C135 PCS 7 (PCS7)
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Activación de la simulación en el bloque controlador de entradas analógicas de seguridad F_CH_AI en SIMATIC S7 F-Systems

Para activar la simulación e inyectar valores simulados en el bloque controlador de entradas analógicas de seguridad 'F_CH_AI' (FB375) en SIMATIC S7 F-Systems en una CPU 414-4H o CPU 410-5H, no es posible conectar directamente variables de bloques de datos (DB) estándar a las entradas de seguridad. Las señales booleanas y reales estándar deben convertirse primero a tipos de datos de seguridad utilizando los bloques de conversión 'F_BO_F' (Standard-to-F-BOOL) y 'F_R_F' (Standard-to-F-REAL) antes de cablearlas a 'F_CH_AI.SIM_ON' y 'F_CH_AI.SIM_V'. Además, el grupo de ejecución de seguridad de F-Systems debe compilarse con derechos de administración de seguridad y la simulación debe estar explícitamente autorizada.

Índice de contenidos

Resumen ejecutivo

En los sistemas instrumentados de seguridad (SIS) que ejecutan SIMATIC S7 F-Systems, el bloque controlador de seguridad F_CH_AI acondiciona las señales analógicas de módulos de entrada certificados con clasificación SIL (como entradas analógicas de seguridad ET 200M o ET 200SP HA). Durante la puesta en marcha, las pruebas de lazo o las pruebas de seguridad funcional, los ingenieros de automatización necesitan con frecuencia anular las entradas de campo activando SIM_ON y ajustando SIM_V desde una pantalla de prueba del operador o un bloque de datos de puesta en marcha estándar. Sin embargo, S7 F-Systems aplica límites estrictos entre la lógica de usuario estándar y el código del programa de seguridad. Intentar cablear directamente direcciones de DB estándar a pines de seguridad genera interrupciones de compilación. Esta guía detalla el cruce de límites de datos de seguridad, el cableado de bloques y la autorización de seguridad.

Mecánica arquitectónica y del sistema

Arquitectura del programa de seguridad y reglas de límites en S7 F-Systems:

  • Grupos de ejecución F: Los bloques de seguridad se ejecutan dentro de grupos F-Runtime dedicados (por ejemplo, activados por el OB35) monitoreados por temporizadores de vigilancia de seguridad (watchdogs) y cálculos de suma de comprobación CRC.
  • Tipos de datos de seguridad:
  • Las entradas de seguridad (F_BOOL, F_REAL) contienen validación integrada de paridad y integridad estructural.
  • Las variables de bloques de datos estándar (BOOL, REAL) carecen de firmas de seguridad. La conexión directa en el diagrama CFC está estrictamente prohibida por el compilador F.
  • Bloques de conversión F:
  • F_BO_F: Convierte un BOOL estándar (de un DB, marca o WinCC) a F_BOOL.
  • F_R_F: Convierte un REAL estándar a F_REAL.
  • Lógica de simulación en F_CH_AI:
  • SIM_ON: Cuando se activa, el bloque se desconecta de la dirección periférica física (VALUE) y enruta SIM_V a V.
  • Salida de calidad QUALITY: En simulación, la calidad de la salida refleja el estado simulado (16#60), y el controlador de seguridad activa los indicadores de mantenimiento.

Procedimiento de ingeniería e implementación paso a paso

Paso 1: Insertar bloques de conversión de límites F en el diagrama CFC

  1. Abra el diagrama CFC de seguridad que contiene la instancia de F_CH_AI.
  2. Abra la librería SIMATIC S7 F-Systems y navegue hasta 'F-Control Blocks'.
  3. Inserte un bloque F_BO_F (Standard BOOL a F_BOOL) en el diagrama.
  4. Inserte un bloque F_R_F (Standard REAL a F_REAL) en el diagrama.

Paso 2: Cablear variables de simulación estándar a los bloques de conversión

  1. Cree un bloque de datos global estándar (por ejemplo, DB_SimControl, no seguro) que contenga:
    - SimEnable (BOOL)
    - SimValue (REAL)
  2. Interconecte DB_SimControl.SimEnable con F_BO_F.IN.
  3. Interconecte DB_SimControl.SimValue con F_R_F.IN.

Paso 3: Cablear las salidas de conversión al bloque controlador F_CH_AI

  1. Conecte F_BO_F.OUT a F_CH_AI.SIM_ON.
  2. Conecte F_R_F.OUT a F_CH_AI.SIM_V.

Paso 4: Compilar y descargar el programa de seguridad

  1. En SIMATIC Manager, seleccione 'CFC' -> 'Compile' -> 'Charts as Program'.
  2. El compilador F verifica el flujo de datos de seguridad, recalcula los CRC de seguridad y genera las firmas de seguridad.
  3. Descargue el programa a la CPU 414-4H; introduzca la contraseña de seguridad cuando se le solicite.

Verificación

Para verificar el funcionamiento de la simulación de seguridad:
1. Abra el diagrama CFC en modo de prueba; verifique que F_CH_AI.SIM_ON = 0 y que F_CH_AI.V refleje las señales de corriente de campo (mA) en vivo.
2. En su DB de prueba o pantalla de WinCC, escriba SimValue = 50.0 y establezca SimEnable = 1.
3. Verifique que F_CH_AI.SIM_ON pase a 1 y que F_CH_AI.V entregue 50.0 inmediatamente.
4. Verifique que los enclavamientos de seguridad posteriores evalúen el valor simulado correctamente.
5. Restablezca SimEnable = 0; verifique que el controlador vuelva instantáneamente a rastrear los sensores de campo físicos.

Limitaciones y precauciones operativas

Precauciones operativas:
- Activar la simulación en canales de seguridad desvía temporalmente las protecciones por disparo del proceso físico. Nunca habilite la simulación en procesos químicos o nucleares en operación real.
- Todas las simulaciones de seguridad deben auditarse y restablecerse a 0 antes de firmar los documentos de validación de seguridad.
- La modificación de las conexiones de seguridad cambia la firma colectiva de seguridad (CRC), lo que requiere una reverificación de la documentación de seguridad.

Preguntas frecuentes del ingeniero

Q: ¿Por qué el diagrama CFC rechaza la conexión de bits de DB estándar a F_CH_AI?

A: S7 F-Systems prohíbe las conexiones directas entre la lógica estándar y la de seguridad para evitar que la corrupción de memoria estándar no validada comprometa el tiempo de ejecución de seguridad.

Q: ¿Qué bloques convierten los tipos estándar a tipos de seguridad?

A: El bloque F_BO_F convierte BOOL a F_BOOL, y F_R_F convierte REAL a F_REAL.

Q: ¿Se puede forzar la simulación directamente en el módulo ET 200?

A: Sí, a través de HW Config o las tablas de variables de SIMATIC Manager, pero se prefiere la simulación por software mediante F_CH_AI para pruebas automatizadas.

Q: ¿Genera la simulación una alarma de seguridad en WinCC?

A: Sí, los controladores APL y F-Systems activan el estado de simulación (QUALITY = 16#60), generando una advertencia de mantenimiento en la estación de operador.

Q: ¿Qué modelos de CPU admiten S7 F-Systems?

A: S7 F-Systems es compatible con controladores redundantes S7-400H de seguridad, incluyendo CPU 414-4H, CPU 414-5H, CPU 417-5H y CPU 410-5H.

Referencias técnicas

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F_CH_AI, S7 F-Systems, Simulación de seguridad, F_BO_F, CPU 414-4H

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