西門子PLC系統(tǒng)常見故障分析

孫 慧

(大連石化公司儀表車間，遼寧 大連 116032)

大連石化公司化學(xué)水處理系統(tǒng)2000年采用了西門子S7-400 PLC控制，投用初期故障較多，包括軟/硬件故障、通信故障及干擾故障等，隨著系統(tǒng)應(yīng)用的普及，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員逐漸掌握了該系統(tǒng)的故障處理方法，對(duì)PLC故障逐一進(jìn)行解決，目前，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，保證了生產(chǎn)，減輕了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。筆者主要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)介紹該套PLC系統(tǒng)運(yùn)行中常見的故障及其處理措施。

1 PLC控制系統(tǒng)架構(gòu)①

整套PLC控制系統(tǒng)由工廠級(jí)Profibus總線和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)Profibus-DP總線構(gòu)成，包括5臺(tái)操作站和5組西門子S7-400標(biāo)準(zhǔn)控制器(下掛多個(gè)ET-200M遠(yuǎn)程從站)，操作站與控制器分別連接到Profibus總線網(wǎng)，Profibus總線為環(huán)形網(wǎng)，由光纖通過適配器相連，操作站、西門子S7-400均是環(huán)形Profibus總線網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)[1]。

操作站安裝了Windows 2000 Professional操作系統(tǒng)，每臺(tái)工作站通過CP5613卡連到Profibus總線網(wǎng)，同時(shí)工作站之間通過Hub構(gòu)成以太網(wǎng)，用于工程師站繪制監(jiān)控圖的分發(fā)。工作站上除了安裝操作系統(tǒng)外，還要安裝CP5613卡驅(qū)動(dòng)程序、HMI組態(tài)軟件WinCC、SIMATIC Manager(STEP 7編程軟件)和License文件。

控制器由5組S7-400標(biāo)準(zhǔn)控制器構(gòu)成，分別負(fù)責(zé)老廠、新廠、預(yù)處理、凝結(jié)水和混床的控制，其CPU型號(hào)為414-2DP。5組控制器與工廠級(jí)總線通過CP443-5通信，同時(shí)，每套控制器通過Profibus-DP總線下掛多個(gè)ET-200M遠(yuǎn)程從站， ET-200M機(jī)架上配有S7-300系列 I/O模塊，I/O點(diǎn)約為3 000點(diǎn)。PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2 PLC常見故障分析

2.1 網(wǎng)絡(luò)故障分析處理

該系統(tǒng)在PLC系統(tǒng)投入運(yùn)行初期經(jīng)常出現(xiàn)所有操作站畫面不穩(wěn)定、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)有時(shí)無和實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示異常的情況，檢查發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信出現(xiàn)故障。所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸不上來，判斷應(yīng)該是工廠級(jí)Profibus總線故障，如上位機(jī)CP5613通信卡故障報(bào)警或連接的終端接頭故障，也可能是Profibus總線環(huán)形網(wǎng)上的OLM轉(zhuǎn)換器或連接終端接頭故障。

在運(yùn)行過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)部分模擬量數(shù)據(jù)時(shí)有時(shí)無的現(xiàn)象，主要是預(yù)處理控制系統(tǒng)和老廠控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示不正常，而新廠和混床控制系統(tǒng)模擬量顯示正常。因?yàn)橹挥胁糠謹(jǐn)?shù)據(jù)，而且是模擬量數(shù)據(jù)傳輸不上來，顯示灰色，說明不是工廠級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信故障，可能是Profibus-DP子網(wǎng)故障引起部分?jǐn)?shù)據(jù)通信中斷。Profibus-DP總線工作一段時(shí)間后，經(jīng)常發(fā)生某些子站通信故障或出現(xiàn)通信中斷，如由于通信電纜過長(zhǎng)造成了信號(hào)的衰減、接地和電磁干擾以及IM153接口撥位開關(guān)錯(cuò)誤導(dǎo)致的阻值不匹配等。

