西門子PCS7系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及日常故障排除

范國圣，馬 煜，李興斌，李 偉，李仁孝

(揚(yáng)子江藥業(yè)集團(tuán)江蘇龍鳳堂中藥有限公司，江蘇 泰州 225300)

1 PCS7網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成

1.1 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

1)現(xiàn)場總線層：PROFIBUS DP和PA，是聯(lián)系控制站(AS)與現(xiàn)場站或設(shè)備的紐帶。

提取2號(hào)車間現(xiàn)場總線層采用冗余Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)連接智能型分布式I/O模塊ET200PA讀取現(xiàn)場傳感器、儀表輸入數(shù)據(jù)，各種開關(guān)量信號(hào)以及模擬量信號(hào)，并將輸出數(shù)據(jù)傳給閥門、開關(guān)及變頻器等。

提取2號(hào)車間B棟PCS7系統(tǒng)控制站(AS)是2臺(tái)互為冗余的西門子CPU410-5H，其作為現(xiàn)場總線層Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中的DP主站，地址分別是01和02，后面通過冗余的Profibus-DP總線，帶了30對(duì)冗余的DP從站(西門子IM650-8擴(kuò)展模塊)，地址從04到33。DP地址撥碼由二進(jìn)制組成，通過撥到不同位置，可以設(shè)置從站的DP地址。例如把1，4撥到ON的位置，代表地址就是從站5號(hào)。

2)控制總線層：工業(yè)以太網(wǎng)是連接控制站(AS)與服務(wù)器、操作站、外圍輔助PLC設(shè)備的橋梁。

揚(yáng)子江龍鳳堂提取2號(hào)車間PCS7控制總線層系統(tǒng)由PCS7-400系列冗余PLC和外圍輔助設(shè)施MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)、酒精精餾塔、真空泵站、真空干燥箱、臥螺、全自動(dòng)清洗站、熱風(fēng)循環(huán)烘箱、出渣車、閥島組成，在各套PLC之間通過工業(yè)以太網(wǎng)連接，通過S7協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并連有操作員站、工程師站、數(shù)據(jù)服務(wù)器，安裝有西門子WINCC監(jiān)控軟件。

1.2 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的采用

采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP通信協(xié)議，TCP/IP是工業(yè)界普遍認(rèn)可的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，相對(duì)于OSI的7層協(xié)議來說，由于其層次少，具有對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)的透明性和不必涉及網(wǎng)絡(luò)的具體物理實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。

1.3 工業(yè)以太網(wǎng)上的S7通信

通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的PCS7通信，允許使用通信SFB/FB模塊，系統(tǒng)里面不同的CPU可以相互讀取及發(fā)送數(shù)據(jù)。每個(gè)作業(yè)可傳送多達(dá)64 K字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)。提取2號(hào)車間包括A棟醇提車間和B棟水提車間，2個(gè)車間的PCS7系統(tǒng)相互獨(dú)立。為了2個(gè)車間能進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，AB棟通過光纖連接內(nèi)部以太網(wǎng)交換機(jī)，并相互配置網(wǎng)關(guān)，即可完成數(shù)據(jù)間的傳輸與接收。

2 揚(yáng)子江龍鳳堂提取2號(hào)車間PCS7系統(tǒng)故障排除案例分析

2.1 Profibus-DP總線接線問題

2.1.1 問題描述

揚(yáng)子江龍鳳堂提取2號(hào)車間在Profibus-DP現(xiàn)場總線調(diào)試時(shí)，DP主站直接出現(xiàn)DP報(bào)警。

2.1.2 問題分析

首先檢查Profibus-DP現(xiàn)場總線接線方式是否正確，DP接線頭撥碼是否正確。正確的Profibus-DP現(xiàn)場總線接線方式以及DP頭撥碼如圖1所示。

圖1 Profibus-DP現(xiàn)場總線接線方式以及DP頭撥碼圖

檢查Profibus-DP現(xiàn)場總線的首端末端2個(gè)DP頭，DP線是否在進(jìn)去的A1B1孔里，發(fā)現(xiàn)接線正常。接著檢查首位2個(gè)DP接頭的撥碼開關(guān)是否都撥到ON位置，中間的其他DP頭是否都打在OFF上面(高頻信號(hào)傳輸時(shí)，信號(hào)波長相對(duì)傳輸線較短，信號(hào)在傳輸線終端會(huì)形成反射波干擾原信號(hào)，所以要在傳輸線末端加終端電阻，使信號(hào)到達(dá)傳輸線末端后不反射。對(duì)于低頻信號(hào)則不用。在長線信號(hào)傳輸時(shí)，一般為了避免信號(hào)的反射和回波也需要在接收端接入終端匹配電阻，DP撥碼開關(guān)打在ON時(shí)終端電阻才會(huì)起作用)。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)所有DP接線頭撥碼開關(guān)都處于正確位置。接下來基本可以確定是DP總線連接處存在某處斷路。

