安全输入解决的是“现场信号能不能相信”,安全输出解决的是“需要进入安全状态时,执行器能不能被可靠地切断”。ET 200SP F-DQ 4x24VDC/2A PM HF(订货号 6ES7136-6DB01-0CA0)就是这一层的典型模块。

它的参数里有一类很特殊的选项:勾上之后不是“少一个诊断”,而是直接把整条安全功能能达到的最高等级压低。先把这三条记住:

设置 后果
Disable Dark Test 启用 最高仅 SIL2 / Cat.3 / PLd
Behavior at loss of communicationKeep last valid value 只符合 EN 54-2 的相应使用条件,不能用于 IEC 61508、ISO 13849-1 机器安全场景
非浮地负载(与机壳地相连) 可能报短路诊断,M 侧开关会被机壳地桥接

目标是 SIL3 / Cat.4 / PLe 的项目,第一条直接就不能勾。下面把 PM 输出结构、测试脉冲和回读诊断说清楚,也就能看明白这三条为什么成立。

一、先认识模块

6ES7136-6DB01-0CA0 是 ET 200SP 的故障安全数字输出模块,支持 PROFIsafe 地址类型 2,提供 4 路 PM switching 安全输出,每路额定输出电流 2 A。

Siemens 将其应用对象列为电磁阀、DC 接触器和指示灯等 24 V DC 负载。模块支持通道诊断,并可按通道或按模块钝化。

Siemens ET 200SP F-DQ 4x24VDC/2A PM HF 故障安全数字输出模块

图 1:ET 200SP F-DQ 4x24VDC/2A PM HF 模块外观(图片来源:Siemens Fail-safe modules Manual Collection)。

二、PM 输出是什么

普通 24 V 数字输出常见的是单侧开关,而 PM switching 同时使用 P-switch 和 M-switch。F-DQ 的每个通道都有对应的 DQ-PnDQ-Mn 端子。

以通道 0 为例,安全负载接在 DQ-P0DQ-M0 之间。模块通过内部开关和回读诊断检查输出回路,而不是只看程序里写入的 0/1。两侧都能断,意味着单侧开关粘连时还有另一条切断路径。

Siemens ET 200SP F-DQ 4x24VDC/2A PM HF 接线与原理图

图 2:F-DQ 4x24VDC/2A PM HF 的接线与原理图(图片来源:Siemens Fail-safe modules Manual Collection)。

三、Dark Test 与 Light Test

F-DQ 需要确认“应该断开时确实能断开”和“应该接通时输出路径工作正常”。因此安全输出会通过测试脉冲和回读来检查输出通道。

测试 作用 配置要点
Dark Test 在输出为 1 的期间短暂关断输出路径,并检查回读响应 负载必须能够容忍测试脉冲;关闭该测试会降低可达到的最高安全等级
Light Test 在输出为 0 的状态下执行短暂接通测试并检查通道 是否启用要结合负载特性和诊断要求
Readback 验证测试动作后实际输出反馈是否符合预期 最大回读时间必须与负载的电气特性匹配

接触器线圈、电磁阀和电子负载对测试脉冲的反应不同。参数不能只按模块默认值理解,还要结合实际负载——这也是很多人冒出“把 Dark Test 关了就好”这个念头的起点。

四、关键参数

参数 作用 配置要点
Maximal test period 规定模块完成输出测试的最大周期 会影响测试脉冲出现频率和诊断时间
Max. readback time, dark test and switch-off test 规定关断测试后的允许回读时间 要覆盖负载实际关断响应,又不能无原则放大
Activated light test 启用输出为 0 时的接通测试 确认负载不会被短测试脉冲产生危险动作
Disable Dark Test 关闭暗测试 启用后最高仅 SIL2 / Cat.3 / PLd
Enable Dynamic Read Back 启用动态回读功能 与 Disable Dark Test、Disable Dark Test for 48 hours 存在互斥依赖

五、为什么关闭 Dark Test 会降级

Siemens 对该模块明确标注:启用 Disable Dark Test 后,最高只能用于 SIL2 / Cat.3 / PLd。原因不是“软件限制”,而是关闭了用于检测部分危险输出故障的重要诊断机制。

它的物理含义是:输出一直为 1 的回路,如果不偶尔试着断一下并回读,就无从知道它到底还能不能断。真正需要它断的时候才发现断不了,已经晚了。

参数页面出现“max. SIL2, CAT3, PLd”不是普通备注,而是直接影响安全功能能力边界的条件。项目目标需要 SIL3 / Cat.4 / PLe 时,不能为了兼容负载而直接关掉 Dark Test。

六、接线与负载注意事项

当前模块使用 BaseUnit 类型 A0。每个通道通过 DQ-PnDQ-Mn 形成 PM 输出,实际接线要按 Siemens 给出的端子分配和应用电路执行。

对于与机壳地存在连接的非浮地负载,Siemens 特别指出可能出现短路诊断,因为从模块视角看,M 侧开关可能被机壳地连接桥接。此类负载不能只按普通 DQ 接线经验处理。

七、故障与钝化

当 F-DQ 检测到短路、断线或回读异常等故障时,可以按通道或按模块进入钝化。安全程序输出 1 并不意味着现场端子一定继续保持 1,F-I/O 的安全诊断优先于普通控制需求。

模块还提供 Behavior at loss of communication。Siemens 明确说明,选择 Keep last valid value 时,只符合 EN 54-2 的相应使用条件,不能用于 IEC 61508、ISO 13849-1 机器安全场景。

八、常见错误

常见说法 实际情况
安全输出就是普通 24 V DQ,只是模块颜色不同 F-DQ 通过 PM 开关、测试脉冲、回读与故障钝化共同实现安全输出诊断
负载被测试脉冲影响时,把 Dark Test 关掉就行 关闭 Dark Test 会把最高安全能力限制到 SIL2 / Cat.3 / PLd
Keep last valid value 更稳定,机器安全也可以用 Siemens 明确说明该设置不能按 IEC 61508、ISO 13849-1 机器安全标准使用

九、总结

F-DQ 4x24VDC/2A PM HF 的关键不是“4 路、每路 2 A”,而是理解 PM 输出路径、测试脉冲和回读诊断如何共同确认安全输出是否可信。

后续做接触器、阀岛或安全执行器时,必须同时考虑负载特性、测试参数、反馈监控和最终目标 SIL/PL。选型阶段就把负载能不能承受测试脉冲问清楚,比接完线再回头改参数便宜。

本文用于理解 F-DQ 参数与诊断逻辑,不替代具体负载、执行器及完整安全功能的验证。

资料来源

  1. Siemens Fail-safe modules Manual Collection:F-DQ 4x24VDC/2A PM HF Properties
  2. Siemens:Wiring and schematic circuit diagram
  3. Siemens:F-DQ 4x24VDC/2A PM HF parameter dependencies