機(jī)架故障組織塊在PROFIBUS-DP 通信診斷上的應(yīng)用

吳建華，張文欣，徐 歡

（大冶有色金屬有限責(zé)任公司冶煉廠，湖北黃石 435005）

0 引言

西門子大中型PLC 具有很強(qiáng)的錯誤和故障的檢測及處理能力。當(dāng)CPU 檢測到某種錯誤后，操作系統(tǒng)將自動調(diào)用對應(yīng)的OB（Organizational block，組織塊）塊，用戶可以事先在對應(yīng)的組織塊中編寫程序，就可以對發(fā)生的錯誤或故障采取相應(yīng)的措施。如果用戶沒有建立相應(yīng)的組織塊，發(fā)生錯誤或故障后，CPU將轉(zhuǎn)為STOP 模式。像所有的組織塊一樣，錯誤處理組織塊中包含了關(guān)于調(diào)用原因的附加信息。操作系統(tǒng)將這些信息記錄在該組織塊的局部變量中，用戶可以在程序中對它們進(jìn)行訪問，以便于故障診斷。能被CPU 檢測到，并且用戶可以通過組織塊對其進(jìn)行處理的錯誤或故障分為兩種基本類型：異步錯誤和同步錯誤。異步錯誤組織塊是處理與PLC 硬件或操作系統(tǒng)密切相關(guān)的錯誤，這類錯誤與程序執(zhí)行無關(guān)。同步錯誤組織塊是處理與程序執(zhí)行有關(guān)的錯誤。機(jī)架故障OB86 屬于異步錯誤組織塊。

1 電解陰極剝片機(jī)組控制系統(tǒng)的硬件配置

大冶有色金屬公司電解陰極剝片機(jī)組是引進(jìn)芬蘭Outotec（奧圖泰）公司機(jī)器人式智能化機(jī)組，自動化程度高，其控制系統(tǒng)采用了西門子S7-300 PLC 來實現(xiàn)機(jī)組的自動化生產(chǎn)，其在STEP7軟件上的硬件組態(tài)如圖1 所示。

圖1 電解陰極剝片機(jī)組在STEP7 中的硬件組態(tài)

西門子S7-300 PLC 控制系統(tǒng)的PLC 選用的是CPU 317 F-2PN/DP 作為系統(tǒng)的主站，通過PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線通信方式，連接了39 個DP 從站。這些DP 從站包括19 個ET200M分布式I/O、6個編碼器、3 臺KUKA機(jī)器人、9臺西門子MM440 變頻器、1 臺托利多稱重傳感器和1 個DP/AS-I LINK網(wǎng)關(guān)。由于電解陰極剝片機(jī)組控制系統(tǒng)的站點比較多，網(wǎng)絡(luò)較復(fù)雜，出現(xiàn)DP 從站故障時，使用了機(jī)架故障組織塊OB86的局部變量，在OB86 組織塊中進(jìn)行編程，同時將故障信息及時地發(fā)送到人機(jī)界面顯示出來，幫助維修人員及時地查明故障原因。

2 DP 網(wǎng)絡(luò)故障診斷

組織塊（OB）是用戶程序與CPU 操作系統(tǒng)的接口，OB 不能被用戶程序調(diào)用。它是在觸發(fā)OB 事件時，由操作系統(tǒng)調(diào)用的。操作系統(tǒng)為所有的OB 塊聲明了一個包含OB 的啟動信息的20B 的變量聲明表，變量聲明表中只有臨時變量。OB86 變量聲明表中的臨時變量見表1。

