SEW变频器MOVIfit的PLC组态/S11安全控制设置流程分享

EBOX电子功率单元

功能：改变电压及频率,SEW程序部分,初始化及IPOS程序(AM1001).

ABOX通讯接线单元

功能：变频器接线、与EBOX连接通讯,PN网卡/安全模块S11.

PN通讯转换模块

功能：铜缆网络电信号转换成光纤.

该端子只有配PROFIsafe卡的S11模块才有效

PROFIsafe选件S11B安全设计

• PROFIsafe选件S11B属于内置的安全电气组件，配有安全数字输入和输出端（F- DI、F-DO）。

组件的安全设计以所有安全过程值都存在一个安全状态为基础。

在PROFIsafe选件S11B上，所有数字输入端F-DI和数字输出端F-DO的安全状态值为“0”。

• 借助合适的监控机制，通过双通道冗余系统结构可以满足EN 61508级别标准SIL3和EN ISO 13849-1功能等级e的要求。

识别出故障后，系统将通过转入安全状态来做出响应。

因此，安全功能通过安全输入端和输出端与上级安全控制器之间的PROFIsafe通讯来实现。

•24 V变频器电源可以通过安全数字输出端F-DO_STO来切断，从而实现驱动装置安全停止。

另请遵守前面提到的MOVIFIT‑FC安全设计和手册内所有的安全技术规定   和安装规定。

MOVIFIT-FC方框电路图

STO (Safe Torque Off)－ 安全扭矩关断

STO     功能启用时，变频器不向电机送电。驱动装置无法生成扭矩。此安全功能相当于EN 60204-1停止类别0的非受控停机。

必须通过一台合适的外部安全控制器/安全继电器切断 STO输入端。

v = 速度

t = 时间

t1 = STO 功能启动的时间点

S11安全控制SEW负载启动：

下面的接线图说明了为保证安全切断MOVIFIT‑FC驱动装置应如何接线。

短接S11安全回路 ：给EBOX安全控制电源供电X29的5,6需要24V短接电源

MOVIFIT的安全S11的控制原理电路图，安全电路控制逆变电路的控制电源，从而切断电机的电源。

电机的接法

LED指示灯“F-STATE”

绿色长亮	PROFIsafe选件S11B正在与F- Host进行周期性数据交换 (Data-Exchange)。 正常运行状态。
红色长亮	安全部件内故障状态。缺少24V_O电源电压。
熄灭	PROFIsafe选件S11B正处于初始化阶段。 PROFIsafe选件S11B选件不存在或总线主控部件内没有相应组态 （插槽1是空的）。
红色/绿色 闪烁	安全部件内有故障，故障原因已排除，要求确认。

LED指示灯“STO”

黄色长亮	驱动装置处于“已安全消除扭矩”状态（“STO激活”）。
熄灭	驱动装置未处于“已安全消除扭矩”的状态（“STO未激活”）。

通过PROFIsafe选件S11B进行调试

PROFIsafe地址的设置

在带有PROFIsafe选件S11B的MOVIFIT接通24V电压后，必须借助MOVITOOLSMotionStudio软件对PROFIsafe设备地址（= F目标地址）进行设置。允许的地址范围为1至65534。

请注意，设备上的设置必须与总线主控设备配置软件（例如西门子STEP7      HW Config）内设置的PROFIsafe地址一致。

MOVITOOLSMotionStudio软件内的PROFIsafe设备地址（= F目标地址）的设置通过MOVIFIT过程数据监视器来实现，见下图：

PROFIsafe选件在STEP7内的配置

为确保带PROFIsafe选件的MOVIFIT设备运行顺利，STEP7内的配置和参数设置要求必须使用5.4版本以上的选件包“DistributedSafety”。

1.    请确保安装了最新版本的GSDml文件。

2.    在针对PROFINET           IO进行总线配置时，请按照软件手册《MOVIFIT功能级别Classic...》和《MOVIFIT功能级别Technology...》内的说明进行操作。

3.    请在插槽（“Slot”）1上对模块“I/OF模块（2个字节）”进行工程设计，然后输入所需的I/O或外围设备地址。下图示例性地显示了使用PROFINET版本时在功能级别“Classic”下MOVIFIT-FC的工程设计。

