同一只接触器,程序一直要求接通,端子上却可能出现短暂关断;程序要求关断,也可能测到测试脉冲。先别把它们都归为程序抖动。F-DQ 的过程命令、输出开关的电气测试和负载实际动作,是三层不同的观察。要判断是否正常,必须把测试种类与负载特性对应起来。 [3] [4] [5]

这是「SIMATIC Safety 工程笔记」的输出模块篇,写给会使用 TIA Portal 和普通数字输出、正在理解 PM 安全输出的读者。对象为 F-DQ 4x24VDC/2A PM HF,订货号 6ES7136-6DB01-0CA0;本篇解释接线关系、测试和参数取舍,不提供适用于任意接触器、阀岛或驱动的投运方案。

模块资料基线为 Siemens《Fail-safe modules Manual Collection》V20(12/2024);外部反馈与变更管理另参考 V21(11/2025)。图为官方说明材料,判断例子和记录方法是本文整理,没有进行负载、仿真或实机测试。实际硬件、组态型号和固件必须分别记录。

检查前:先落实工程备份、维护权限及危险能量控制。测量、改线、下载和恢复输出都可能影响设备;不得旁路 M 开关、短接反馈或关闭必要诊断来获得“正常”画面。参数变更应重新核对受影响的安全功能。 [13]

一、先确认型号,再沿同一通道看 P、M 两条路径

本型号提供四个 PM 输出通道,所引资料列出每通道 2 A 的输出能力。图 1 用于辨认订货号、固件/功能版本及状态灯区域;额定电流不能单独证明某个负载兼容,还要核对其动态特性和使用条件。 [1]

F-DQ 模块外观,标出订货号、固件和功能版本、BU 类型及指示灯区域
图 1:先确认实际对象,不能只看黄色外壳或“2 A”字样(图片来源:Siemens,Fail-safe modules Manual Collection V20,12/2024,6DB01 / Properties,Figure 1,资料 [1];复用原文媒体)。

有一个替换条件应先排除:工程组态为 6ES7136-6DB00-0CA0,现场装入 6ES7136-6DB01-0CA0 时,Siemens 要求继续遵循被组态的旧型号手册。不能因为换了新硬件,就把本篇所有选项当成原工程已经具备的能力。 [1]

负载两端的电路,比只测 P 端更重要

以同一通道 P、M 之间的单负载回路理解:P 侧控制供电路径,M 侧控制返回路径;DQ-Mn 不是可随意替换成普通公共 M 的接线点。图 2 先找通道编号,再追踪对应的两端。 [2]

F-DQ 6DB01 在 A0 底座上的接线原理图,包含四个通道的重复 P、M 端子
图 2:同号 P、M 属于同一输出通道;重复端子不增加独立通道数量(图片来源:Siemens,同模块 Wiring and schematic circuit diagram,V20,12/2024,Figure 2 与 Table 1,资料 [2];复用原文媒体)。

官方端子表中,通道 0 的 P 端出现于端子 1、5,M 端出现于端子 9、13。这里列出的是同一信号的端子对应,不是四路独立输出,也不是一套完整的安全回路图。所用 BaseUnit 类型为 A0;底座馈电和电位组仍需另行核对。 [2]

测量记录也要写清参考点:P 对公共 M 的电压,与负载实际跨接的 P、M 两端电压不是同一个观察量。由电路关系可知,只记录“P 端有 24 V”,不能证明完整负载回路已经按命令工作。这是读图判断,不是本文完成了带电测量。

二、暗测试、接通测试和亮测试不能混成两种状态

先固定一个前提:模块按所用配置正常测试,没有把故障钝化误当成测试。下面比较同一 PM 通道的三类检查;“接通测试”这个名称不表示每次测试都给负载提供完整接通电流。 [3] [4] [5]

测试 过程输出状态 开关与负载的区别
Dark test(暗测试) 过程输出为 1 短暂关断并回读;合适的执行器不应因此释放。
Switch on test(接通测试) 过程输出为 0 P、M 交替闭合并回读;按该 PM 原理,负载没有完整的通流路径。
Light test(亮测试) 过程输出为 0 P、M 同时短暂接通,电流确实流过负载;负载不应产生不允许的动作。

因此,停用亮测试不等于输出为 0 时完全没有开关测试;发现一个端子脉冲,也不能直接认定它是流过负载的亮测试。需要把两侧开关、测量参考点和实际参数一起看。接通测试主要检查输出为 0 时对 L+ 或地的相关短路。 [4]

