西门子S7-400PLC的维护和故障诊断

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 西门子 S7-400PLC 的维护和故障诊 断 摘要:PLC 是专为工业环境应用 而设计的一种具有数字运算操作能力的 可编程逻辑控制器，它是对传统控制元 器件继电器的一种替代，因其采用微型 计算机的工业控制装置功能而具备了强 大的逻辑控制特性，当前由于 PLC 可 编程控制的流行趋势中，西门子所研发 的诸如 S7-200、S7-300、S7-400 等系列 产品由于其有强大的功能和满足市场的 主要需求而获得市场的青睐。而其中 S7-400 可编程控制器性能突出而成为市 场的主流。本文作者根据西门子 S7-400 系列产品的维护经验。从西门子 S7-400 产品的维护和故障的实例中作出一些详 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 细的诊断分析 中国论文网 /2/view-12873481.htm 关键词：西门子 PLCS7-400H； 故障； 处理方法 Abstract: PLC is designed for industrial environment application and design of a with digital computing operations of programmable logic controller ability, it is to the traditional control components relay a kind of alternative, because its by micro computer industrial control device function and a strong logic control characteristic, the current PLC programmable control because of the popular trend, the development of such as Siemens S7-200, S7-300, S7-400 series products because of its powerful function and satisfy the market demand and get the main market favour. And among them S7-400 PLC outstanding performance and become the mainstream market. The author according -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 to Siemens S7-400 series product maintenance experience. From Siemens S7-400 product maintenance and fault in the example to make some detailed analysis of the diagnosis Keywords: Siemens PLCS7-400 H; Fault; Processing method 中图分类号：TK228 文献标识码： A 文章编号： 一、PLC 概述 PLC 是 Programmable Logic Control-ler 的英文缩写，中文为可编程 控制器。PLC 实质是专用于进行工业控 制的计算机，在微型计算机技术支撑下 的工业装置功能拓展了其逻辑控制范围， 因此得以在工业自动化控制中广泛应用。 随着 PLC 技术的日渐成熟和研制 PLC 系列产品的国家越来越多，PLc 产品逐 渐在性能上实现了高传输质量、快速率 和稳定宽带，且相比传统组网技术而显 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 现出了低成本优势，成为了当前工业自 动化控制领域的最为重要应用控制系统 之一。PLC 系列产品研制开发的国家主 要集中在德国和日本，其中尤以德国西 门子公司研制开发的 PLC S7 系列产品 因其在中高端性能领域的显著优势而在 高端装备制造业领域得到广泛应用。目 前西门子开发 s7 PLC 系列产品中， S7- 400 PLC 由于具备强大的模块扩展和 MPI 多点接口功能而在高端装备制造业 中得到应用，然而其存在的故障也具有 普遍性。本文在此从分析 S7-400 产品 特点出发，以该产品在化工工业领域应 用为例分析了产品存在的故障，提出了 解决措施，具有一定的参考价值。 二、SIMATICS7-400 的应用特点 SIMATIC S7300/400 系列可编 程序控制器是西门子公司全集成自动化 系统中的控制核心，是其集成性和开放 性的重要体现。它将先进控制思想、现 代通信技术和 IT 技术的最新发展集于 一身。在 CPU 运算速度、程序执行效 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 率、故障自诊断、联网通信、面向控制 工艺和运动对象的功能集成以及实现故 障安全的容错与冗余技术等方面都取得 了公认的成就。它在全球大、中规模的 自动化领域获得了广泛的应用。