废物处理设备控制系统：Siemens Simatic二次开发_（8）.安全控制系统SIS的配置与编程.docx

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安全控制系统SIS的配置与编程

在工业自动化领域，安全控制系统（SIS，SafetyInstrumentedSystem）是确保生产过程安全的重要组成部分。特别是在废物处理设备控制系统中，SIS的配置和编程显得尤为重要，因为它直接关系到设备的可靠性和人员的安全。本节将详细介绍如何在SiemensSimatic平台上进行SIS的配置与编程，包括安全控制系统的架构设计、硬件配置、软件编程和验证测试。

1.安全控制系统的架构设计

安全控制系统的架构设计是确保系统可靠性和安全性的基础。在设计SIS时，需要考虑以下几个关键因素：

1.1安全完整性等级（SIL）

安全完整性等级（SIL，SafetyIntegrityLevel）是衡量安全控制系统性能的重要指标。根据IEC61508标准，SIL分为四个等级：SIL1、SIL2、SIL3和SIL4，其中SIL4的性能要求最高。在选择SIS的硬件和软件时，必须确保它们符合相应的SIL等级要求。

1.2系统冗余

为了提高系统的可靠性和可用性，SIS通常采用冗余设计。常见的冗余方式包括：

双通道冗余：两个独立的通道，其中一个通道作为备用。

三重模冗余（TMR）：三个独立的通道，通过多数表决机制确定最终输出。

四重模冗余（QMR）：四个独立的通道，通过多数表决机制确定最终输出。

1.3通信协议

SIS的通信协议必须具备高可靠性和实时性。常见的通信协议包括：

PROFIsafe：基于PROFIBUS和PROFINET的安全通信协议。

HART：用于智能仪表和控制系统的通信协议。

Modbus/TCP：基于以太网的通信协议，适用于多种工业设备。

1.4逻辑设计

SIS的逻辑设计需要严格遵循安全标准和规范。常见的逻辑设计方法包括：

故障树分析（FTA）：通过构建故障树来分析系统故障的原因和影响。

事件树分析（ETA）：通过构建事件树来分析系统在不同事件下的响应。

危险与可操作性分析（HAZOP）：通过系统化的方法识别和评估潜在的危险和可操作性问题。

2.硬件配置

硬件配置是实现SIS的关键步骤。在选择硬件时，需要考虑以下几个方面：

2.1选择合适的PLC

Siemens提供了多种符合SIL标准的PLC，包括：

SIMATICS7-400H：双通道冗余PLC，适用于SIL3及以下的应用。

SIMATICS7-1500FaultTolerant：三重模冗余PLC，适用于SIL3及以下的应用。

SIMATICET200SPSafety：分布式安全I/O模块，适用于各种安全应用。

2.2安全I/O模块

安全I/O模块用于连接传感器和执行器，确保信号的可靠传输。常见的安全I/O模块包括：

PS407：安全电源模块，提供24V直流电源。

SM407：安全数字输入模块，用于连接安全开关、传感器等。

SM427：安全数字输出模块，用于连接安全继电器、阀门等。

2.3安全网络

安全网络是确保SIS通信可靠性的关键。常见的安全网络包括：

PROFIsafe：基于PROFIBUS和PROFINET的安全通信协议。

AS-InterfaceSafety：基于AS-Interface的简单安全通信协议。

2.4配置示例

假设我们有一个废物处理设备，需要配置一个S7-1500FaultTolerantPLC来实现SIS。以下是硬件配置的示例：

1.选择S7-1500FaultTolerantCPU：

-CPU1518F-4PN（双CPU冗余）

2.选择安全I/O模块：

-DI16x24VDCHF24V(SM1532-1)

-DO16x24VDCHF24V(SM1533-1)

3.选择安全电源模块：

-PS407-2A24VDC/10A

4.配置PROFIsafe网络：

-使用标准以太网电缆连接CPU和安全I/O模块

-配置网络参数，确保PROFIsafe通信的可靠性

3.软件编程

软件编程是实现SIS逻辑控制的核心步骤。Siemens提供了多种编程工具，包括TIAPortal和SIMATICSafetyIntegrated。以下是一些常见的编程语言和方法：

3.1编程语言

LAD：梯形图编程语言，适合简单逻辑控制。

FBD：功能块图编程语言，适合复杂逻辑控制。

STL：语句表编程语言，适合底层逻辑控制。

SCL：结构化文本编程语言，适合高级逻辑控制。

3.2安全功能块

Siemens提供了多种安全功能块（SafetyFunctionBlock），用于实现特定的安全功能。常见的安全功能块