摘要：随着制造业的日益庞大，机械和过程的自动化也无时不刻在发生着翻天覆地的变化，我们在不断的要求设备能够更加柔性，更加快捷，但其实更主要的是我们需要足够安全的设备来保护人和设备本身。在以往的行业里看，安全系统和自动化系统是基本分开的，也可以说安全系统不知道机械设备在做什么或者将要做什么。所以在自动化系统变得越来越智能的今天，安全系统是否也能逐渐智能起来？答案当然是肯定的，只是必然会经历一个漫长的探索的过程。然而对于维修来说带安全集成的系统，安全方面的故障一直是困扰我们的一大难题，为了更快捷的解决安全集成故障，我们必须从根本上了解安全集成的功能以及他的实现过程。
一、项目简介
本文中提到的DSL安全集成的应用某顶级汽车主机厂的发动机箱体加工线上，该生产线由43套NCU.3+TCU的配置组成，负责发动机缸体、缸盖从毛坯到成品的整个高精度加工过程。
二、一般双通道安全功能的应用
对于以往的数控系统来说，安全装置一般都是由安全门、急停等部分组成，这些元件从根本上来讲控制的是系统的24V电源或者是轴使能电源，系统本身不参与控制，只是被动的被切断电源。现在在安全集成的系统上可以直接将一些传感器和执行器件连接到双通道I/O通道里，双通道系统的结构是基于多处理器结构形成，在NC和PLC内部会对相关的双通道数据交叉对比，并且用户可以对2个通道的数据分别编程，用于共同输出动作或者对比状态。
2.1安全输入、输出信号的获取
图1Profisafe-DI模块的连接图
如上图所示的安全输入模块的硬件结构，输入模块有2个通道进行信号处理，通道1来自NC侧，通道2来自PLC侧，双通道的输入信号一般用于急停、手动模式的使能、安全门区域、机床上电等等。
这些安全相关的输入、输出信号在PLC侧都有对应的地址，而NC侧则需要相关的参数设定才能让直接在NC程序中使用。（如下图的对应关系）
图2安全输入、输出信号的设定
2.2典型的安全输出信号的应用
在加工中心中，很多开关量的输出也是相对比较危险的。例如主轴的刀具夹紧和松开动作，不正当的输出和误动作可能引起刀具的掉落或设备的损伤，为了确保主轴松开逻辑万无一失，可以用到双通道输出功能，即NC和PLC侧主轴松开的逻辑保持一致，并且阀体线圈本身也是需要来自两个通道的电平信号才能执行主轴松开阀的动作。如下图的NC侧和PLC侧编程以及阀信号的连接。（NC侧的逻辑需要编写在SAFE.ARC里）
DOOE_TOOLUNCL_TO_UNCLAMPPOS_1=O_OPEN_SPI1_GRPANDII_SP1_STANDSTILL
AND(IE_WORKAREA_SAFEORM_EKS_IBN_HPKORII_STOP_A_ACTIVE_SPOR
(II_SBH_SG_ACTIVE_SPINDLEANDNOTOI_DESELECT_SBH_SP)OR
OE_TOOLUNCL_TO_UNCLAMPPOS_1)
图3安全输入、输出信号的设定
三、安全集成中安全测试功能的应用
3.1PLC侧试停功能的实现
试停启动请求，通过DB3X.DBX23.7激活试停请求。
脉冲使能关断测试，通过DB3X.DBX.2反馈脉冲使能删除状态；执行StopD，通过DB3X.DBX32.4来触发StopD，通过DB3X.DBX.6来反馈StopD的激活状态；执行StopC，通过DB3X.DBX32.3来触发StopC，通过DB31.DBX.5来反馈StopC的激活状态StopA的执行，通过DB3X.DBX32.2来触发StopA并通过DB3X.DBX.4来反馈StopA的激活状态。3.2NC侧试停功能的实现
提到安全就少不了双通道的逻辑，既然PLC侧有试停操作的顺序逻辑，同样的NC侧自然也会有相应的一套逻辑。
图4安全功能OUTSI的设定
如图4所示的参数设定：A对应的是OUTSI10；对应的是OUTSI19；MD对应了不同类型的停止功能，这样用户就可以将系统的安全功能跟NC中的变量对应起来实现通过NC程序来启动相关的安全功能。如图5NC侧和PLC侧的STOPA逻辑保持一致。
图5STOPA输出的双通道逻辑
3.3抱闸测试功能的实现
