PROFIsafe — функциональная безопасность поверх Profinet/Profibus

PROFIsafe — расширение протоколов Profinet и Profibus для передачи сигналов функциональной безопасности. Разработан консорциумом PI (PROFIBUS&PROFINET International). Сертифицирован TÜV на уровни:

• SIL 3 по IEC 61508 / IEC 62061
• Cat. 4 / PL e по ISO 13849-1

Проблема, которую решает PROFIsafe

Традиционно сигналы безопасности (кнопки аварийного останова, световые барьеры, двухконтактные концевики) заводились отдельной жгутовой проводкой на safety-реле (Pilz PNOZ, Siemens 3TK, Allen-Bradley Guardmaster). Параллельно с ней — обычная шина (Profinet) для управления. Это:

• Дублирование монтажа
• Больше ошибок при наладке
• Трудность диагностики
• Жёсткая логика безопасности (сложно изменить)

PROFIsafe объединяет оба потока на одной шине:

**` Standard Profinet frame ┌─────────────────────────────────────┐ │ Ethernet header │ IP │ Profinet │ │ │ ... │ │ payload │ │ │ │ ┌──────┐ │ │ │ │ │PROFI │ │ │ │ │ │ safe │ │ │ │ │ │ data │ │ │ │ │ └──────┘ │ │ └─────────────────────────────────────┘ **`

Safety-данные встроены внутрь обычных Profinet-кадров как «телеграмма в телеграмме».

Механизмы обеспечения безопасности

Для сертификации SIL 3 PROFIsafe реализует 4 механизма (принцип «Black Channel»):

1. Consecutive numbering — порядковый номер в каждом кадре, обнаруживает потерю/дублирование
2. Timeout — ожидание ответа в заданное время, иначе — переход в безопасное состояние
3. Codename (identifier) — уникальный идентификатор F-source и F-destination, защищает от неправильной маршрутизации
4. CRC-16/CRC-32 — отдельный от обычного Profinet CRC, обнаруживает битовые искажения

Эти 4 механизма работают независимо от нижележащей сети — Profinet может быть любой (хоть WiFi), безопасность гарантируется на прикладном уровне.

F-devices (устройства с поддержкой PROFIsafe)

Сенсоры

• Световые барьеры (SICK deTec, Pilz PSEN, Omron F3SG)
• Двухконтактные концевики с положительным открытием
• Лазерные сканеры (SICK S300/S3000)
• Коврики, кромки, упоры

Актуаторы

• Контакторы с механически замкнутыми контактами
• Safety-инверторы (Siemens G120 CU240/G120X с F-варианами, Danfoss FC с Safety)
• Safety-клапаны пневматики

Контроллеры

• Siemens S7-1500F / S7-1200F — ПЛК с интегрированной safety
• Beckhoff TwinSAFE — safety поверх EtherCAT
• Allen-Bradley GuardLogix — для Ethernet/IP

Типовая архитектура

**` [Safety PLC (S7-1500F)] | | Profinet / PROFIsafe | +------+------+------+------+ | | | [F-DI] [Light curtain] [F-contactor] Standard PROFIsafe Standard + PROFIsafe + PROFIsafe **`

Один и тот же ПЛК выполняет и обычную логику, и safety-логику — но safety-часть изолирована и сертифицирована.

Отличия от других safety-протоколов

| Протокол | Основа | Производитель | Сертификация | |---|---|---|---| | PROFIsafe | Profinet/Profibus | PI (Siemens) | SIL 3, Cat. 4 | | FSoE (Fail Safe over EtherCAT) | EtherCAT | ETG (Beckhoff) | SIL 3, Cat. 4 | | CIP Safety | Ethernet/IP, DeviceNet | ODVA (Allen-Bradley) | SIL 3, Cat. 4 | | openSAFETY | Ethernet POWERLINK | EPSG (B&R) | SIL 3, Cat. 4 | | SafetyNET p | TCP/IP + proprietary | Pilz | SIL 3, Cat. 4 |

Все имеют одинаковый уровень safety-сертификации, различия в экосистеме и производителе.

Применение

• Станки с ЧПУ — безопасный останов осей
• Робототехника — ограничение зоны работы робота
• Прессы — двуручное управление, световые барьеры
• Упаковочные линии — защитные ограждения с safety-переключателями
• Крупные производственные линии — автомобилестроение, пищевое

Проектирование

PROFIsafe требует:

• Сертифицированных F-устройств (не каждый Profinet-прибор)
• Специального F-software (TIA Portal + Safety Advanced для Siemens)
• Проекта функциональной безопасности с расчётом SIL (SISTEMA, PAScal)
• Сертификации приложения (на крупных установках — TÜV)

Проектирование и ввод в эксплуатацию safety-системы с PROFIsafe обычно в 2-3 раза дороже обычной автоматики, но даёт более гибкую, диагностируемую и модифицируемую систему.