图 3 将暗测试放在两个时间尺度下:上面标的是最大测试时间,下面展开单次测试与回读。不要把秒级测试安排读成负载每次失电的脉冲宽度;图中的短时刻度也不是项目默认值推荐。 [3]

暗测试官方示意,区分最大测试时间、单次关断回读以及脉冲间隔
图 3:先区分测试安排与一次关断的持续时间,再判断负载是否耐受(图片来源:Siemens,同模块 Max. readback time, dark test and switch-off test,V20,12/2024,Figure 2,资料 [3];复用原文媒体)。

图 4 的第二个亮脉冲还标有 In case of error(发生错误时)。原文说明,首次亮测试反馈异常时,会在 100 ms 后重复同一测试;不能据图把正常工作描述成“固定每 100 ms 通电一次”。输出为 0 时要诊断断线,还需同时启用 Diagnosis: Wire break。 [5]

亮测试官方示意,标出发生错误后的重复测试和单次回读时长
图 4:错误重试间隔不是正常亮测试的固定周期;短暂通流也不是运行命令(图片来源:Siemens,同模块 Activated light test,V20,12/2024,Figure 2,资料 [5];复用原文媒体)。

“执行器不应响应测试”是负载匹配目标,不是对任何负载的保证。一个机械执行器可能忽略短脉冲,另一个电子输入却可能识别出边沿;这种条件差异必须用具体负载资料和受控观察确认,不能只看程序位保持不变。 [3] [5]

三、回读时间必须同时满足电气稳定和负载不误动作

Readback(回读)检查模块输出路径的电气状态。对低电流、带输入电容的负载,充电或放电可能来不及在窗口内完成,从而被判为短路或过载。负载稳态电流小于 2 A,仍不能排除这种动态不兼容。 [6]

回读窗口加长也不是只改善可用性。暗测试或亮测试的位模式尚在执行时,模块不会向输出切换新的过程值;因此延长相关时间会增加模块响应时间。需要同时满足“回读能够建立”和“负载不会被测试错误驱动”,不能只以钝化消失结束验证。 [3] [5]

名称 要核对的对象 不能替代什么
Max. readback time, dark test and switch-off test 暗测试及过程值关断时的回读窗口。 不是机械停止时间,也不等于完整测试周期。
Max. readback time switch on test 接通测试的回读;亮测试同样涉及该设定。 不是正常启动后让负载延时动作的定时器。
Maximum test time 图示与试验说明中的最大测试时间尺度。 不是每个测试脉冲必须持续这么久。
FDB_TIME FDBACK 的外部反馈跟随时间。 不是上述模块内部电气回读时间。

表格的前三项按模块相关章节理解,最后一项属于安全程序指令。两种监控即使数值碰巧相同,也不代表覆盖了相同对象。模块回读正常,不等于接触器主触点已经可靠断开;需要的外部反馈见 FDBACK 反馈回路与超时诊断。 [3] [4] [5] [12]

可以把负载匹配写成两个必须同时成立的条件:设定给充放电和回读留够时间,实际测试又不会让执行器出现不允许的反应。如果在允许范围内找不到这样的组合,继续放宽软件参数就不再是解决路径,应重新核对输出拓扑与负载选型。这是基于前述机制的取舍方法,不是某个负载已通过的结论。

文档提供了按负载电流、电容查曲线的办法;本文不根据未指定的工况给出允许电容或并联电阻数值。实际输入电路、线圈附件、供电条件或版本未知时,不能从“容性负载”四个字算出通用修复元件。 [6]

验证也要覆盖足够的工作时间。暗测试设定说明要求用于核对的过程值 1 持续时间至少覆盖配置的最大测试时间;只接通几秒、碰巧没遇到一次测试,不能说明匹配成功。记录时还应分别观察接通、稳定接通、关断和稳定关断。 [3]

四、三种减少暗测试影响的选项,各自有什么代价

采用以下任一选项前:先核对所需安全性能、可接受的故障检测时间和模块适用条件。它们改变测试机制,不是普通的“消抖开关”。下述条件来自不同参数章节,不能只按名称互相替换。 [7] [8] [9]

动态回读:有效回读后提前结束,并非取消测试

Enable Dynamic Read Back 在有效检测到暗测试回读后结束本次暗测试。该模式要求另外两种暗测试抑制选项关闭,并把相关最大回读时间限制在 0.6~20 ms。缩短实际中断有潜在用途,但不能据此推定所有负载都兼容。 [7]

