SIEMENS西门子天水授权代理商

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急停开关、光栅栏和其他元件的布线确保了机器的安全性，目前占据了电缆管道和控制柜中可用空间的主要部分。现场总线技术早该处理有关安全性的信号传输。技术上已经可能实现，但问题是迄今为止还缺少一种独立于制造商而且能保证足够安全的开放式接口。

随着安全技术融入到倍福（Ｂｅｃｋｈｏｆｆ）总线端子系统中，现场总线的优点现在也运用到有关机器和工厂安全的应用程序中。新型ＴｗｉｎＳＡＦＥ总线端子可与ＰＲＯＦＩｓａｆｅ兼容，可运行于独立模式或结合到可靠性控制中。

安全地扩充Ｉ／Ｏ套件

总线端子系统中安全性与Ｉ／Ｏ设备的结合给客户带来了实惠。就部件、装置和用于规划的工作来说，总体解决方案的成本会达到较小。接口数量的减少使系统更容易被理解，而且简化了对所有有关安全性信息的存取。

Ｉ／Ｏ系统中的安全性技术为用户带来新的应用，使机器和设备更加小型化而且更为有效。带有ＴｗｉｎＳＡＦＥ的自动化应用主要提供更高的诊断水平和减少停机时间。用户只需了解一个系统，ＴｗｉｎＳＡＦＥ，而不用多种安全性系统。

对于新型ＴｗｉｎＳＡＦＥ总线端子，利用安全性总线端子很扩展已经过检证的总线端子系统从而替代了所有用于保证安全线路的电缆，倍福提供了这一选择的可能性。安全信号可以不受限制地与标准信号混合。这就省去了设计工作、安装和材料。通过更迅速的诊断和只需替换少量部件，显著地简化了维护。新型ＴｗｉｎＳＡＦＥ总线端子只包括３种基本功能：数字ＫＬ１９ｘｘ输入端子、数字ＫＬ２９ｘｘ输出端子和一个ＫＬ６９００链接单元。这就能够连接所有的通用安全性传感器和执行器，比如急停开关、安全锁定装置、定位开关、双手操作开关、电缆操作开关、光幕、光栅栏和激光扫描器等，还有执行器如接触器、带有倒扳的防护门开关、信号灯或伺服放大器。

基于ＰＲＯＦＩｓａｆｅ的安全概念

ＴｗｉｎＳＡＦＥ总线端子是以新的ＰＲＯＦＩｓａｆｅ标准为基础。从简单到复杂的应用程序连同可与ＰＲＯＦＩｓａｆｅ兼容的故障安全控制都可以实现。Ｐｒｏｆｉｂｕｓ用户组织（ＰＮＯ）在ＰＲＯＦＩｓａｆｅ中建立了一个安全传输数据的文件，它允许安全设备在Ｐｒｏｆｉｂｕｓ网络中运行。ＲＳ４８５总线电缆和布线都不需更换。只执行一种与安全相关和与安全无关的自动化任务的现场总线系统。ＰＲＯＦＩｓａｆｅ可用于达到ＳＩＬ３ ＩＥＣ６１５０８，Ｃａｔ．４ ＥＮ ９５４或ＤＩＮ Ｖ １９２５１ ＡＫ ６的任务。建立的保护机制可以保护数据，以免产生如下错误：重复、丢失、插入、错误排序、讹误的用户数据、延迟、安全相关和安全无关数据相耦合以及不正确的编址。

ＰＲＯＦＩｓａｆｅ提供连续编码的安全报文。在主站和从站，通信被实时监控且被密码所保护。为保护数据的完整性，ＰＲＯＦＩｓａｆｅ使用１６／３２位ＣＲＣ（循环冗余检验）。每个报文较多可传输１２（１６位ＣＲＣ）或１２２字节（３２位ＣＲＣ）的故障安全数据。作为安全报文的一部分，ＰＲＯＦＩｓａｆｅ用户不仅传输用户数据而且传输状态字节或控制字节。通过寿命计数器检验每个报文通信伙伴和的状态。

独立于现场总线的解决方案

使用ＰＲＯＦＩｓａｆｅ的机制将数据安全地保存在一个数据帧中，以避免由于传输路径可能产生的作用。除了Ｐｒｏｆｉｂｕｓ以外，此路径可能包括任何其他的传输系统。作为总线系统来说，ＰＲＯＦＩｓａｆｅ代表必须被连贯无误地传送的小数据块，这对现场总线来说不是特别困难的任务。压缩在总线端子中的安全数据的实现意味着安全数据可用于任何现场总线。一的条件是总线系统中要有合适的总线耦合器。同时将ＰＲＯＦＩｓａｆｅ数据传送到许多不同总线系统的设备特别有助于用户。安全数据因此可以经过不同控制器系统的边界进行交换。