对于静态会因自身重力受力的轴必须拥有抱闸系统，有的重力轴会有不止一个抱闸单元，但是一旦这些抱闸单元出现故障后果不堪设想，因此如果能利用启动设备或者固定的时间间隔对抱闸单元进行检测，能有效的将潜在的隐患尽可能早的反馈给用户。
设备轴在运动的过程中通常是以NC轴的状态在运行，然而抱闸测试必须在PLC轴状态下进行，因此在做测试前需要先把NC轴切换为中性轴，即：DB3X.DBB8=或者DB3X.DBX8.4=1，同样的轴是否已经切换为中性轴状态需要状态反馈，即DB3X.DBX68.6=1；再将中性轴切换为PLC轴，DB3X.DBX28.7=1，反馈信号为DB3X.DBX63.1=1则表示轴已经从NC轴切换为PLC轴。确认了NC中相应的功能参数后调用西门子标准功能块FB11，通过DB3X.DBX71.0激活轴抱闸测试，通过DB3X.DBX92.5反馈抱闸的状态，在简单的测试了抱闸本身的开关状态无异常后，往往需要对抱闸对轴抱紧的力矩进行检测，这里需要调用标准功能块FC18，其功能就是在重力轴抱闸关闭的状态下按参数设定的方向移动一定的距离，检测轴本身在这个过程中力矩的变化和位移量，从而判断出抱闸性能的好坏。其中涉及的相关参数有：
MD：抱闸测试功能的启用MD：力矩测试的最大极限设定MD：在给轴增加输出力矩时是否算自身重量MD：抱闸测试时的位移公差设定MD：抱闸测试时的跟随误差设定FB11的引脚如下：VAR_INPUT//输入侧VAR_OUTPUT//输出侧Start:BOOL;//启动抱闸测试CloseBrake:BOOL;//输出关闭抱闸Quit:BOOL;//报警复位MoveAxis:BOOL;//轴移动命令Bclosed:BOOL;//抱闸关闭信号Done:BOOL;//功能块完成信号Axis:INT;//轴号Error:BOOL;//故障指示TimerNo:TIMER;//定时器State:BYTE;//错误代号TV_BTactiv:S5TIME;//抱闸测试时间TV_Bclose:S5TIME;//控制抱闸关闭的时间TV_FeedCommand:S5TIME;//移动轴命令时间TV_FXSreached:S5TIME;//到达延时设定TV_FXShold:S5TIME;//抱闸抱住时间四、安全限速功能的应用简介
有的时候由于设备本身问题，可能需要在维修的过程中断开一些安全装置，比如说要打开一扇安全门去移动伺服或者主轴时，为了安全考虑，我们必须要让设备在一个安全的速度下去运动，这个速度可以是很多个，就必须得有信号来告诉设备，当前可以在哪一个安全速度下去运行。这里需要用到MD[0]、MD[1]来切换安全速度选择，2个BOOL量信号能切换出4个安全速度，因此有4个参数用于存放这些安全速度，分别是：[0]、[1]、[2]、[3]，这样用户可以根据需求设定不同状况下的设备最大行驶速度，来保证维修或者特殊状态下设备运动对人身的安全。
五、西门子安全集成功能的应用体会
在了解了上述一些常用的安全集成功能后，发现西门子的安全集成功能时从两个方面来保证安全即：设备的安全和人的安全。当设备正常运行时通过试停、抱闸测试等来检测设备自身的保护措施是否安全和有效，通过报警来告知操作、维护人员提前将安全隐患消除，避免重大的设备安全事故发生；当安全装置打开后可能有人进入设备维修后，设备通过限速和相应的能源输出限制等来保证人员尽可能减少被设备伤害。这种安全策略很符合设备安全的定义，而西门子是这些安全功能得以实现的基石，希望有越来越多的安全集成功能被开发和应用，让工业自动化更高效、安全的向工业4.0迈进。
参考文献：
[1]SINUMERIKDslSafetyIntegratedConfigurationAndStart-upV2.6.3[M].北京：西门子中国.
[2]姜荣怀.过程自动化的安全集成[M].上海：江苏大学.
[3]王建军.全集成自动化控制系统[M].上海：浙江大学.
[4]刘朝华.西门子数控系统调试与维护[M].国防工业出版社.
[5]张泰华.SINUMERIKDsl数控系统调试与应用[M].机械工业出版社,
[6]王洪波.数控机床电气维修技术:SINUMERIKD/D系统[M].电子工业出版社,