在实际 应用中，西门子控制网络是应用最多的 系统，一个典型的工厂自动化系统一般 是由现场设备层、车间监控层、工厂管 理层组成的 3 级网络结构，如图 1 所 示。 图 1 SIMATIC NET 网络系统 在图 1 所示工厂管理层中，车间 操作员工作站可以直接通过集线器和车 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 间办公管理网络相互连接，将车间的生 产数据传送到车间管理层。车间管理网 作为工厂主网的一个子网，通过交换机、 网桥或路由器等连接到厂区骨干网，将 车间数据集成到工厂管理层。工厂管理 层通常采用符合 IEC802.3 标准的以太 网，即 TCP/IP 通信；在很多的 S7300/400 的 CPU 中集成有 MPI 和 DP 通信接口，还有 ProfibusDP 和工 业以太网的通信模块，以及点对点通信 模块。通过 ProfibusDP 或 ASI 现场 总线，CPU 与分布式 I/O 模块之间可以 周期性地自动交换数据(过程映像数据 交换)。 三、S7-400 基本设计综述 S7-400 自动化控制系统采用模 块化设计，具备的强大的模板扩展和配 置功能使其能够按照每个不同的需求灵 活组合。基本系统包括了电源模板、中 央处理器、各种信号模板、功能模板、 接口模板和 SIMATIcs5 模板。这些不同 的模块的组合借助信号总线来连接，利 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 用机架来固定模块。此外，S7-400 还提 供多种级别的 CPU 模块和种类齐全的 通用模块。 由于 S7-400 是按照冗余方式进 行设计的，中央功能也总是冗余配置， 开关(OI)模块可以使常规配置、切换 型配置或冗余配置。而双通道 IO 模 块容错冗余配置允许每个子系统访问。 s7-400H 冗余控制原理是利用“热备用” 模式的自动冗余原理，关键点是确保设 备在发生故障时能够无扰动自动切换。 设备正常运行时， “热备用 ”模式确保主 单元处于正常运行状态；倘若发生故障， 则子单元能独立完成整个过程的控制。 四、S7-400H 故障分析及相应处 理 由于西门子 S7-400 采用的是冗 余处理方式进行设计和处理数据，因此 在检测 S7-400H 故障也需要通过冗余的 方式进行处理，本文将从化工只能够常 用的西门子 S7-400H 故障作为案例进行 分析，并对问题提出解决的方式。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 4.1 循环气压缩机控制系统的故 障及处理 由于该控制系统中的丙烯循环 压缩机采用的是 S7-400HHPLC 控制系 统，在该系统的稳压电源出现故障之后， 停车检修就更换了电源装置，而加载稳 压电源更换之后，PLC 系统再次上电则 发现 CPU1 启动状态出现无法先启动， 指示电源显示在 STOP 中，而两 CPU 上的 REDF(冗余故障)和 EXTF(外部故 障)红灯亮，控制器上其它状态指示灯 和故障指示灯却显示正常。因此，可以 基本判断系统出现的冗余电源，造成外 部故障。 解决方案： 此处的解决方 案即是将两个控制器模式的开关扳到 STOP 位置，然后将没有启动的 CPU1 模式选择开关开始运行，直至 RUN 绿 灯亮，STOP 黄灯灭后，再将 CPUO 模 式选择开关扳到 RUN 位置，RUN 绿灯 闪烁后灭，STOP 黄灯一直亮，故障无 法排除。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 在认真检查系统故障出现的位 置，发现系统下电前有一输入变量被强 制，现在 FRCE(强制) 黄灯亮，将该输 入点的强制取消(两 CPU)，FRCE 黄灯 灭后，因此，再次解决问题则采用将状 态为 STOP 的 CPUO 模式选择开关从 RUNSTOP-RUN 位置依次扳动， CPU0 RUN 绿灯亮，STOP 则黄灯灭， 这时两 CPU 都为 RU N 绿灯， REDF(冗 余故障)和 EXTF(外部故障)灯都灭，故 障得以排除。 4.2 挤压机控制系统故障 出现问题：由于挤压机控制故 障是在巡检时，发现两个 CPU 和 EXTF 仪器上红灯亮起，IFM2F 的红灯闪亮， 热备 CPU1 状态停止，而且红灯亮，控 制器上的其他状态灯和故障指示灯正常。 这种状态可以初步判断是由于 PLC 数 据同步模块故障造成系统故障，引起外 部故障灯闪亮。 解决方法：将 PLC 系统分开， 检测确认故障部位，通过对调、更换备 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 用 CPU1 控制的 FM2，结果发现 CPU0 的 FM2 LINKOK 灯灭，再次更换其他 方面设备，发现 CPU0 LINK OK 灯灭， 因此可以判断 CPUO 控制的 FMl 卡是 存在问题，因此更换 CPU0 的 FM1 灯， 则故障问题得到解决，系统恢复正常。 4.3S7-400H 冗余故障 S7-400H 冗余故障主要表现在于 冗余数字输入模块差异，如何进行处理 也是常见的问题。实际上在 PlI(输入的 过程映像)中，冗余数字输入的最后一 个均值有效，直至错误定位。在出现差 异时，由 CPU 识别为故障的模块处于 钝化状态，此时处于非钝化状态下的模 块的值为有效，此后错误不再可以被识 别，因为在非钝化模块上的信号总是被 CPU 以正确的信号予以接受。为确保故 障数字输入模块的本地化，可以通过