必须同时保留它的警告:使用动态回读时,保持 1 信号的通道间交叉短路不能被检测;若在请求安全关断时发现相关交叉短路,可能是所有输出关闭并整模块钝化,而不只是故障通道退出。不能只摘录“提前结束”而省掉检测条件。 [7]

48 小时抑制:条件涉及全部通道,不是一劳永逸

Disable Dark Test for 48 hours 的续期条件是:在 48 小时内全部通道共同出现一次 0 信号。满足后再抑制 48 小时;条件不满足,到期会重新施加暗测试脉冲。处于 0 状态的通道仍会发生相应亮测试。 [8]

该设置还有跨通道关联:所有通道使用通道 0 所设的相关接通/暗测试回读时间。如果只核对一条通道的局部设置,可能漏掉这种有效值变化。手册还警告,关断请求时检测到相关交叉短路,会关闭全部输出并钝化模块。 [8]

由此可知,单通道短时试验无法证明这个模式在整机连续运行时都能维持抑制。应检查全部通道是否能满足共同的条件,以及到期重新出现测试对负载有什么影响;本文不设计自动清零程序来人为续期。

关闭暗测试:能力限制、年度动作和剩余诊断一起核对

Disable Dark Test (max. SIL2, CAT3, PLd) 将所述能力上限限定为 SIL2/Cat.3/PLd,并要求关闭动态回读与 48 小时抑制。对应输出至少每年有一次 1→0,且 0 保持至少 2 秒;仅将模块供电断开再恢复不满足这一条件。等级上限也不等于整机已达标。 [9]

关闭后,保持 1 的通道间交叉短路有检测缺口;关断时发现相关错误可能扩大到整模块钝化。不符合负载曲线的电容,仍可能在过程值变化、接通测试或亮测试中造成钝化。因此,“关了暗测试仍报警”并不与文档矛盾;目标需要更高能力时,应转回负载和方案核对。 [9]

五、先看接地关系和诊断,再决定是否调整时间

PM 回路对非浮地负载有一个具体边界:负载侧存在资料所述的机壳地/地连接,供电侧也有相应连接时,M 开关从模块看来会被外部连接旁路,进而诊断为短路。这个结论有两项共同前提,不是说所有带 PE 的负载都不兼容,更不是允许拆除保护接地。 [2]

检查建议是先把负载资料中的电源参考、机壳和接地关系画回现有电气图,确认有没有绕开受控返回路径。若确实不适用 PM 输出,应由设计重新选定并验证合适拓扑;不要通过跨接普通 M 或断开保护接地来压掉报警。

诊断文字也需要按“可能原因”解读。下表只保留与本篇直接相关的线索,不把代码列成可照着换件的结论。记录应包含站、槽位、通道、原始代码、过程命令和发生顺序。 [11]

诊断线索 文档支持的检查方向
Short-circuit to L+/Short-circuit to ground 检查输出线路、通道间短路及过大的负载电容;不只凭名称断言某处导线搭接。
Readback failure 文档同时列有电磁干扰、负载电容和模块故障等可能性。
Safety-related shutdown 当前通道可能因另一个通道的错误被安全关断,应查看相关通道的原始诊断。
Parameter error 核对不被支持的参数或组合,而不是一律加大时间。

多个执行器共用一个输出时,诊断也会相互影响:原文说明,其所述双执行器接法中,只有两者都受影响才报断线,而一个短路可影响两者。不能因公共输出没有断线报警,就推断每一个支路都完好。 [11]

六、正常测试、故障钝化和失联保持,不是同一状态

正常测试是有目的的电气检查;钝化是故障处理状态。已确认发生故障时,先排除相应原因,再按适用的恢复条件重新集成。不能把持续不出力称作“一直在做暗测试”,也不能靠反复确认取代线路与负载检查。恢复过程另见 F-I/O 钝化、重新集成与启动保护。 [11]

Behavior at loss of communication 则规定 CPU STOP 或与模块通信失败后的输出行为。其中 Keep last valid value 被本模块文档限定在 EN 54-2 应用;Properties 明确说明,选用它不能按所列 IEC 61508、ISO 13849-1 机器安全应用要求使用。不能拿它充当普通机器的“防失联掉电”选项。 [10] [1]

