第六章 故障诊断.ppt

第七章故障诊断 PLC是运行在工业环境中的控制器 一般而言可靠性比较高 出现故障的概率较低 但是 出现故障也是难以避免的 一般引发故障的原因有很多 故障的后果也有很多种 引发故障的原因虽然我们不能完全控制 但是我们可以通过日常的检查和定期的维护来消除多种隐患 把故障率降到最低 故障的后果轻的可能造成设备的停机 影响生产的数量 重的可能造成财产损失和人员伤亡 如果是一些特殊的控制对象 一旦出现故障可能会引发更严重的后果 故障发生后 对于维护人员来说最重要的是找到故障的原因 迅速排除故障 尽快恢复系统的运行 对于系统设计人员在设计时要考虑到系统出现故障后的系统的自我保护措施力争使故障的停机时间最短 故障的产生的损失最小 7 1了解S7 300PLC的基本故障种类 一般PLC的故障主要有外部故障或是内部错误造成 外部故障时由外部传感器或执行机构的故障等引发PLC产生故障 可能会使整个系统停机 甚至烧坏PLC 而内部错误是PLC内部的功能性错误或编成错误造成的 可以使系统停机 S7 300具有很强的错误 或称故障 检测和处理能力 CPU检测到某种错误后 操作系统调用对应得组织块 用户可以在组织块中编程 对发生的错误采取相应的措施 对于大多数错误 如果没有给组织块编程 出现错误时CPU将进入STOP模式 被S7CPU检测到并且用户可以通过组织块对其进行处理的错误分为两类 1 异步错误异步错误是与PLC的硬件或操作系统密切相关的错误 与程序执行无关 但异步错误的后果一般比较严重 2 同步错误同步错误是与执行用户程序有关的错误 程序中如果有不正确的地址区 错误的编号或错误的地址 都会出现同步错误 操作系统将调用同步错误OB 7 2掌握PLC的常规维护及故障排除的方法 为了保障系统的正常运行 定期对PLC系统进行维护和检查是必不可少的 而且还必须熟悉一些故障诊断和排除方法 7 2 1检查与维护7 2 2外部故障的排除方法7 2 3内部错误的故障诊断 7 2 1检查与维护 一 定期检查PLC是一种工业控制设备 尽管在可靠性方面采取了许多措施 但工作环境对PLC影响还是很大的 所以 通常每隔半年时间应对PLC作定期检查 如果PLC的工作条件不符合表7 1规定的标准 就要做一些应急处理 以便使PLC工作在规定的标准环境 表7 1周期性检查一览表 二 日常维护 PLC除了锂电池和继电器输出触点外 基本上没有其它易损元器件 由于存放用户程序的随机内存 RAM 计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护 锂电池的寿命大约5年 当锂电池的电压逐渐降低达一定程度时 PLC基本单元上的电池电压跌落指示灯会亮 提示用户注意 有锂电池所支持的程序还可以保持一周左右 必须更换电池 这是日常维护的主要内容 调换锂电池的步骤 1 在拆装之前 应先让PLC通电15S以上 这样可使作为内存备用电源的电容器充电 在锂电池断开后 该电容可对PLC作短暂供电 以保护RAM中的信息不丢失 2 断开PLC的交流电源 3 打开基本单元的电池盖板 4 取下旧电池 装上新电池 5 盖上电池盖板 更换电池的时间要尽量短 一般不允许超过3min 如果时间过长 RAM中的程序将丢失 7 2 2外部故障的排除方法 PLC有很强的自诊断能力 当PLC自身故障或外围设备发生故障 都可用PLC上具有诊断指示功能的发光二极管的亮灭来诊断 一 故障查找 1 总体检查根据总体检查流程图找出故障点的大方向 逐渐细化 以找出具体故障 如图7 1所示 2 电源故障检查 电源等不亮部需要对供电系统进行检查 检查流程图如图7 2所示 3 运行故障检查 电源正常 运行指示灯不亮 说明系统已因某种异常而终止了正常运行 检查流程图如图7 3所示 4 输入输出故障检查 输入输出是PLC与外部设备进行信息交流的信道 其是否正常工作 除了和输入输出单元有关外 还与联接配线 