الکترون. ماژول 6ES7138-4FB04-0AB0 6ES7 138-4FB04-0AB0 6ES7138-4FBO4-OABO

زیمنس 6ES7138-4FB04-0AB0 ∙ SIMATIC ET 200S ماژول الکترونیک 4 F-DO PROFIsafe، 24VDC / 2A، PL E (ISO 13849) ، SIL 3 (IEC 61508) ، 30mm، PROFIBUS DP / PROFINET با IM 151-3 HF

مرور کلی ️ خروجی های دیجیتال ایمن در معماری ET 200S

درزیمنس 6ES7138-4FB04-0AB0is a four-channel fail-safe digital output module for the SIMATIC ET 200S distributed I/O system — one of the most compact hardware implementations of certified safety output switching available for PROFIBUS-connected systems.

در حالی که ماژول های خروجی دیجیتال استاندارد به سادگی 24VDC را با دستور PLC به محرک ها تغییر می دهند، ماژول F-DO یک لایه کامل از خود نظارت، مقایسه میان کانال را اضافه می کند. and certified fault-response behaviour that allows the system to demonstrate to certification bodies that the safety function — cutting power to a hazardous actuator — is achieved with a quantified probability of failure that meets SIL 3 or PL e requirements.

این ماژول متعلق به عصر I / O ایمنی توزیع شده است که نحوه اجرای ایمنی عملکردی در اتوماسیون فرآیند و ماشین آلات را در طول دهه های 2000 و 2010 تغییر داد.قبل از اینکه PROFIsafe امنیت توزیع شده I / Oبرای دستیابی به SIL 3 ، انتقال خروجی نیاز به رله های ایمنی هارد وایر اختصاص داده شده دارد.

با ماژول های دارای قابلیت PROFIsafe مانند 6ES7138-4FB04-0AB0، عملکرد ایمنی در یک ماژول 30 میلی متری در ایستگاه ET 200S قرار دارد،با ارتباطات ایمنی که توسط پروفایل PROFIsafe اداره می شود که از طریق کابل استاندارد PROFIBUS DP که در حال حاضر داده های استاندارد I / O را حمل می کند، اجرا می شود.

گواهینامه ایمنی از طریق ترکیب معماری داخلی نظارت بر خطا ماژول و اقدامات ایمنی پروتکل ارتباطی PROFIsafe حاصل می شود.

مشخصات کلیدی

PL e و SIL 3

رتبه بندی های یکپارچگی ایمنی 6ES7138-4FB04-0AB0 برچسب های بازاریابی نیستند آنها ارزیابی های کمی از احتمال عدم انجام عملکرد ایمنی ماژول در صورت تقاضا هستند.

IEC 61508 سطح یکپارچگی ایمنی 3 (SIL 3) را به عنوان احتمال خرابی خطرناک در تقاضا (PFD) در محدوده 10-4 تا 10-3 در سال برای عملکردهای ایمنی حالت کم تقاضا تعریف می کند.احتمال اینکه خروجی در هنگام دستور از انرژی خارج شود بین 0 است.01٪ و 0.1٪ در سال

EN ISO 13849-1 Performance Level e (PL e) corresponds to a probability of dangerous failure per hour (PFHd) below 10⁻⁷ — below one dangerous failure per 10 million hours for continuous and high-demand mode functions.

دستیابی به SIL 3 یا PL e با یک ماژول خروجی واحد نیاز به افزایشی و پوشش تشخیصی در درون خود ماژول دارد. در 6ES7138-4FB04-0AB0،هر کانال خروجی از یک معماری سوئیچینگ دو کانال استفاده می کند: دو سوئیچ نیمه هادی مستقل (معمولا یک دستگاه P-channel و یک دستگاه N-channel در سری)یا دو ترانزیستور سوئیچینگ مستقل با نظارت متقابل) که هر دو باید برای فعال کردن خروجی موافقت کنند.

