隨著技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)的連續(xù)無故障運(yùn)行時(shí)間得到了很大的延長。但是設(shè)備總有出故障的時(shí)候，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，人們希望有一種技術(shù)，能保證設(shè)備和人身的安全，這種技術(shù)，稱為“故障安全技術(shù)（Fail-safe technology）”。
具體來說，故障安全技術(shù)，是當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，能將設(shè)備導(dǎo)向安全的狀態(tài)或位置的技術(shù)。故障安全技術(shù)早應(yīng)用于鐵路的信號(hào)系統(tǒng)，目前在很多工業(yè)控制系統(tǒng)中也有廣泛的應(yīng)用。使用故障安全技術(shù)的系統(tǒng)，稱為“故障安全系統(tǒng)（Fail-safe system）”。故障安全系統(tǒng)應(yīng)用在安全要求較高的場合中，由故障安全CPU（Fail-safe CPU）和故障安全模塊（Fail-safe module）組成。
故障安全型CPU經(jīng)過TüV（德國的一個(gè)安全組織）的安全認(rèn)證。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，能確保控制系統(tǒng)切換到安全模式。西門子S7系列故障安全CPU其名稱后面有字母“F”，比如：CPU319F，“F”代表“Fail-safe”，即“故障安全”。為了與普通的CPU進(jìn)行區(qū)別，故障安全CPU（F-CPU）在模塊和硬件組態(tài)中都使用黃色標(biāo)簽， 如下圖的CPU319F-3PN/DP，你可以看到：TüV安全認(rèn)證和左下角的黃色標(biāo)簽頁。
故障安全CPU可以運(yùn)行故障安全程序。故障安全程序由一個(gè)或幾個(gè)安全運(yùn)行組組成，它獨(dú)立于普通程序之外，對(duì)系統(tǒng)的輸入進(jìn)行評(píng)估，并控制系統(tǒng)的安全輸出。因此，故障安全CPU還需要故障安全模塊的配合。
所謂“故障安全模塊”，是指當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，能將系統(tǒng)引導(dǎo)進(jìn)入安全狀態(tài)的模塊。故障安全模塊在分布式控制系統(tǒng)中(Distributed system)有較多的應(yīng)用，它與普通模塊的區(qū)別在于其內(nèi)部是雙通道的設(shè)計(jì)，兩個(gè)集成的處理器相互監(jiān)控并自動(dòng)測試IO回路，并且在故障發(fā)生后把模塊置于安全的狀態(tài)。
在西門子S7系列PLC中，故障安全模塊包括：故障安全電源模塊，故障安全數(shù)字量輸入模塊，故障安全數(shù)字量輸出模塊，故障安全模擬量輸入模塊等。
故障安全電源模塊（F-Power）用來為其它模塊提供工作電壓并且能把輸出模塊的工作電壓安全切斷；故障安全數(shù)字量輸入模塊（F-DI）用來記錄安全相關(guān)傳感器的數(shù)字信號(hào)狀態(tài)并且把故障安全信息幀傳送給故障安全CPU（F-CPU）；故障安全數(shù)字量輸出模塊（F-DO）用來提供短路或串接保護(hù)，并安全關(guān)閉執(zhí)行器；故障安全模擬量輸入模塊（F-AI）用來獲取安全相關(guān)的模擬量傳感器的信號(hào)。各故障安全模塊與故障安全CPU通過故障安全總線協(xié)議進(jìn)行通訊，通訊中斷將引發(fā)故障安全模塊報(bào)警。
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