聊一聊西門子故障安全系統(tǒng)的程序架構(gòu)

我們知道，PLC中其實運行著兩類程序：操作系統(tǒng)和用戶程序。操作系統(tǒng)預(yù)留各種接口，通過這些接口來調(diào)用用戶程序。對于西門子PLC而言，這些接口被稱為組織塊（Organization Block），簡稱為OB。組織塊有很多類型，大體上可以分為兩個大類：程序循環(huán)組織塊和中斷組織塊（后者又包括循環(huán)中斷、硬件中斷、日期時間中斷等等）。組織塊具有不同的優(yōu)先級，程序循環(huán)組織塊的優(yōu)先級最低。

對于西門子標(biāo)準(zhǔn)型CPU模塊，它的用戶程序被稱為標(biāo)準(zhǔn)程序。標(biāo)準(zhǔn)程序的稱謂是為了與故障安全型程序進行區(qū)別。用戶為了處理標(biāo)準(zhǔn)模塊的信號（通信等）而編寫的程序都屬于標(biāo)準(zhǔn)程序。標(biāo)準(zhǔn)程序必須直接或間接的被程序循環(huán)組織塊調(diào)用才能被執(zhí)行（中斷程序除外）。

對于S7-300/400系列CPU，程序循環(huán)組織塊就是指OB1；對于S7-1200/1500系列CPU，除了OB1外，用戶可以根據(jù)需要添加多個程序循環(huán)組織塊，操作系統(tǒng)會根據(jù)程序循環(huán)組織塊的編號從小到大依次調(diào)用。再說一遍，程序循環(huán)組織塊是一種優(yōu)先級最低的組織塊，其它組織塊可以中斷它并優(yōu)先執(zhí)行。

故障安全程序是為了處理故障安全信號而編寫的程序，只有故障安全型CPU才能執(zhí)行故障安全程序。換句話說，西門子故障安全型CPU既可以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)程序，也可以執(zhí)行故障安全程序。通常（注意是通常），用戶編寫的故障安全型程序是在另一種組織塊——循環(huán)中斷組織塊（Cyclic Interrupt OB）中調(diào)用的。雖然官方稱為“循環(huán)中斷組織塊”，但我覺得稱為“周期性中斷組織塊”更恰當(dāng)一些。這種組織塊可以產(chǎn)生周期性中斷，中斷的周期可以根據(jù)需要自己設(shè)置。

在博途開發(fā)環(huán)境中，當(dāng)你組態(tài)了故障安全型CPU時，默認情況下，左側(cè)項目樹中會有一個“安全管理（Safety Administration）”的選項，并自動添加了三個模塊：FOB_RTG1[OB123]、Main_Safety_RTG1[FB1]和Main_Safety_RTG1_DB[DB1]，如下圖所示：

安全管理可以查看安全程序的狀態(tài)、安全簽名、安全功能塊、數(shù)據(jù)類型、Flexible F-Link通信等，不過最重要的功能是設(shè)置安全運行組，如下圖所示：

安全運行組（F-runtime group）由安全組織塊（F-OB）、主安全程序塊（Main F-Block）和主安全程序塊的背景數(shù)據(jù)塊構(gòu)成，如下圖所示：

對于S7-1200的F-CPU，安全組織塊為循環(huán)中斷組織塊，可以根據(jù)需要設(shè)置其中斷時間及優(yōu)先級。對于S7-1500的F-CPU，安全組織塊可以為循環(huán)中斷組織塊（默認）、程序循環(huán)組織塊或者等時同步中斷組織塊。默認情況下，等時同步中斷組織塊的優(yōu)先級最高，其次是循環(huán)中斷組織塊。如果有必須可以修改其優(yōu)先級，但不允許它們的優(yōu)先級比程序循環(huán)組織塊低或相同。

安全組織塊調(diào)用主安全程序塊，用戶編寫的安全程序需要在主安全程序塊中調(diào)用才能被執(zhí)行。

S7-1200的F-CPU只支持一個安全運行組，S7-1500的F-CPU最多支持兩個安全運行組。F-CPU通過F-OB調(diào)用主安全程序塊，再通過主安全程序塊調(diào)用用戶編寫的其它安全程序是西門子故障安全程序的基本架構(gòu)。

審核編輯：劉清