اگر یک سوئیچ در هنگام دستور باز نشود، دیگری خطا را می گیرد و خروجی را به حالت امن (بی انرژی) مجبور می کند.

سیستم تشخیصی داخلی ماژول به طور مداوم هر دو سوئیچ را برای مدار کوتاه، مدار باز،و نقص های مدار متقاطع: تشخیص نقص هایی که از قطع انرژی ایمن جلوگیری می کنند قبل از اینکه خطرناک شوند.

هنگامی که یک خطا تشخیص داده می شود، ماژول آن را از طریق PROFIsafe به F-CPU گزارش می دهد که می تواند پس از آن پاسخ ایمنی مناسب را آغاز کند (استقرار حالت امن، تحریک یک آلارم،ثبت حادثه خطا).

PROFIsafe ️ لایه ارتباطات ایمنی

PROFIsafe یک پروفایل برنامه کاربردی PROFIBUS/PROFINET است که دارای گواهینامه IEC 61784-3-3 است و یک لایه ارتباطی ایمنی را در بالای ساختار استاندارد PROFIBUS یا PROFINET اضافه می کند.

در حالی که تلگرام استاندارد PROFIBUS داده های I / O را بین استاد DP و ایستگاه ET 200S بدون هیچ تضمینی از ایمنی حمل می کند،تلگرام PROFIsafe CRC را اضافه می کند (بررسی بی ثباتی چرخه ای) که بر روی داده های ایمنی و یک شماره توالی محاسبه می شود، به علاوه یک مکانیسم زمان بندی نگهبان اطمینان از اینکه داده های خراب شده، بسته های قدیمی تکرار شده و بسته های از دست رفته به طور ایمن شناسایی و پاسخ داده می شوند.

ماژول F-DO بر روی ET 200S، تلگرام های PROFIsafe را با F-CPU (CPU بی عیب) مبادله می کند.F-CPU برنامه ایمنی را اجرا می کند که در STEP 7 F-FBs نوشته شده است (بلاک های عملکرد ایمن با استفاده از کتابخانه های برنامه نویسی استاندارد F) و دستورات خروجی را از طریق PROFIsafe به F-DO ارسال می کند..

اگر ارتباطات PROFIsafe از دست رفته باشد (خطای کابل، قطع ایستگاه، خطای CRC)F-DO به طور خودکار خروجی های خود را به حالت امن (بی انرژی) بدون انتظار برای یک فرمان CPU انتقال می دهد.

This "de-energise on communication loss" behaviour is fundamental to the PROFIsafe profile and is what allows safety functions to be implemented over standard fieldbus infrastructure without the fieldbus itself requiring intrinsic safety certification.

عرض 30 میلی متری و الزامات ویژه ماژول ترمینال

The 6ES7138-4FB04-0AB0's 30mm module width (double the standard 15mm) is driven by the more complex internal electronics required for dual-channel output architecture and comprehensive self-diagnostics.

عرض اضافی برای انتقال ترانزیستور دوم در هر کانال، مدار کنترل متقاطع،و مدارهای تولید پالس تست مورد نیاز برای تمرین دوره ای مسیر سوئیچ و تأیید اینکه هر ترانزیستور واقعا می تواند باز و بسته شود.

مهمتر از همه، ماژول F-DO بر روی ماژول پایانی استاندارد ET 200S نصب نمی شود.

این مورد نیاز به ماژول قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعات قطعاتماژول های پایانی استاندارد TM-P یا TM-E با ماژول های F-DO سازگار نیستند و نمی توانند جایگزین TM-PF30S47-F1 شوند..

این یک جزئیات مهم در مورد خرید است: هنگام تهیه یک جایگزین 6ES7138-4FB04-0AB0،ماژول ترمینال مربوطه باید تأیید شود اگر از ساخت اولیه در ایستگاه نصب شده باشد.، وقتی ماژول الکترونیکی F-DO تعویض می شود، در محل خود باقی می ماند؛ اگر ماژول پایانی نیز آسیب دیده باشد یا نیاز به تعویض داشته باشد، TM-PF30S47-F1 باید به صورت جداگانه تهیه شود.

