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SCHNEIDER Modicon Quantum Safety PLC安全可编程逻辑控制器
时间: 2026-01-20浏览次数：
SCHNEIDER Modicon Quantum Safety PLC安全可编程逻辑控制器
SCHNEIDER Modicon Quantum Safety PLC安全可编程逻辑控制器
Modicon Quantum Safety PLC 是施耐德电气推出的符合 IEC 61508 标准、认证等级达 SIL3 的安全可编程逻辑控制器，核心围绕安全功能实现，涵盖 硬件配置、编程规范、通讯机制、故障诊断 四大维度，支持独立 / 热备（HSBY）两种部署模式，通过双处理器执行、冗余 I/O 设计、严格的内存分区（安全区 / 非限制区）及专用编程软件 Unity Pro XLS 保障功能安全，适用于紧急停机、燃烧器管理、火气监控等工业安全场景，同时提供完整的校验测试流程与维护规范，确保系统在低 / 高需求模式下均满足 PFD/PFH 指标要求。
文档基础与合规性
（1）文档核心信息
文档名称：Modicon Quantum Safety PLC Safety Reference Manual（版本 10/2017）
适用软件：Unity Pro XLS V7.0 及以上
目标用户：具备功能安全知识与 Unity Pro 操作经验的专业技术人员
核心目的：规范 SIL3 级安全系统的硬件选型、编程、部署与维护流程
（2）合规与认证标准
标准名称 核心要求 适用场景
IEC 61508（2.0 版） SIL3 等级，支持低 / 高需求模式 通用工业安全系统
IEC 61511 过程工业安全仪表系统（SIS） 化工、石油等流程工业
EN 54 火灾探测与报警系统 火气监控场景
EN 298 自动燃气燃烧器控制系统 燃烧器管理
NFPA 85/86 锅炉保护标准 锅炉安全控制
硬件配置与核心特性
（1）安全 CPU 模块
型号 部署模式 核心参数 故障检测机制
140CPU65160S 独立部署 MTBF=600,000h，支持 8 个安全 I/O 模块 双处理器（Pentium + 应用处理器）执行对比、内存 CRC 校验
140CPU67160S 热备部署 与独立版参数一致，支持光纤链路同步 主备自动切换、应用一致性校验
（2）安全 I/O 模块
模块类型 型号 核心特性 诊断功能
数字输入 140SDI95300S 32 点，24Vdc，MTBF=900,000h 断线检测、电源监控、通道短路检测
数字输出 140SDO95300S 32 点，24Vdc，MTBF=1,000,000h 过载检测、回路断线、超时状态配置
模拟输入 140SAI94000S 8 通道，4-20mA，MTBF=700,000h 超量程检测、断线检测、测量线性校验
（3）辅助硬件要求
电源模块：仅支持 140CPS12420（AC 冗余）、140CPS22400（DC 冗余），需双模块部署保障可用性
非干扰模块：包括背板（140XBP 系列）、以太网模块（140NOE77111）、远程 I/O 适配器（140CRP93200/140CRA93200），不参与安全功能但需符合兼容性要求
接线规范：数字输出模块需串联 10A 快速熔断器，模拟输入需屏蔽接地（推荐 STB XSP3000 接地套件）
编程规范与软件操作
（1）编程软件与语言限制
唯一编程软件：Unity Pro XLS（需安全固件支持）
允许语言：仅功能块图（FBD）、梯形图（LD）
禁用特性：FAST/INTERRUPT 任务、跳转语句、ST 表达式、派生数据类型（DDT）
（2）核心编程要求
规范类别 具体要求 目的
任务配置 仅允许 MAST 任务，最小周期 20ms 保障双 CPU 执行一致性
数据类型 仅支持 BOOL/INT/FLOAT 等基础类型 + 简单数组 避免数据结构复杂导致的安全风险
函数块使用 仅允许安全 FFB 库（如 S_AND_***、S_DISIL2 等） 确保逻辑执行的安全性
内存分区 安全区（写保护）、非限制区（仅通过 S_SMOVE_FB 传输数据） 隔离安全 / 非安全数据
（3）安全防护机制
应用密码：保护项目访问，支持权限分级（配置 / 调试 / 维护）
自动锁定：无操作 10 分钟（默认）后锁定软件，需密码解锁
版本戳记：生成二进制文件时记录构建时间，便于版本追溯
项目备份：需定期备份（推荐全量 + 增量备份结合），CRC 校验完整性
操作模式与故障处理
（1）两种操作模式
模式 核心特性 操作限制
安全模式（默认） 执行安全功能，禁止程序修改 不可下载程序、不可强制变量、不可调试
维护模式（临时） 允许程序修改、变量强制、调试 需解锁钥匙开关 + 密码，诊断结果不自动执行安全动作
（2）故障诊断与处理
CPU 故障：检测到内存错误 / 执行不一致时，进入错误状态，所有安全输出置安全态（失电），需断电重启并读取 % SW125 错误码
I/O 模块故障：通道故障时单通道置安全态，模块故障时自动重启并执行上电自检，3 次失败则需更换模块
通讯故障：安全以太网通讯超时（可配置）时，HEALTH 位置 0，接收端需触发安全动作
通讯机制
（1）通讯类型与限制
通讯场景 支持方式 核心要求
PC-PLC 通讯 Modbus TCP/RS485/USB 需 Unity Pro XLS，验证应用密码
PLC-PLC 通讯 安全以太网点对点 需 NTP 时间同步，ID 参数唯一
PLC-HMI 通讯 Modbus TCP/Modbus Plus 仅允许读取安全数据，写入限制非限制区
（2）安全以太网点对点通讯
同步要求：NTP 服务器 polling 周期 20s，主从 PLC 时间差≤2s
配置组件：发送端 S_WR_ETH FFB、接收端 S_RD_ETH FFB
超时配置：SAFETY_CONTROL_TIMEOUT 需 > 2×（发送周期 + 网络延迟 + 接收周期）
校验与维护
（1）校验测试要求
校验周期（PTI）：最长 10 年，需按 SIL3 要求执行全系统测试
校验内容：电源循环测试、I/O 通道校验、安全功能触发测试
文档要求：保留校验记录、故障日志、项目备份文件
（2）维护规范
模块更换：支持热插拔，更换后需执行上电自检（约 30s）
强制操作：仅维护模式允许，需记录操作日志并及时解除强制
固件升级：仅维护模式可执行，热备系统需先升级备用 CPU