4.  为PROFIsafe选件进行参数设定。

为PROFIsafe选件S11B进行参数设定

在MOVIFIT的插槽1上选择F模块。

点击F模块并在上下文菜单中选择条目“PROFIsafe”。在标签卡“General”     (常规)下选择条目“PROFIsafe”。下图示例性地阐述了已参数化的PROFIsafe选件S11B的属性。

在现场总线或网络系统启动的过程中，针对PROFIsafe的运行，总线主控设备会以F参数组的形式向MOVIFIT的PROFIsafe选件发送与安全运行有关的参数。

这些参数在选件内接受可靠性检查。

只有在F参数组顺利通过检查后，PROFIsafe选件才开始与总线主控设备进行数据交换 (DataExchange)。

下表介绍了发送给PROFIsafe选件的安全参数。对于PROFINET       IO，可以使用以下参数：

PROFIsafe F-参数	PROFINET  IO
F_Check_SeqNr	不存在
F_SIL	固定
F_CRC_Length	固定
F_Par_Version	固定
F_Source_Add	固定
F_Dest_Add	可调
F_WD_Time	可调

参数“F_SIL”

借助该参数，F设备可检查安全等级是否与F-Host一致。视风险高低而定，针对这些安全相关的情况，安全电路分为不同的安全等级（SIL1至SIL 3，SIL= Safety-Integrity- Level）。

PROFIsafe选件S11B支持以下设置：

•F_SIL = SIL 3

参数“F_CRC_Length”

不同的F用户数据（过程值）长度和不同的PROFIsafe版本要求不同的CRC检验值长度。该参数向F组件告知安全报文内预期的CRC2关键数据长度。

参数“F_Par_Version”

该参数用于识别PROFIsafe选件S11B中所支持的PROFIsafe版本。对于PROFINET规格，支持PROFIsafe V2。

参数“F_Source_Add” PROFIsafe地址用于源 (F_Source_Add) 和目标 (F_Dest_Add) 的明确识别。

在网络和站点范围内，源地址和目标地址的组合必须唯一。

源地址F_Source_Add的分配取决于主控设备的工程设计，该分配通过STEP7自动完成。

参数“F_Dest_Add” 该参数用于输入事先在MOVIFIT设备上通过MOVITOOLS        MotionStudio软件设定的PROFIsafe地址。

参数“F_Dest_Add”允许的值范围在1和65534之间。

参数“F_WD_Time”

该参数决定PROFIsafe安全选件S11B的监控时间。

在监控时间内，系统必须收到来自F-CPU的当前有效安全报文。否则PROFIsafe选件S11B转入安全状态。

在设置监控时间时，一方面，监控时间必须足够长，以允许通讯过程中出现一定的报文延迟，另一方面，必须足够短，以确保设备安全运行。

针对PROFIsafe选件S11B，可在1      ms到65535     ms的范围内以1     ms的步幅设置参数“F_WD_Time”。

PROFIsafe选件S11B在STEP7中的F外围设备访问

为实现安全通讯，PROFIsafe选件S11B共需要6个字节用于传输PROFIsafe报文，在过程图像中也相应地占据6个字节位置。其中2个字节（= 16 Bit）用于实际安全I/O数据

（F用户数据），剩余的4个字节用于报文保护（参照PROFIsafe规定，“PROFIsafe- Header”）。

	地址	图标	数据类型	功能	预设
可以控制的变量	DBX0.0	“F00008_198.PASS_ON”	Bool	1  = 激活钝化	0
	DBX0.1	“F00008_198.ACK_NEC”	Bool	1  = S11B处需要再集成确认	1
	DBX0.2	“F00008_198.ACK_REI”	Bool	1  = 再集成确认	0
	DBX0.3	“F00008_198.IPAR_EN”	Bool	再参数化变量（不受PROFIsafe选件S11B支持）	0
可以评估的变量	DBX2.0	“F00008_198.PASS_OUT”	Bool	执行钝化。	1
	DBX2.1	“F00008_198.QBAD”	Bool	1  = 输出替换值	1
	DBX2.2	“F00008_198.ACK_REQ”	Bool	1  = 再集成确认要求	0
	DBX2.3	“F00008_198.IPAR_OK”	Bool	再参数化变量（不受PROFIsafe选件S11B支持）	0
	DBB3	“F00008_198.DIAG”	字节	维护信息

PROFIsafe选件S11B的F用户数据

PROFIsafe F用户数据内各个数位的含义

F用户数据的编码遵循“PROFIdriveon PROFIsafe ”V1.0规定（PNO Order No. 3.272）。其中指定的“ROFIdriveSafety Block 1”映射到字节0。字节1与制造商有关，在S11B选件上用于安全输入端和输出端。