سازگاری PROFINET از طریق IM 151-3 PN HF

در حالی که حالت عملیاتی استاندارد ET 200S از ماژول های رابط IM 151-1 یا IM 151-3 در PROFIBUS DP استفاده می کند،6ES7138-4FB04-0AB0 همچنین با ماژول رابط IM 151-3 PN HF (High Feature PROFINET) سازگار است.، که اجازه می دهد ایستگاه ET 200S از طریق PROFINET IO به جای PROFIBUS DP متصل شود.

در پیکربندی های PROFINET که از IM 151-3 PN HF استفاده می کنند، ماژول F-DO همچنان از طریق PROFIsafe ارتباط برقرار می کند اما اکنون از طریق رسانه PROFINET به جای PROFIBUS.

گواهینامه ایمنی در حالت PROFINET معتبر باقی می ماند؛ اقدامات ایمنی پروتکل PROFIsafe به طور یکسان در هر دو لایه حمل و نقل PROFIBUS و PROFINET اعمال می شود.

این سازگاری PROFINET اجازه می دهد تا ماژول F-DO در سیستم های ایمنی جدید طراحی شده بر اساس معماری PROFINET گنجانده شود.و اجازه می دهد ایستگاه های موجود ET 200S F-DO با اتصال PROFINET با تغییر تنها ماژول رابط مجهز شوند، بدون لمس کردن ماژول F-DO یا سیم کشی ماژول پایانی آن.

سوالات عمومی

سوال 1: تفاوت بین یک ماژول خروجی دیجیتال ET 200S استاندارد و این ماژول F-DO ایمن از نظر سیم کشی، برنامه نویسی و الزامات صدور گواهینامه چیست؟

تفاوت ها در تمام سه ابعاد قابل توجه هستند.

در سیم کشی: یک ماژول استاندارد DO دارای یک ترمینال خروجی واحد در هر کانال است؛ خروجی ماژول F-DO از طریق یک معماری دو سوئیچ داخلی هدایت می شود،اما از دیدگاه سیم کشی میدان، خروجی به عنوان یک ترمینال 24 ولت واحد و یک ترمینال مشترک به نظر می رسد..

با این حال،برخی از کاربردهای ایمنی نیاز به 2oo2 (دو از دو) رای گیری در سیم کشی میدان دارند که بار را به صورت سری با دو کانال F-DO متصل می کند تا هر دو باید برای بار فعال شوند.ماژول ترمینال TM-PF30S47-F1 پیکربندی مناسب سیم کشی را برای معماری های ایمنی F-DO فراهم می کند.

در برنامه نویسی: ماژول های استاندارد DO به عنوان بایت های خروجی عادی در تصویر فرآیند، نوشته شده توسط دستورالعمل های استاندارد STEP 7 در OB کاربر استاندارد خطاب می شوند.ماژول های F-DO به طور انحصاری در برنامه ایمنی مورد توجه قرار می گیرند، که در محیط اجرای اختصاصی F CPU در یک OB ایمنی جداگانه (معمولا OB35 یا OB ایمنی پیکربندی شده) اجرا می شود.بلوک های برنامه ایمنی باید با استفاده از F-FB های زیمنس از کتابخانه F ایجاد شوند و فقط می توانند توسط مهندسانی که آموزش برنامه نویسی مرحله 7 ایمنی زیمنس را تکمیل کرده اند برنامه ریزی شوند.

در صدور گواهینامه: ماژول های استاندارد DO دارای گواهینامه ایمنی نیستند و نمی توانند در توابع ایمنی استفاده شوند.

گواهینامه SIL 3 / PL e ماژول F-DO در راهنمای ایمنی آن (که توسط Siemens ارائه شده است) مستند شده است که محدودیت های معماری، الزامات پوشش تشخیصی،و فواصل تست اثبات مورد نیاز برای دستیابی به هر سطح صدور گواهینامه در یک برنامه واقعی.