表1 OB86 的局部變量

如果機(jī)架或DP 從站發(fā)生故障，在故障出現(xiàn)和消失時，CPU都會自動調(diào)用OB86。OB86_EV_CLASS 為B#16#39 表示故障剛出現(xiàn)，為B#16#38 時表示故障剛消失。OB86_FLD_ID 部分錯誤代碼的含義如下：B#16#C3 表示分布式I/O 設(shè)備的DP 主系統(tǒng)故障；B#16#C4 表示DP 站故障；B#16#C5 表示DP 內(nèi)部的故障。OB86_MDL_ADDR 為主站的邏輯基地址，它是HW_Config 中主站的接口診斷地址，可以在DP 接口屬性對話框的“地址”選項卡找到它。CPU 的操作系統(tǒng)使用該地址來報告接口的故障。OB86_RACKS_FLTD 的數(shù)據(jù)類型為32 個位元素的數(shù)組（Array），為了方便編程，可以將它的數(shù)據(jù)類型更改為DWORD（雙字）。雙字的第0～7 位為出錯的DP 站的編號，第8～15 號位DP 主站系統(tǒng)的編號（ID），第16～30 位S7從站的邏輯基地址，第31 位I/O標(biāo)識符。

在電解陰極剝片機(jī)組控制系統(tǒng)DP 故障診斷的實際應(yīng)用中，STEP7 軟件中OB86 的編程如圖2 所示。在程序中，使用整數(shù)比較指令，當(dāng)#OB86_EV_CLASS 等于B#16#38 時，M86.0 為1，表示故障剛消失；當(dāng)#OB86_EV_CLASS等于B#16#39 時，M86.1 為1，表示故障剛出現(xiàn)。OB86_RACKS_FLTD是32 個位元素的數(shù)組（Array），其中位元素的后8 位，也就是OB86_RACKS_FLTD［24］～OB86_RACKS_FLTD［31］，分別賦值給M190.0～M190.7，也就是字節(jié)MB109。賦值后的MB109 就是出錯的DP 站的編號。也可以把局部變量OB86_RACKS_FLTD改為OB86_Z23，數(shù)據(jù)類型更改為DWORD（雙字）。雙字的第0～7 位為出錯的DP 站的編號。

圖2 STEP7 軟件中OB86 的編程

在功能塊FC20 編寫程序（圖3），MB109 是出錯的DP 站的編號。M86.0 為1，表示故障剛消失，M86.1 為1，表示故障剛出現(xiàn)。例如當(dāng)DP 從站4 出現(xiàn)故障時，MB109 等于4，且M86.1 等于1，用置位復(fù)位指令，使M242.1 置位為1，表示DP 從站4 發(fā)生故障。當(dāng)DP 從站4 故障剛消失時，M86.0 為1 且MB109 為4，使M242.1 復(fù)位為0。也可以通過輸入點I20.3（對應(yīng)操作臺的按鈕）進(jìn)行手動故障復(fù)位。

圖3 功能塊FC20 的編程

因為電解陰極剝片機(jī)組的控制系統(tǒng)DP 從站較多，當(dāng)DP 從站發(fā)生故障時，為了幫助維修人員及時知道是哪個從站發(fā)生了故障，可以將發(fā)生故障的DP 從站及時地發(fā)送到人機(jī)界面，幫助維修人員及時地查明故障原因。DP 從站故障在西門子觸摸屏上的顯示如圖4 所示，DP 從站4 發(fā)生故障時，M242.1 置位為1，在觸摸屏上便會以紅色顯示出來。

圖4 DP 從站故障在西門子觸摸屏上的顯示

3 結(jié)束語

利用機(jī)架故障組織塊OB86 的局部變量對PROFIBUS-DP故障進(jìn)行診斷，是西門子PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)故障診斷諸多方法中的一種，對查找DP 網(wǎng)絡(luò)故障起到一定的輔助作用。由于西門子的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的站點越來越多、越來越復(fù)雜，對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷的要求也越來越高，當(dāng)DP 網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，應(yīng)借助多種網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法對故障進(jìn)行診斷，例如可以使用PLC 上的LED 燈進(jìn)行故障查詢，借助西門子DP 網(wǎng)絡(luò)專用硬件診斷工具進(jìn)行診斷，使用STEP7 軟件上的故障診斷區(qū)進(jìn)行查詢等。采用多種方法的配合使用，在控制系統(tǒng)出現(xiàn)DP 故障時，才能最快地查找出原因，減少設(shè)備的故障時間，保護(hù)設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。