输出数据  

	字节	位	名称	默认	功能	备注
[3]	0	0	STO	0	驱动装置安全断路“Safe Torque  Off”	0-活跃
		1 ~ 7	无	0	保留	不要使用！
[2]	1	0	F-DO00	0	安全数字输出端0	无
		1	F-DO01	0	安全数字输出端1
		2 ~ 7	无	0	保留	不要使用！
[1]	2 ~ 5	无	无	无	保留，用于保存PROFIsafe报文	无

    输入数据  

	字节	位	名称	默认	功能	备注
[4]	0	0	POWER_REMOVED	0	反馈安全数字输出端F-DO_STO接通 – “Power removed”	1-活跃
		1 ~ 7	无	0	保留	不要使用！
[5]	1	0	F-DI00	0	安全数字输入端0	无
		1	F-DI01	0	安全数字输入端1
		2	F-DI02	0	安全数字输入端2
		3	F-DI03	0	安全数字输入端3
		4 ~ 7	无	0	保留	不要使用！
[6]	2 ~ 5	无	无	无	保留，用于保存PROFIsafe报文	无

PROFIsafe选件S11B的故障状态

安全部件内的故障

PROFIsafe选件S11B可以识别一系列内部和外部故障（在安全数字输入端/输出端 上）。故障类型、具体的故障反应及排除措施说明参见章节“PROFIsafe选件S11B的故障列表”。安全部件内有故障时，PROFIsafe选件S11B通常会钝化模块并用替换值取代过程值。期间，所有的安全过程值（F-DI和F-DO）被设为“0”（→安全状态）。

排除故障后，PROFIsafe选件S11B再集成通过用户确认来进行。

再集成结束后，安全数字输入端 (F-DI) 上的过程值可以使用，准备好的输出值被传输至安全数字输出端 (F-DO.)。

PROFIsafe超时

在PROFIsafe安全通讯出现中断或延迟时，PROFIsafe选件S11B在设定的监控时 间“F_WD_Time”（参见F参数说明）结束后会同样钝化模块并转入安全状态。在安全控制器内，监控时间结束后相关的模块被钝化，从属的安全过程值被设为“0”（→安全状态）。

通常在钝化状态下，相关模块的再集成必须通过用户确认来进行  

PLC负载控制：组态movifit

双击打开MOVIFIT的属性界面，对设备名称及IP地址进行编辑，然后复制设备名称，设备编号要与IP地址最后一位一致。

变频器参数设定中的安全目标地址必须与PLC组态的安全选件的目标地址一致。

PROFIsafe设备地址（= F目标地址）的设置

将带PROFIsafe选件S11的MOVIPRO与DC24V电源连接后，必须用MOVITOOLSMotionStudio设置PROFIsafe设备地址（=  F目标地址）。允许的地址范围为1至65534。

请注意，设备上的设置必须与总线主控设备配置软件（例如西门子STEP7HW Config）内经参数化的PROFIsafe地址一致。

PROFIsafe选件S11在STEP7内的工程设计

•请确保安装了最新版本的GSD文件。

•请在插槽（“Slot”）1上对模块“FmoduleI/O(2bytes)”进行工程设计，然后输入相应的I/O或外围设备地址。下图示例性地显示了使用PROFINET版本时在功能级别“Classic”下MOVIPRO的工程设计。

•然后必须对PROFIsafe选件S11进行参数设定。

PROFIsafe选件S11的参数设定

在MOVIPRO的插槽1上选择F module。

借助上下文菜单（鼠标右键）打开菜单项“Properties”，然后选择标签卡“PROFIsafe”或“F parameters”。下图举例显示PROFIBUS设备。

可以控制的变量	DBX0.0	“F00008_198.PASS_ON”	Bool	1  = 激活钝化	0
	DBX0.1	“F00008_198.ACK_NEC”	Bool	1 = PROFIsafe选件S11再集成要求复位确认	1
	DBX0.2	“F00008_198.ACK_REI”	Bool	1  = 再集成确认	0
	DBX0.3	“F00008_198.IPAR_EN”	Bool	再参数化变量（不受 PROFIsafe选件S11✯持）	0
可以分析的变量	DBX2.0	“F00008_198.PASS_OUT”	Bool	执行钝化	1
	DBX2.1	“F00008_198.QBAD”	Bool	1  = 输出替换值	1
	DBX2.2	“F00008_198.ACK_REQ”	Bool	1  = 再集成确认要求	0
	DBX2.3	“F00008_198.IPAR_OK”	Bool	再参数化变量（不受 PROFIsafe选件S11✯持）	0
	DBB3	“F00008_198.DIAG”	字节	维护信息

