序时的基本信息，一般是系统自动分配的，不建议做修改，选择确认即可。n

图6 系统F参数n

接下来选择“Protection”属性。同样，出于保护的需要，需要为故障安全的程序设置程序修改的权限密码，防止没有授权的访问者随意从/向CPU读/写故障安全的程序。同时，由于西门子的F型的CPU同时可以做为普通的CPU使用，因而，如果程序中包含故障安全程序时，需要将“CPU contains safety program”激活，否则，CPU就是一款普通的CPU，无法处理故障安全的程序。n

图7 设置CPU读/写密码n

接下来组态ET200S的从站。在Profibus DP的硬件目录下，找到ET200S，选择接口模板IM151，将其连接到之前建立的Profibus网络上。其中选择的电机启动器以及其电源模板均是故障安全型的。n

图8 组态ET200S从站n

下面为每个故障安全模板设置参数。n

双击ET200S从站上的电源模板PM-D PROFIsafe，可以看到该模板的参数设置。其中：n

F_dest_address 是系统自动分配给安全型模板的（这里分配的地址是200），做为故障安全系统处理该模板时的寻址地址，该地址对应的DIP开关设置为：0011001000，在该模板侧面有实际的DIP开关，应该按照这里分配的DIP开关进行设置；n

F-monitoring time(ms) 是F-CPU监控F I/O模板的通讯时间，一般也是系统自动分配的，但可以按照系统实际配置进行修改。如需修改时，请参考s7fcotib.xls 文件。该文件可以通过西门子技术支持网站进行下载：support.automation.siemens.comn

图9 电机启动器故障安全型电源模板PM-D F PROFIsafe参数设置n

双击电机启动器模块，设置故障安全参数。
首先是地址参数，这里设置的是I/O地址。n

图10 电机启动器模块地址参数设置n

接下来打开参数设置页面。n

图11 安全型电机启动器参数设置n

其中电压、电流等参数（1）可以根据实际使用的电机的参数进行设置，而其中的一些保护动作（2）也可以根据工业要求进行设定，这里不一一介绍了。
其中与安全相关的设置主要时safety shutdown group（SG）的分配。通过该参数，可以将该电机启动器模板分配一个电源组，以便进行故障安全的电机电源关断动作。每一个模板只能分配一个SG，最多可以分配6个SG。n

图12 安全关断组的分配n

而在故障安全型电机启动器模板的安装底板（TM）上，也有一组用于分配SG的跳线，跳线可以插拔，从而进行硬件的SG分配，而通过硬件设置的SG应该与在软件中分配的SG相一致。n

图13 安装底板（TM）上硬件SG的分配n

图14 SG分配后的底板n

分配SG后，可以选择组诊断。对应故障安全型模板，一般都要求激活诊断选项。n

图15 参数设定结果

据此可以设置其它安全型电机启动器模板的参数。
然后编译保存硬件组态。由于之前在CPU的选项中选中了“CPU contains safety program”选项，因而CPU会对故障安全选项进行单独的编译，因而编译时会出现安全程序的编译进程。如果没有错误，则硬件组态结束。此时，可以先将硬件组态进行下载。

图16 安全程序的编译进程

此时，在SIMATIC Manager下，多出了几个打黄色标签的FB和DB块，这些都是编译后系统生成的安全模块的参数块。

3）程序编制
打开SIMATIC Manager，进行程序编制。
首先新建一个功能FC，创建语言选择F-CALL。

图17 创建F-CALL

然后创建功能块FB，创建语言选择F-FBD。

图18 创建F-FB

为该FB生成一个背景数据块，同样也是F-DB。

图19 创建背景数据块F-DB

此时可以编制F的程序了。关于F 型电机启动器的程序编制非常简单，只需要控制SG的关断状态即可。
双击打开F-FB（例子里是FB1）。

图20 编程控制SG1

在硬件组态中，电源模板PM-D F的输出地址为0..4，其中第0字节就是对应控制SG的地址，因而可以通过程序控制Q0.0 来控制SG1即可。同样，Q0.1~Q0.5则对应SG2~SG6。
当然，对于故障安全型的模板，都可能存在因故障导致的“钝化”，在程序中可以进行监控，以及进行“去钝化”的操作。关于模板“（去）钝化”操作，可在相关文档中查阅相关信息。

图21 程序中进行模板的“钝化”监测以及“去钝化”

保存程序，退回到SIMATIC Manager画面。
选择CPU，在菜单中选择对故障安全程序进行编译。

图22 选择编译F 程序

此时将出现F程序的编译画面。

图23 F程序编译选择

如果项目是第一次进行编译，则首先需要建立F-Runtime group。选择该按钮，新建F运行组。

图24 新建F运行组

这里可以选择系统的F-CALL，以及调用哪个FB中的F程序，包括最大的F程序扫描周期。
选择OK进行确认。然后选择“Compile”进行F程序的编译。

图25 F程序的编译

编译成功后，仍然需要通过F程序编译器中的下载“Download”操作将F程序下载到F-CPU中。

图26 下载F程序

程序下载后，不会马上被执行，还需要在OB35中对F-CALL进行调用，然后CPU才能处理F程序。

图27 调用F-CALL

将OB35下载到CPU中，至此，整个项目可以正常运行。

关键词
故障安全，ET200S, 电机启动器