接线端子 保险管等组件状态有关 图7 4和图7 5分别所示的是输入检查流程和输出检查流程 图7 4输入检查流程图 图7 5输出检查流程图 5 外围环境的检查 影响PLC工作的环境因素主要有温度 湿度 噪音与粉尘 以及腐蚀性酸碱等 二 故障的处理 不同故障产生的原因不同 它们也有不同的处理方法 具体请见下表所列 表7 2CPU装置 I O扩展装置故障处理 表7 3输入单元故障处理 表7 4输出单元故障处理 7 2 3内部错误的故障诊断 S7 300具有非常强大的故障诊断功能 通过STEP7编程软件可以获得大量的硬件故障与编程错误的信息 使用户能迅速地查找到故障 这里的诊断是指S7 300内部集成的错误识别和记录功能 错误信息在CPU的诊断缓冲区内 有错误或事件发生时 标有日期和时间的信息被保存到诊断缓冲区 时间保存到系统的状态表中 如果用户已对有关的错误处理组织块编程 CPU将调用该组织块 一 故障诊断的基本方法 在SIMATIC管理器中用菜单命令 View Online 打开再现窗口 打开所有的站 查看是否有CPU显示了指示错误或故障的诊断符号 诊断符号用来形象直观地表示模块的运行模式和模块的故障状态 如图7 6所示 如果模块有诊断信息 在模块符号上将会增加一个诊断符号 或者模块符号的对比度降低 图7 6诊断符号 诊断符号 当前组态与实际组态不匹配 表示被组态的模块不存在 或者插入了与组态的模块的型号不同的模块 诊断符号 无法诊断 表示无线上连接 或该模块不支持模块诊断信息 例如电源模块或子模块 强制 符号表示在该模块上有变量被强制 即在模块的用户程序中有变量被赋予一个固定植 该数据值不能被程序改变 强制 符号可以与其它符号组合在一起显示 如图7 6中 强制与运行 符号 从在线的SIMATIC管理器的窗口 在线的硬件诊断功能打开的快速窗口和在线的硬件组态窗口 诊断窗口 都可以观察到诊断符号 通过观察诊断符号 可以判断CPU模块的运行模式 是否有强制变量 CPU模块和功能模块 FM 受否有故障 打开在线窗口 在SIMATIC管理器中执行菜单命令 PLC Diagnostic Setting HardwareDiagnostics 将打开硬件诊断快速浏览窗口 在该窗口中显示PLC的状态 看到诊断功能的模块的硬件故障 双击故障模块可以获得详细的故障信息 二 利用CPU诊断缓冲区进行详细故障诊断 建立与PLC的在线连接后 在SIMATIC管理器中选择要检查的站 执行菜单命令 PLC Diagnostics Setting ModuleInformation 如图7 7所示 将打开模块信息窗口 显示该站中CPU的信息 在快速窗口中使用 ModuleInformation 图7 7打开CPU诊断缓冲区 在模块信息窗口中的诊断缓冲区 DiagnosticBuffer 选项中 给出了CPU中发生的事件一览表 选中 Events 窗口中某一行的某一事件 下面灰色的 Detailson 窗口将显示所选事件的详细信息 见图7 8所示 使用诊断缓冲区可以对系统得错误进行分析 查找停机的原因 并对出现的诊断时间分类 图7 8CPU模块的在线模块信息窗 诊断事件包括模块故障 过程写错误 CPU中的系统错误 CPU运行模式的切换 用户程序的错误和用户用系统功能SFC52定义的诊断事件 在模块信息窗口中 编号为1 位于最上面的事件是最近发生的事件 如果显示因编程错误造成CPU进入STOP模式 选择该事件 并点击 OpenBlock 按钮 将在程序编辑器中打开于错误有关的块 显示出错的程序段 诊断中断和DP从站诊断信息用于查找模块和DP从站中的故障原因 Memory 内存 选项给出了所选的CPU或M7功能模块的工作内存和装载内存当前的使用情况 可以检查CPU或功能模块的装载内存中是否有足够的空间用来存储新的块 如图7 9所示 图7 9 Memory 选项 ScanCycleTime 