即使安全程序仍请求 1,也不能单凭该位推断端子正在有效输出。反过来,模块恢复数据后,原来的动作请求可能仍在,重新集成和启动保护应分别检查。FDBACK 的输出质量输入与外部反馈处理,留在对应指令篇,不与本模块回读混写。 [12]

七、把负载兼容性写成可复核的记录

先完成离线对应:实际型号/固件、组态型号、底座与电位组、目标通道的 P/M 接线、负载完整型号和内部接地关系,再记录本篇涉及的测试选项与有效时间。没有这些前提,一张“输出不抖了”的截图很难供下一位维护人员复用。

负载匹配记录(字段示例,未填写测试结果)
对象与版本 → 通道及 P/M 接线 → 负载资料与接地关系
测试选项及时间 → 观察工具、参考点和采样条件
预期表现 → 实际电气变化 → 负载/反馈动作
诊断与恢复 → 未覆盖条件 → 变更及复核记录

执行测试之前:批准设备状态、危险能量控制、观察方法与恢复安排。正常过程要覆盖两种稳定状态及两次转换;有条件模式还要覆盖其跨通道与长时间前提。模拟故障仅在获准环境中实施,不在运行设备上临时短接或拔线。

程序层记录说明请求了什么,电气记录说明哪个位置发生了变化,负载及反馈记录说明执行器做了什么。某层没有测到,就保留缺口;本文没有这些现场记录,不把“官方原理如此”写成“这只负载已经通过”。

修改接线、回读时间或测试策略后,应定位完整的相关变更,通过影响分析确定复验范围;受影响对象可能并没有直接改过程序。详细交付要求可读 程序验收、签名与归档。 [13]

资料来源

第 1~11 项均为 Siemens《Fail-safe modules Manual Collection》V20 的 6ES7136-6DB01-0CA0 章节,发布版本日期 12/2024;第 12、13 项的 V21 范围单独标注。示例、检查顺序与取舍推理不属于实测结果。

1. Siemens:Properties。V20,12/2024;模块能力、6DB00 兼容组态警告和失联保持值的应用限制。

2. Siemens:Wiring and schematic circuit diagram。V20,12/2024;Table 1 端子分配、非浮地负载及 Figure 2 接线原理图。

3. Siemens:Max. readback time, dark test and switch-off test。V20,12/2024;暗测试、回读与过程值更新时间、设定核对及 Figure 2 测试脉冲。

4. Siemens:Max. readback time switch on test。V20,12/2024;P/M 交替测试、检测范围及回读时间选择。

5. Siemens:Activated light test。V20,12/2024;负载通流、断线诊断条件及 Figure 2 故障重试示意。

6. Siemens:Connecting capacitive loads。V20,12/2024;电容充放电与回读的关系。只引用机理和需核对的变量,不给出容量或电阻选型值。

7. Siemens:Enable Dynamic Read Back。V20,12/2024;有效回读后结束暗测试、0.6~20 ms 范围、互斥参数及交叉短路警告。

8. Siemens:Disable Dark Test for 48 hours。V20,12/2024;全部通道共同为 0 的续期条件、超时恢复测试、通道 0 参数关联及故障范围。

9. Siemens:Disable Dark Test (max. SIL2, CAT3, PLd)。V20,12/2024;能力限制、年度 1→0 和至少 2 s 的要求、互斥参数及诊断缺口。

10. Siemens:Behavior at loss of communication。V20,12/2024;CPU STOP 或失联时的输出选择,Keep last valid value 的 EN 54-2 适用限制。

11. Siemens:Diagnostic messages。V20,12/2024;短路、回读失败、参数错误、安全相关关断及多执行器诊断相互影响。

12. Siemens:FDBACK: Feedback monitoring。STEP 7 Safety V21 Instructions,11/2025;Description 和接口表,仅用于区分外部反馈监控与模块回读。

13. Siemens:Acceptance of Changes。SIMATIC Safety V21,11/2025;变更定位、影响分析及 S072、S071。

图片说明:四张模块、接线和测试图为 Siemens 官方文档的说明性图示,不是本站设备照片或测试结果。图片权利归 Siemens,不随本站原创文字的 CC BY-NC-SA 许可重新授权;未生成或改绘图片。

修订说明:补充三类测试的区别、回读与负载的取舍、动态回读和 48 小时抑制条件,保留关闭测试与失联行为的限制。正文不设目录。资料复核:2026-09-10;本文为文档解析,未进行接线、仿真或实机验证。