在总线端子中故障安全ＰＬＣ的功能

由于逻辑上将信号结合的可能性十分局限，因此目前使用一个或多个安全中继器的安全性解决方案很昂贵。传统的安全ＰＬＣ既节省空间又容易安装，但其成本要比将驱动器、ＰＬＣ和ＨＭＩ结合起来的高。控制器将这两种途径中的任何一种视为单独的解决方案。能够提供安全控制器状态信息的接口由一些附加接线的数字信号触点构成，或由一个参数化的现场总线接口组成，后者需要相当多的精力去完成。

ＴｗｉｎＳＡＦＥ总线端子和可与ＰＲＯＦＩｓａｆｅ兼容的安全控制器一起运行。从小规模到中等规模的应用系统，安全的输入和输出运行于配有ＫＬ６９００ ＴｗｉｎＳＡＦＥ逻辑总线端子的“非安全”控制器中。高水准的ＰＬＣ、ＣＸ１０００嵌入式ＰＣ、ＢＣ或ＢＸ系列带有直接连接的安全端子，都能作为控制器。ＴｗｉｎＳＡＦＥ逻辑总线端子是安全输入和输出端子之间的链接部件。可以是简单、灵活且经济并达到６４个通道的分散型故障安全控制配置。在最后，链接输入和输出所需的逻辑安全功能作为一个功能块实现并根据应用程序被参数化。因此，对于小型配置，小型故障安全ＰＬＣ的任务可在总线端子系统中进行管理。ＰＬＣ控制器中的接口不再需要额外的费用。通常提供“安全控制器”的所有状况。根据ＩＥＣ ６１５０８或ＥＮ ９５４ Ｃａｔ．４ 和ＤＩＮ Ｖ １９２５１ ＡＫ６，ＫＬ６９００适用于达到ＳＩＬ３（整体安全水平）的应用系统。

通过总线耦合器或现场总线ＴｗｉｎＳＡＦＥ逻辑很容易地参数化。对于ＰＣ，ＴｗｉｎＣＡＴ系统管理程序可作为一个工具。除了ＴｗｉｎＣＡＴ，可通过总线耦合器使用ＫＳ２０００配置软件来配置ＫＬ６９００。参数一旦选用，就安全地保存在端子中，免受电源故障或讹误的影响。存取被密码保护。只有在不被干扰的安全状态下才有可能操作。

在ＰＲＯＦＩｓａｆｅ的基础上使用倍福总线端子，用户现在可以安装和操作综合自动化网络，包括安全相关的应用程序，而且有很高的性能／价格比。ＴｗｉｎＳＡＦＥ系统为安全技术提供开放式的标准硬件和软件接口。通过与各种用户组织的合作，倍福为新技术在方便用户的标准下执行做出了积极的贡献。

单个系统中的标准安全Ｉ／Ｏ

ＫＬ１９０４和ＫＬ１９０８ ＴｗｉｎＳＡＦＥ总线端子都是数字输入端子，分别有四个和八个故障安全通道。通过双通道连接，端子都达到了ＩＥＣ ６１５０８ ＳＩＬ３和ＥＮ ９５４ Ｃａｔ．４或ＤＩＮ Ｖ １９２５１ ＡＫ６的要求。

ＫＬ２９０４ ＴｗｉｎＳＡＦＥ总线端子是一种四通道数字输出端子。它将２４ Ｖ ＤＣ的执行器的开关电流提高到２Ａ。根据ＩＥＣ ６１５０８或ＥＮ ９５４ Ｃａｔ．４和ＤＩＮ Ｖ １９２５１ ＡＫ６，ＫＬ２９０４安全总线端子达到ＳＩＬ３安全标准。如果总线端子检验出错误，它将自动关闭。

ＫＬ２９０１ ＴｗｉｎＳＡＦＥ总线端子是一种集成有断开供电功能的馈电端子。这些馈电端子可被安置在总线端子站的输入和输出端子间的任何位置。电能通过功率触点被传送到子总线端子。这就使分散的电源组在一个总线站中实现。ＫＬ２９０１通过ＰＲＯＦＩｓａｆｅ协议连接可靠控制，而且可以被更高水平的可靠控制关闭。如果端子检验出一个内部错误，也会切断电源。