یکپارچه ساز سیستم باید تأیید کند که ترکیب F-CPU، PROFIsafe و F-DO با SIL/PL مورد نیاز برای عملکرد ایمنی خاص که در حال اجرا است مطابقت دارد.

سوال2: در صورت شکست ارتباطات PROFIBUS DP بین F-CPU و ایستگاه ET 200S حاوی ماژول F-DO، چه اتفاقی برای خروجی F-DO می افتد؟

شکست در ارتباط یکی از اساسی ترین رفتارهای ایمنی PROFIsafe را ایجاد می کند.

هنگامی که استاد DP PROFIBUS (مواصفات DP F-CPU) ارتباط با ایستگاه برده ET 200S را از دست می دهد به دلیل خطای کابل، خطای پایان دادن به اتوبوس، از دست دادن قدرت ایستگاهیا هر علت دیگری که مانع از رسیدن تلگرام های معتبر PROFIsafe به ماژول F-DO می شود.

پس از انقضا، ماژول بدون قید و شرط تمام چهار خروجی F-DO را خاموش می کند و بدون انتظار یک دستور صریح از CPU (که دیگر نمی تواند به آن برسد) وارد حالت امن می شود.این رفتار غیرفعال شکست به امن یک نیاز اصلی از پروفایل PROFIsafe و چارچوب IEC 61508 است.

F-runtime CPU به طور همزمان از دست دادن ارتباطات را تشخیص می دهد و پاسخ مناسب برنامه ایمنی را ایجاد می کند (معمولاً به STOP یا منطق خاموش کردن امن تغییر می کند).خروجی های F-DO تا زمان برقراری ارتباط خاموش باقی می مانندوضعیت ماژول بررسی می شود و برنامه ایمنی به طور صریح خروجی ها را از طریق یک عمل یا توالی دوباره راه اندازی توسط اپراتور فعال می کند.

هیچ فعال سازی مجدد اتوماتیک خروجی F-DO پس از خرابی ارتباطات وجود ندارد.حتی پس از برقراری ارتباط دوباره، نیاز به فعال سازی مجدد عمدی برای تأیید اینکه شرایط امن تأیید شده است.

سوال 3: آیا این بدان معنی است که هر برنامه ای که از این ماژول F-DO استفاده می کند به طور خودکار SIL 3 را به دست می آورد یا الزامات اضافی وجود دارد؟

مجوز ماژول یک شرط لازم اما کافی برای دستیابی به SIL 3 در یک برنامه ایمنی واقعی است.

این ماژول معماری سخت افزاری و پوشش تشخیصی را برای پشتیبانی از SIL 3 فراهم می کند، اما کل عملکرد ایمنی ابزار (SIF) از محرک نهایی به F-DO،از طریق ارتباطات PROFIsafe، از طریق برنامه ایمنی F-CPU، از طریق منطق ایمنی، به سنسور شروع باید به عنوان یک حلقه ایمنی کامل ارزیابی شود.

الزامات اضافی کلیدی عبارتند از: استفاده از یک F-CPU با قابلیت SIL 3 با تحمل خطای سخت افزار مناسب؛ استفاده از PROFIsafe بر روی PROFIBUS با پیکربندی که الزامات زمان بندی PROFIsafe را برآورده می کند؛نوشتن برنامه ایمنی با استفاده از F-FB های گواهی یافته مطابق با محدودیت های برنامه نویسی در کتابچه راهنمای ایمنی زیمنس· انجام محاسبات یکپارچگی ایمنی (PFD/PFHd) برای کل حلقه ایمنی با استفاده از نرخ شکست از دستورالعمل ایمنی هر جزءاجرای تست های ثابت در فاصله ای که در راهنمای ایمنی مشخص شده استو اطمینان از اینکه مهندسی برنامه توسط مهندسان ایمنی عملکردی واجد شرایط انجام می شود (به طور ایده آل FSEs گواهینامه TÜV).

