五分鐘讀懂故障安全（Fail-safe）系統

隨著技術的發展，工業控制系統的連續無故障運行時間得到了很大的延長。但是設備總有出故障的時候，當故障發生時，人們希望有一種技術，能保證設備和人身的安全，這種技術，稱為「故障安全技術（Fail-safe technology）」。

具體來說，故障安全技術，是當故障發生時，能將設備導向安全的狀態或位置的技術。故障安全技術最早應用於鐵路的信號系統，目前在很多工業控制系統中也有廣泛的應用。

使用故障安全技術的系統，稱為「故障安全系統（Fail-safe system）」。故障安全系統應用在安全要求較高的場合中，由故障安全CPU（Fail-safe CPU）和故障安全模塊（Fail-safe module）組成。

故障安全型CPU經過TüV（德國的一個安全組織）的安全認證。當發生故障時，能確保控制系統切換到安全模式。西門子S7系列故障安全CPU其名稱後面有字母「F」，比如：CPU319F，「F」代表「Fail-safe」，即「故障安全」。為了與普通的CPU進行區別，故障安全CPU（F-CPU）在模塊和硬體組態中都使用黃色標籤， 如下圖的CPU319F-3PN/DP，你可以看到：TüV安全認證和左下角的黃色標籤頁。

故障安全CPU可以運行故障安全程序。故障安全程序由一個或幾個安全運行組組成，它獨立於普通程序之外，對系統的輸入進行評估，並控制系統的安全輸出。因此，故障安全CPU還需要故障安全模塊的配合。

所謂「故障安全模塊」，是指當故障發生時，能將系統引導進入安全狀態的模塊。故障安全模塊在分散式控制系統中(Distributed system)有較多的應用，它與普通模塊的區別在於其內部是雙通道的設計，兩個集成的處理器相互監控並自動測試IO迴路，並且在故障發生後把模塊置於安全的狀態。

在西門子S7系列PLC中，故障安全模塊包括：故障安全電源模塊，故障安全數字量輸入模塊，故障安全數字量輸出模塊，故障安全模擬量輸入模塊等。

故障安全電源模塊（F-Power）用來為其它模塊提供工作電壓並且能把輸出模塊的工作電壓安全切斷；故障安全數字量輸入模塊（F-DI）用來記錄安全相關感測器的數字信號狀態並且把故障安全信息幀傳送給故障安全CPU（F-CPU）；故障安全數字量輸出模塊（F-DO）用來提供短路或串接保護，並安全關閉執行器；故障安全模擬量輸入模塊（F-AI）用來獲取安全相關的模擬量感測器的信號。各故障安全模塊與故障安全CPU通過故障安全匯流排協議進行通訊，通訊中斷將引發故障安全模塊報警。

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