網(wǎng)絡(luò)故障處理辦法是通過總線上各設(shè)備故障指示燈找出故障點(diǎn)，首先總線故障時(shí)CPU的BUSF指示燈顯示紅色，若DP總線故障則依次檢查各遠(yuǎn)程IM153模塊的BF指示燈，確定具體故障發(fā)生在哪一個(gè)總線接口模塊上。若工廠級(jí)Profibus總線故障則檢查光電轉(zhuǎn)換設(shè)備指示燈來判斷問題出現(xiàn)在哪個(gè)接口上。找到故障節(jié)點(diǎn)進(jìn)而分析故障原因并處理，包括檢查設(shè)備接線正確性、緊固性、撥碼的軟硬件設(shè)置的一致性、光纖跳線收、發(fā)的連接極性、連接是否緊固、終端電阻的連接及檢查等。

在系統(tǒng)運(yùn)行中，還可以通過軟件診斷信息查找總線上的故障點(diǎn)。打開Simatic Manager項(xiàng)目硬件配置Hardware，切到online，可以檢測(cè)到系統(tǒng)總線到從站的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備狀態(tài)和故障點(diǎn)，并給出詳細(xì)的報(bào)錯(cuò)信息。

2.2 系統(tǒng)干擾故障

該套系統(tǒng)控制很多電氣設(shè)備，一部分電氣信號(hào)通過電纜敷設(shè)接入PLC的各個(gè)I/O模件，還有一部分通過Profibus-DP通信連接控制電氣MCC設(shè)備，采用Profibus雙絞屏蔽電纜，電纜兩端通過D型插頭接地，通信速率1.5Mbps，DP接口卡位于電氣MCC柜內(nèi)。

在運(yùn)行初期，經(jīng)常出現(xiàn)一部分連接電氣MCC的Profibus-DP子站通信故障，子站離線，無法讀取數(shù)據(jù)，檢查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)MCC附近的電力設(shè)備運(yùn)行時(shí)，電機(jī)傳動(dòng)產(chǎn)生電磁干擾，而接口卡位于MCC柜內(nèi)，電磁干擾總線信號(hào)，將Profibus雙絞屏蔽電纜改成光纖敷設(shè)后子站通信穩(wěn)定，不再出現(xiàn)子站離線現(xiàn)象[2]。

一部分電氣設(shè)備(泵、風(fēng)機(jī)等)狀態(tài)信號(hào)線直接進(jìn)入卡件，在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)顯示異常，“0”、“1”錯(cuò)亂，檢查發(fā)現(xiàn)卡件工作正常，而由電氣專業(yè)送來的狀態(tài)開關(guān)量信號(hào)本應(yīng)為無源接點(diǎn)，但測(cè)量發(fā)現(xiàn)狀態(tài)信號(hào)線對(duì)地都有30～80V不同的電壓，該干擾信號(hào)就是由于電纜敷設(shè)不規(guī)范，信號(hào)線與動(dòng)力線沒有分開敷設(shè)，造成干擾電壓串入。

在運(yùn)行過程中有時(shí)還出現(xiàn)部分模擬量顯示與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量值不符，誤差大，檢查模擬量信號(hào)線對(duì)地電壓，發(fā)現(xiàn)模擬量信號(hào)端有干擾電壓，由此判斷是系統(tǒng)接地有問題，整個(gè)系統(tǒng)無專用接地網(wǎng)，系統(tǒng)存在不共地，接地混亂引起測(cè)量干擾，由于大地電位分布不均，不同的接地點(diǎn)存在著地電位差，接地混亂會(huì)可能產(chǎn)生地環(huán)路電流，對(duì)測(cè)量信號(hào)構(gòu)成干擾[3]。通過正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)，并將所有24V(DC)電源負(fù)端接地，目前模擬量測(cè)量正常，不再出現(xiàn)時(shí)有時(shí)無的現(xiàn)象。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛，由于PLC大部分安裝在現(xiàn)場(chǎng)，環(huán)境比較惡劣，導(dǎo)致故障率增加，從而會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性，筆者通過將現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中出現(xiàn)的故障匯總便于維護(hù)人員快速解決處理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程自動(dòng)操作與控制，提高生產(chǎn)效率。