راهنمای ایمنی 6ES7138-4FB04-0AB0 که از Siemens Industry Online Support در دسترس استمرجع معتبر برای تمام این الزامات است و باید به عنوان بخشی از هر گونه توسعه برنامه ایمنی بررسی شود..

سوال 4: مکانیسم پالس آزمایش در F-DO چگونه کار می کند و آیا می تواند باعث وقفه های خروجی کوتاه شود که ممکن است با بار های متصل تداخل داشته باشد؟

ماژول F-DO به طور دوره ای پالس های آزمایش را تولید می کندپالس های کنترل شده از انرژی در هر کانال خروجی برای تأیید اینکه ترانزیستورهای سوئیچینگ خروجی به درستی کار می کنند و در صورت دستور می توانند از انرژی خارج شوند.

این یک مکانیسم تشخیصی استاندارد در ماژول های خروجی بی خطر است که برای دستیابی به پوشش تشخیصی (DC) مورد نیاز برای SIL 3 / PL e مورد نیاز است.پالس های آزمایش به طور معمول در محدوده مایکرو ثانیه هستند به اندازه کافی کوتاه هستند که بار متصل (یک رله ایمنی)، اسپری تماسگر یا سولنویید) وقت ندارد تا در طول پالس انرژی را از بین ببرد و دوباره انرژی را ایجاد کند ، زیرا بی وقفه الکترومغناطیسی بار مانع از تغییر حالت در چنین وقفه های کوتاه می شود.

با این حال، این به ویژگی های بار بستگی دارد: بار با زمان پاسخ بسیار سریع (برخی از دستگاه های الکترونیکی با حداقل حثیت) ممکن است نبض آزمایش را به عنوان یک خرابی کوتاه تشخیص دهد. The F-DO module's Safety Manual specifies the maximum test pulse duration and the minimum load inductance / response time required to ensure that test pulses do not cause nuisance switching of the load.

برای اکثر اسپری های رله ایمنی و تماسگرهای الکترومکانیکی مورد استفاده در ماشین آلات و تجهیزات فرآیند، طول نبض آزمایش بسیار کمتر از زمان ترک اسپری است.و هیچ گونه تداخل با کار بار رخ نمی دهد.

Q5: این ماژول در اکتبر 2020 متوقف شد. جایگزینی توصیه شده برای نصب های جدید چیست و آیا می توان واحدهای موجود 6ES7138-4FB04-0AB0 را با قطعات معدنی نگهداری کرد؟

برای طرح های جدید اتوماسیون ایمنی، زیمنس سیستم SIMATIC ET 200SP Distributed I/O را با ماژول های مناسب F-DQ (Output Digital Fail-Safe) توصیه می کند.مانند ماژول F-DQ 4×24VDC/2A PPM برای ET 200SP.

پلت فرم ET 200SP جانشین نسل فعلی ET 200S است که عملکرد ایمنی معادل با عرض ماژول کوچکتر، پیکربندی سریعتر،و سازگاری با پورتال TIA و مرحله 7 ایمنی پیشرفته.

Existing installations using the 6ES7138-4FB04-0AB0 can continue to be maintained using spare modules sourced from the industrial surplus market — stocks of discontinued Siemens safety modules are well-established in the industrial spare parts networkهنگام خرید ماژول های F-DO بازسازی شده یا استفاده شده برای برنامه های امنیتی، تاریخچه آزمایش کامل واحد، یکپارچگی مهر ایمنی و نسخه نرم افزار باید قبل از نصب تأیید شود.

دستورالعمل ایمنی مستلزم آن است که هر ماژول جایگزین برای اعتبار گواهینامه ایمنی آن تأیید شود و عملکرد ایمنی پس از تعویض آزمایش شود.

A migration project to ET 200SP should be considered if the installed ET 200S station needs significant modification or if the number of F-DO modules in the installation is large enough to justify the engineering investment before the end of spare parts availability.