Profinet通(tōng)信協議(yì)如何實現功能安全？

功能安全（故障安全）是一個(gè)系統或是設備整體安全的(de)組成部分(fēn)，旨在預防因工業機械功能故障而導緻的(de)危險。過去，功能安全系統依賴于單獨布線的(de)電路，其構建、調試和(hé)維護的(de)成本很高(gāo)。如今，功能安全可(kě)以通(tōng)過現場(chǎng)總線實現，已經從硬繼電器安全轉變爲邏輯安全。

　　PROFIsafe可(kě)以通(tōng)過總線提供功能安全。它旨在消除對(duì)獨立安全網絡的(de)需求，并将工業網絡架構簡化(huà)爲一條總線。PROFIsafe擴展了(le)Profinet通(tōng)信協議(yì)，以滿足爲符合嚴格安全标準所必需的(de)安全相關信息的(de)獨特要求。

　　功能安全标準

　　故障安全信号在安全設備和(hé)安全控制器之間傳輸，PROFIsafe可(kě)以确保這(zhè)些信号的(de)完整性，符合相關安全标準。其中包括最高(gāo)的(de)安全等級：根據IEC 61508/IEC 62061，最高(gāo)安全等級爲SIL3；根據EN 954-1，最高(gāo)安全等級爲4；根據ISO 13849-1，最高(gāo)安全等級爲PL“e”。

　　故障安全部件

　　并非所有Profinet設備都支持PROFIsafe。因此，用(yòng)戶必須謹慎選擇安全部件。在實施過程中，用(yòng)戶可(kě)以選擇網絡所需要的(de)安全部件；隻有這(zhè)些網絡部件需要PROFIsafe功能。如圖1所示，整個(gè)網絡配置可(kě)能包含故障安全（黃(huáng)色）和(hé)标準（灰色）部件的(de)混合。另外，PROFIsafe的(de)設計獨立于基本傳輸通(tōng)道，無論該通(tōng)道是銅線、光(guāng)纖、無線還(hái)是背闆。

圖1：PROFIsafe旨在獨立于基本傳輸通(tōng)道（例如銅線、光(guāng)纖、無線或背闆）工作。圖片來(lái)源：PI組織 

　　PROFIsafe部件通(tōng)常被稱爲F部件（故障安全）。以下(xià)是F系統中的(de)PROFIsafe部件：

　　● F-GSD文件（通(tōng)用(yòng)站描述文件：設備制造商提供的(de)Profinet設備描述）包含允許F控制器配置設備并與設備通(tōng)信所需的(de)所有信息。循環冗餘校驗(CRC)保護F-GSD文件以确保其安全一緻性。

　　● F-config工具是編程環境。它使用(yòng)F-GSD創建系統配置和(hé)F程序并将其下(xià)載到F控制器。F程序和(hé)配置經過PROFIsafe安全檢查以确保正常運行。

　　● F-controller執行安全程序。

　　● F-Device使用(yòng)硬件安全技術來(lái)确保其安全運行。輸入/輸出(I/O)、光(guāng)幕、閥門和(hé)驅動器是F-設備的(de)一些案例。

　　PROFIsafe的(de)保護機制

　　PROFIsafe保護從安全信号源到信号目的(de)地（反之亦然）的(de)通(tōng)信。它還(hái)有助于确保通(tōng)信安全部分(fēn)的(de)完整性。在任何基于以太網的(de)網絡中，都可(kě)能發生某些通(tōng)信錯誤，例如消息重複、删除或延遲。PROFIsafe集成了(le)多(duō)種補救措施來(lái)應對(duì)所有可(kě)能出現的(de)通(tōng)信錯誤。表1列出了(le)補救措施并指出了(le)它們所應對(duì)的(de)錯誤類型。

表：PROFIsafe包含多(duō)種補救措施，以相應地解決所有可(kě)能的(de)通(tōng)信錯誤。

　　傳輸協議(yì)的(de)傳輸速率和(hé)任何内置的(de)錯誤檢測機制，都被認爲是“黑(hēi)色通(tōng)道”，在安全方面都沒有任何作用(yòng)（圖2）。這(zhè)種方法使用(yòng)戶不必擔心各個(gè)系統通(tōng)信路徑的(de)安全評估。此外，不需要安全等級的(de)電纜或連接器。

圖2：黑(hēi)色通(tōng)道原理(lǐ)示例。

　　選擇将配置文件添加到Profinet産品的(de)設備制造商，必須在向公衆提供此類産品之前，對(duì)其進行PROFIsafe認證。以下(xià)所列的(de)PI測試實驗室，是評估機構進行經授權的(de)PROFIsafe層測試：TüV（全球），IFA（德國），SP（瑞典），SUVA（瑞士），HSE（英國）和(hé)FM、UL（美(měi)國）。