Cómo extraer señales de diagnóstico y de rango de AL_STATE de F_CH_AI en S7 F-Systems

Para descomponer la salida de diagnóstico estructurada AL_STATE en un controlador de canal de seguridad F_CH_AI en SIMATIC S7 F-Systems, utilice bloques de conversión de seguridad certificados (como F_DW_W y F_W_BO) dentro del grupo de ejecución de seguridad (safety runtime group), o lea directamente los pines de salida discretos dedicados. S7 F-Systems prohíbe bloques de datos de Step 7 no certificados o desenpaquetadores CFC estándar (no fail-safe) dentro de los programas de seguridad. Las banderas operativas principales, tales como QBAD, QSIM y QUALITY, ya están expuestas como pines de nivel superior en F_CH_AI, mientras que los estados internos de límite de rango (OVHRANGE, OVLOWRANGE) se pueden extraer utilizando bloques F de operaciones a nivel de bits.

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Estructura y composición de señales de AL_STATE de F_CH_AI

En SIMATIC S7 F-Systems, el controlador de canal de entrada analógica de seguridad F_CH_AI (FB 377) se conecta con módulos de entrada analógica con clasificación de seguridad (como ET 200SP HA F-AI 8xI 2-/4-hilos HART o ET 200M F-AI 6x0/4...20mA).

El parámetro de salida AL_STATE es una salida de diagnóstico estructurada (o palabra doble / DWORD empaquetada) que contiene indicadores integrales del estado del canal y del sensor:
* OVHRANGE: La señal de entrada analógica ha excedido los límites del rango de medida ($> 21.0 \text{ mA}$).
* OVLOWRANGE: La señal de entrada analógica ha descendido por debajo de los límites de desbordamiento inferior de cero vivo ($< 3.6 \text{ mA}$).
* QBAD: Canal pasivado debido a un defecto de hardware, tiempo de espera de discrepancia (discrepancy timeout) o pérdida de comunicación.
* QSIM: El canal está operando actualmente en modo de simulación.

Los ingenieros frecuentemente buscan descomponer esta estructura para utilizar estados booleanos individuales en enclavamientos de seguridad personalizados o para reenviar indicadores de diagnóstico a gráficos estándar de operador que no son de seguridad.

Extracción de señales conforme a la seguridad: Pines discretos frente a bloques de conversión F

Debido a que S7 F-Systems impone límites estrictos de seguridad funcional, la forma en que se desenpaquetan las señales depende de dónde se consumen los datos:

Enfoque 1: Usar pines de salida nativos de nivel superior en F_CH_AI (Recomendado)

Antes de intentar una descomposición compleja de la estructura, inspeccione la lista formal de pines de F_CH_AI:
* QBAD: Disponible directamente como un pin BOOL discreto que indica la pasivación del canal.
* QSIM: Disponible directamente como un pin BOOL discreto que indica una simulación activa.
* QUALITY: Disponible como un pin BYTE discreto que emite el estado de la señal NAMUR.
* En la mayoría de los diseños de plantas, verificar QBAD y V directamente en el CFC satisface el 95% de los requisitos de la lógica de disparo de seguridad sin tocar AL_STATE.

Enfoque 2: Extracción bit a bit certificada dentro del programa de seguridad (Grupo F-Run)

Si es necesario evaluar los bits de límite de rango (OVHRANGE, OVLOWRANGE) dentro de la lógica de seguridad:
1. En el diagrama CFC de seguridad, inserte F_DW_W (Convertir DWORD de seguridad a dos palabras).
2. Conecte F_CH_AI.AL_STATE a F_DW_W.IN.
3. Inserte F_W_BO (Convertir palabra de seguridad a 16 bits booleanos discretos).
4. Conecte la salida de F_DW_W a F_W_BO.IN.
5. Los pines de salida de BIT0 a BIT15 proporcionan señales booleanas certificadas y conformes con SIL 3 que representan banderas de diagnóstico individuales, totalmente verificables por el compilador F.

Enfoque 3: Reenvío a bloques de datos estándar que no son de seguridad

Si las señales de diagnóstico se necesitan estrictamente para pantallas HMI de WinCC estándar o informes sin requisitos de seguridad:
* Utilice el bloque pasarela de seguridad a estándar F_SWC_BO o conéctese directamente a un DB global estándar fuera del grupo de ejecución de seguridad. Los sistemas SCADA pueden acceder a las variables estándar de DB sin afectar las firmas CRC de seguridad.

Verificación

En SIMATIC CFC, abra el diagrama de seguridad en modo de prueba dinámica.
En el campo o bastidor de prueba, simule una condición de sensor fuera de rango ($< 3.6 \text{ mA}$).
Verifique que:
F_CH_AI.QBAD cambie a 1.
La salida de bits correspondiente en F_W_BO (que representa OVLOWRANGE) se active en TRUE.
La compilación del programa de seguridad no produzca ninguna advertencia de discrepancia de firma.

Limitaciones y precauciones operativas

Nunca utilice bloques que no sean fail-safe (como WORD_TO_BLOCK_DB estándar de STEP 7 o desempacadores SCL personalizados no certificados) para procesar señales dentro del grupo de ejecución de seguridad. El compilador de seguridad se abortará.
No omita la lógica de parada de seguridad basándose únicamente en bits individuales de AL_STATE sin evaluar QBAD. QBAD sigue siendo la autoridad principal de seguridad.
Cualquier modificación en las conexiones del diagrama de seguridad recalcula la firma colectiva del programa de seguridad (Collective Signature), lo que requiere una revalidación y documentación de la seguridad.

Preguntas frecuentes del ingeniero (Engineer FAQ)

¿Puedo crear un struct personalizado en un DB y conectarlo a AL_STATE?
Solo en programas estándar que no son de seguridad. En S7 F-Systems, las estructuras de datos intercambiadas dentro del grupo F-runtime deben utilizar tipos de datos de seguridad estrictos gestionados por los bloques de la biblioteca F.
¿Por qué F_CH_AI emite 0.0 cuando QBAD es 1?
Por diseño, un canal analógico de seguridad pasivado sustituye el valor seguro configurado (SubsV, típicamente 0.0 mA o el valor de rango inferior) para garantizar que los actuadores de seguridad aguas abajo se des energicen de manera segura.
¿Qué significa AL_STATE?
AL_STATE significa Alarm State (Estado de alarma), que representa la matriz de bits empaquetada de alarmas específicas del canal y banderas de límite generadas por el controlador de periféricos de seguridad.

Referencias técnicas

SIMATIC S7 F/FH Systems - Manual de configuración y programación (A5E00278788).
SIMATIC S7 F-Systems Library: Guía de referencia del bloque F_CH_AI.
IEC 61508: Seguridad funcional de sistemas eléctricos/electrónicos/electrónicos programables relacionados con la seguridad.

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