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              工業和信息化技術
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              Profinet通信協議如何實現功能安全?

              發布日期:2022-01-02 23:15:25   來源 : 控制工程網    作者 :Nelly Ayllon    瀏覽量 :1367
              Nelly Ayllon 控制工程網 發布日期:2022-01-02 23:15:25  
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              功能安全(故障安全)是一個系統或是設備整體安全的組成部分,旨在預防因工業機械功能故障而導致的危險。過去,功能安全系統依賴于單獨布線的電路,其構建、調試和維護的成本很高。如今,功能安全可以通過現場總線實現,已經從硬繼電器安全轉變為邏輯安全。

                PROFIsafe可以通過總線提供功能安全。它旨在消除對獨立安全網絡的需求,并將工業網絡架構簡化為一條總線。PROFIsafe擴展了Profinet通信協議,以滿足為符合嚴格安全標準所必需的安全相關信息的獨特要求。

                功能安全標準

                故障安全信號在安全設備和安全控制器之間傳輸,PROFIsafe可以確保這些信號的完整性,符合相關安全標準。其中包括最高的安全等級:根據IEC 61508/IEC 62061,最高安全等級為SIL3;根據EN 954-1,最高安全等級為4;根據ISO 13849-1,最高安全等級為PL“e”。

                故障安全部件

                并非所有Profinet設備都支持PROFIsafe。因此,用戶必須謹慎選擇安全部件。在實施過程中,用戶可以選擇網絡所需要的安全部件;只有這些網絡部件需要PROFIsafe功能。如圖1所示,整個網絡配置可能包含故障安全(黃色)和標準(灰色)部件的混合。另外,PROFIsafe的設計獨立于基本傳輸通道,無論該通道是銅線、光纖、無線還是背板。

              圖1:PROFIsafe旨在獨立于基本傳輸通道(例如銅線、光纖、無線或背板)工作。圖片來源:PI組織 


                PROFIsafe部件通常被稱為F部件(故障安全)。以下是F系統中的PROFIsafe部件:

                ● F-GSD文件(通用站描述文件:設備制造商提供的Profinet設備描述)包含允許F控制器配置設備并與設備通信所需的所有信息。循環冗余校驗(CRC)保護F-GSD文件以確保其安全一致性。

                ● F-config工具是編程環境。它使用F-GSD創建系統配置和F程序并將其下載到F控制器。F程序和配置經過PROFIsafe安全檢查以確保正常運行。

                ● F-controller執行安全程序。

                ● F-Device使用硬件安全技術來確保其安全運行。輸入/輸出(I/O)、光幕、閥門和驅動器是F-設備的一些案例。

                PROFIsafe的保護機制

                PROFIsafe保護從安全信號源到信號目的地(反之亦然)的通信。它還有助于確保通信安全部分的完整性。在任何基于以太網的網絡中,都可能發生某些通信錯誤,例如消息重復、刪除或延遲。PROFIsafe集成了多種補救措施來應對所有可能出現的通信錯誤。表1列出了補救措施并指出了它們所應對的錯誤類型。


              表:PROFIsafe包含多種補救措施,以相應地解決所有可能的通信錯誤。


                傳輸協議的傳輸速率和任何內置的錯誤檢測機制,都被認為是“黑色通道”,在安全方面都沒有任何作用(圖2)。這種方法使用戶不必擔心各個系統通信路徑的安全評估。此外,不需要安全等級的電纜或連接器。

              圖2:黑色通道原理示例。


                選擇將配置文件添加到Profinet產品的設備制造商,必須在向公眾提供此類產品之前,對其進行PROFIsafe認證。以下所列的PI測試實驗室,是評估機構進行經授權的PROFIsafe層測試:TüV(全球),IFA(德國),SP(瑞典),SUVA(瑞士),HSE(英國)和FM、UL(美國)。

              設備
              通信
              PROFIsafe
              Profinet
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