2.1.3 解決方法

當(dāng)DP通信總線接好后，用萬用表測量看DP哪處斷路了。因?yàn)镈P總線已經(jīng)連接了一串的接口，需要從首端開始逐個(gè)檢查，檢查方法如下。

DP總線的首端是單獨(dú)接線的接口，也就是DP通信的主站(AS-410)，是ON狀態(tài)，然后把鄰近的第一個(gè)DP從站接口的開關(guān)置為ON，那么這個(gè)接口以后的部分就斷了，第一個(gè)DP通信從站相當(dāng)于并聯(lián)了一個(gè)220 Ω的電阻到DP通信主站的回路中。現(xiàn)在測DP總線首端接口(AS-410)，就是單線接的那個(gè)接口，之后的測量也一直都是測這個(gè)接口，測它的收發(fā)2個(gè)針(A1B1)，查看測量電阻值大小。假如電阻是110 Ω(被并聯(lián)了)，那么這段線路就是通的，然后把中間剛才第一個(gè)DP通信從站的DP接頭撥碼開關(guān)從ON狀態(tài)改變?yōu)镺FF狀態(tài)，然后將第二個(gè)DP通信從站接口改為ON狀態(tài)……，逐一測量下去，如果哪個(gè)電阻不是110 Ω，就是那一段的線路出問題了。通過測量最終發(fā)現(xiàn)，在DP通信17號(hào)從站處DP通信總線開路，現(xiàn)場接頭虛接，從而引發(fā)系統(tǒng)DP通信故障。重新接好線，并恢復(fù)DP通信接頭撥碼開關(guān)的位置(首尾撥碼為ON，中間所有的為OFF)，DP通信主站正常工作，DP通信故障消除。

2.2 Profibus-DP通信干擾的解決

2.2.1 問題描述

揚(yáng)子江龍鳳堂提取2號(hào)車間Profibus-DP現(xiàn)場總線調(diào)試，運(yùn)行階段會(huì)出現(xiàn)通信意外中斷，某些DP站點(diǎn)隨機(jī)通信故障的現(xiàn)象。

2.2.2 問題分析

主要原因是通信電纜太長導(dǎo)致信號(hào)衰弱，由于PROFIBUS協(xié)議的通信長度受波特率的限制，現(xiàn)場使用PROFIBUS通信的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)要保證一定的傳輸率，但是總線卻超出規(guī)定長度的問題。DP通信波特率對(duì)應(yīng)線長米數(shù)如表1所示。

表1 DP通信波特率對(duì)應(yīng)線長

2.2.3 解決方法

在這種情況下需要使用RS485中繼器，使得信號(hào)放大和延長總線長度。

2.3 工業(yè)以太網(wǎng)通信站與站之間的數(shù)據(jù)中斷

2.3.1 問題描述

揚(yáng)子江龍鳳堂提取2號(hào)車間MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的西門子300PLC與西門子PCS7410H之間相互數(shù)據(jù)通信，MVR觸摸屏上位機(jī)通過TCP/IP通信控制西門子PCS7410H控制的電機(jī)啟停及頻率的調(diào)節(jié)。正常情況下，MVR觸摸屏上可以控制，PCS7系統(tǒng)上位機(jī)也可以控制，出現(xiàn)故障時(shí)，MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)觸摸屏無法啟動(dòng)停止電機(jī)以及頻率調(diào)節(jié)。

2.3.2 問題分析

先檢查車間配電柜是否異常，變頻器有無報(bào)警，二次回路有無故障，經(jīng)排查現(xiàn)場手動(dòng)控制可以正常操作。排除車間配電柜問題，在PCS7上位機(jī)上發(fā)現(xiàn)可以正常操作和控制電機(jī)的啟停與頻率的調(diào)節(jié)，最終把問題歸類到工業(yè)以太網(wǎng)通信上，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)西門子300PLC與PCS7410HPLC之間硬線工業(yè)以太網(wǎng)連接通信的交換機(jī)電源線脫落，導(dǎo)致現(xiàn)場MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)西門子300PLC與PCS7410HPLC通信中斷。

2.3.3 解決方法

恢復(fù)MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)西門子300PLC與PCS7410HPLC之間硬線工業(yè)以太網(wǎng)連接通信的交換機(jī)電源，恢復(fù)PLC之間的通信。

3 結(jié)語

PCS7在使用過程中會(huì)經(jīng)常遇到通信方面的問題，解決問題的方法有很多，關(guān)鍵在于要善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，及時(shí)找到問題的根源，然后處理問題。畢竟通信就相當(dāng)于PCS7的大腦中樞神經(jīng)，出現(xiàn)問題，可能造成很嚴(yán)重的后果，給生產(chǎn)帶來很大影響、偏差。