未来的发展

安全逻辑ＫＬ６９００为安全信号处理领域带来一种新的性能级别：比继电器强，但不敌安全性ＰＬＣ。ＫＬ６９００被限制在较多６４个通道，这是为了降低价格以适合于小型、简单的应用。将几个ＫＬ６９００结合可以增加通道数量。在各种分层的安全信号中使用安全逻辑完**适合工厂的要求。复杂的信号处理和低于５０ｍｓ反应时间的任务还必须由安全性ＰＬＣ完成。

下一步，倍福将提供一种快速安全ＰＬＣ。性能要达到系统总反应时间是２ｍｓ，１ＫＢ命令的链接时间是１００μｓ。开发中的安全ＰＬＣ是一个背负式绕路板，可插入到ＰＣ现场总线卡或是在ＣＸ１０００嵌入式ＰＣ系列中的一个现场总线主站。普遍使用ＩＥＣ６１１３１－３进行编程。与ＰＬＣ的“非安全”部分的连接由系统自动实现。用户认为安全信号是“安全变量”，可以在任何位置连接到程序中。

1 序言
随着通信技术 ,计算机网络技术在工业生产过程中的不断推广和应用 ,工业控制过程对现场信号的采集、传输和数据转换提出了更新更高的要求 ,现有的 DCS 系统和 PLC 系统已经不能满足这些要求。由于数字通信技术、网络技术和微处理器技术的迅猛发展 ,把传统的数字信号和模拟信号混合的系统变成全数字信号系统成为可能 ,现场总线就是在这种背景下产生的 ,并成为当前工业过程控制领域的焦点。Profibus 是德国开发的一种现场总线标准 ,得到欧洲许多大设备制造商的支持 ,并在国际上得到越来越多的推广和应用。然而 ,在工业过程控制现场 ,原有设备大多只具有RS2 3 2 通信接口 ,因此 ,为了在原有设备的基础上实现现场分布式控制 ,必须开发 RS232与PROFIBUS 现场总线的接口单元。本文详细论述了接口单元的硬件实现和软件结构。

2 Profibus 现场总线的基本特性
Profibus 现场总线具有物理层 ,数据链路层和应用层。它基于令牌协议加主从总线的介质存取方式 ,主站以主从方式与从站通信 ,各主站之间由令牌协议决定总线控制权 ,令牌协议的制定包含**级、状态转移和令牌移交等技术问题。

Profibus 现场总线的物理层遵循 RS485 标准 ,速率为 9. 6 ～ 50 0 k Baud, 传输较长距离为4800 m,较多可支持120个站点的可靠数据通信 3 接口单元的主要功能特性接口单元的主要功能是使具有RS232接口的现场设备作为从站与 PROFIBUS 现场总线连接 ,从而使各个不相容的现场设备实现开放互连通信 ,接口单元遵循 PROFIBUS 的物理层 ,数据链路层和应用层标准 ,并给用户提供应用层接口。

3 　接口单元的主要功能特性
接口单元的主要功能是使具有 RS232接口的现场设备作为从站与 Profibus 现场总线连接 ,从而使各个不相容的现场设备实现开放互连通信 , 接口单元遵循 PROFIBUS 的物理层 ,数据链路层和应用层标准 ,并给用户提供应用层接口。

4 　硬件实现
接口单元的硬件原理如图 4— 1 所示 ,接口单元的核心为inbbb 公司生产的16位微处理器 80 C1 96,主频为 12 MHz; 用 82 51 USART 和 MAX2 3 2 发送 / 产生 RS232接口,并用 751 76 光电耦合发送 / 产生与 Profibus 现场总线相连的 RS485 接口,考虑到标准PROFIBUS 的传输速率,微处理器外部时钟输入通过82 54 定时器接入8MHz 的外部时钟 ; 时钟例行程从64K 的EPROM装入16K的RAM 。从站接口单元用一片2K的 ZPRAM 来存储通信参数设置,比如总线参数 ,通信关系表和重要事件等。参数的设置可以由 PC 机或便携式电脑通过 RS2 3 2 接口来实现。在参数设置期间 ,使用跨接线关闭 PROFIBUS/ RS2 3 2 运行方式 , 从站和 PROFIBUS 的状态可以分别由一个两位数字显示器和一个LED来实现。

5 　从站接口单元的软件结构
在上述硬件的基础上,我们就可以着手开发从站单元的软件,这里必须申明 ,上述的硬件结构同样支持主站 ,从站接口单元软件包除包含Profibus现场总线的物理层、链路层和应用层外,还包括应用层接口。