PROFIsafe选件S11控制举例

下面用于PROFIsafe选件S11安全功能控制说明的例子以下列前提条件为基础：

•已建立一个安全程序和一个过程组，

•存在F控制程序单元。

安全功能和F外围设备的控制及对外围设备反馈信息的分析计算在示例中通过标志实现。

注意，在STEP7内标志只允许用于标准用户程序和安全程序联结。标志不能用作F 数据缓存器。

地址	图标	标志	含义
E8.0          S11_PowerRemove  d		M 8.0	反馈安全输出端接通。
A 8.0	S11_STO	M 80.0	驱动装置安全停止
DB811.DBX0.0	"F00008_198".PAS S_ON	M 10.0	激活S11钝化
DB811.DBX0.1	"F00008_198".ACK _NEC	M 10.1	S11再集成参数参数设定
DB811.DBX0.2	"F00008_198".ACK _REI	M 10.2	激活S11用户复位确认
DB811.DBX2.0	"F00008_198".PAS S_OUT	M 10.3	存在S11钝化
DB811.DBX2.1	"F00008_198".QBA D	M 10.4	S11内存在故障
DB811.DBX2.2	"F00008_198".ACK _REQ	M 10.5	说明S11再集成是否要求用户复位确 认。

反应时间

在设备和机器安全功能的设计和应用中，反应时间占据重要的地位。在根据安全功能的要求确定反应时间时，必须将整个系统（从传感器或控制设备到执行器）纳入考虑范围。下列时间起决定作用：

•相连传感器的响应时间

•安全输入端的内部反应时间（滤波时间 + 处理时间）

•PROFIsafe循环周期

•安全控制器的处理时间（循环周期）

•PROFIsafe监控时间“F_WD_Time”

•PROFIsafe选件S11的内部反应时间

•执行器的反应和开关时间

PROFIsafe选件S11的故障列表

故障代码/名称		反应	原因	措施
00	无故障	无	无	无
01	内部过程故障	•      F-DO_STO = 0 •      PROFIsafe选件S11 钝化	安全电子元件受到干扰，可能受EMC影响	•       检查设备安装情况 (EMC) •      切断并重新接通24V 电压 •       再集成PROFIsafe选件S11
02	内部系统故障
03	通讯故障		PROFIsafe通讯受到干扰	•       检查工程设计（例如PROFIsafe 监 控 时 间） •       再集成PROFIsafe选件S11
04	电子设备供电故障		电子元件电源在规定的极限范围外	•       检查设备安装情况 (EMC) •      切断并重新接通24V 电压 •       再集成PROFIsafe选件S11

故障代码/名称		反应	原因	措施
50	安全输出端 (F‑DO_STO) 内部故障	•      F-DO_STO = 0 •      PROFIsafe选件S11 钝化	安全电子元件受到干扰，可能受EMC影响	•       检查设备安装情况 (EMC) •      切断并重新接通24V 电压 •       再集成PROFIsafe选件S11
51	安全输出端 (F- DO_STO) 短路		•      24V电源或参考电位短路 •      F-DO_STO_P和F- DO_STO_M之间短路	•       检查设备安装/布线并排除短路故障 •       再集成PROFIsafe选件S11
52	安全输出端 (F- DO_STO) 过载		F-DO_STO过载（电流过高！）	•       检查设备安装/布线并排除过载故障 •       再集成PROFIsafe选件S11
111	内部通讯故障	•      F-DO_STO = 0 •      PROFIsafe选件S11 钝化	安全电子元件受到干扰，可能受EMC影响	•      检查设备安装情况 (EMC) •      切断并重新接通24V 电压 •       再集成PROFIsafe选件S11
127	PROFIsafe选件S11初始化故障	•      F-DO_STO = 0 •      PROFIsafe选件S11 钝化	•      F_Dest_Add为零 •      PROFIsafe选件S11 与需要的（工程设计的）安全功能不符	•       通 过 MOVITOOLS  MotionStudio将F_Dest_Add调整到经工程设计后的值。

审核编辑：刘清