扫描循环时间 选项卡用于显示所选CPU或M7功能模块的最小循环时间 最大循环时间和当前循环时间 如图7 10所示 如果最长循环时间接近组态的最大扫描循环时间 由于循环时间的波动可能产生时间错误 此时应增大设置的用户程序最大循环时间 监控时间 如果循环时间小于设置的最小循环时间 CPU自动延长循环至设置的最小循环时间 在这个延长时间内可以处理背景组织块 OB90 组态硬件时可以设置最大和最小循环时间 图7 10 ScanCycleTime 选项 TimeSystem 时间系统 选项卡显示当前日期 时间 运行的小时数以及时钟同步的信息 见图7 11所示 图7 11 TimeSystem 选项 PerformanceData 性能数据 选项卡给出了所选模块 CPU FM 可以使用的地址区和可以使用的OB SFB 和SFC 见图7 12所示 图7 12 PerformanceData 选项 Communication 通信 选项卡给出了所选模块的传输速率 可以建立的连接个数和通信处理占扫描周期的百分比 如图7 13所示 图7 13 Communication 选项 Stacks 堆栈 选项卡只能在STOP模式或HOLD 保持 模式下调用 显示所选模块的B 块 堆栈 还可以显示I 中断 堆栈 L 局域 堆栈以及嵌套深度堆栈 可以跳转到使块中断的故障点 判明引起停机的原因 在模块信息窗口各选项卡的上面显示了附加的信息 例如所选模块的在线路径 CPU的操作模式和状态 例如出错或OK 所选模块的操作模式 如果它有自己的操作模式的话 例如CP342 5 从 AccessibleNodes 窗口 打开的非CPU模块的模块信息中 不能显示CPU本身的操作模式和所选模块的状态 三 错误处理组织块 组织块是操作系统与用户程序之间的接口 S7提供了各种不同的组织块 OB 用组织块可以创建在特定时间执行的程序和响应特定事件的程序 当系统程序可以检测下列错误 不正确的CPU功能 系统程序执行中的错误 用户程序中的错误和I O中的错误 根据错误类型的不同 CPU设置为进入STOP模式或调用一个错误处理OB 当CPU检测到错误时 会调用适当的组织块 见表7 5 如果没有相应的错误处理OB CPU将进入STOP模式 用户可以在错误处理OB中编写如何处理这种错误的程序 以减小或消除错误的影响 表7 5错误处理组织块 为避免发生某种错误时CPU进入停机 可以在CPU中建立一个对应的空的组织块 用户可以利用OB中的变量声明表提供的信息来判别错误的类型 根据S7CPU检测到并且用户可以通过组织块对其进行处理的错误分为异步错误和同步错误 1 异步错误组织块 异步错误是与PLC的硬件或操作系统密切相关的错误 与程序执行无关 异步错误的后果一般都比较严重 异步错误对应的组织块为OB70 OB73和OB80 OB87 有最高的优先级 操作系统检测到一个异步错误时 将启动相应的OB 1 时间错误处理组织块 OB80 OB执行时出现故障S7 300CPU的操作系统调用OB80 这样的故障包括循环时间超出 执行OB时应答故障 向前移动时间以致于跃过了OB的启动的时间 CLR后恢复RUN方式 如果当循环中断OB仍在执行前一次调用时 该OB块的启动事件发生 操作系统调用OB80 如果OB80未编程 CPU变为STOP方式 可以使用SFC39至42封锁或延时和在使用时间故障OB 如果在同一个稍描周期中由于扫描时间超出OB80被调用两次 CPU就变为STOP方式 可以通过在程序中适当的位置调用SFC43 RE TRIGR 来避免这种情况 打开OB80可以从OB80的临时变量中得到故障信息 见图7 14所示 图7 14OB80的临时变量 表7 6OB80的变量申明表 2 电源故障处理组织块 OB81 与电源 仅对S7 400 或后备电池有关的故障事件发生时 S7 300CPU的操作系统调用OB81 表7 7为OB81的变量申明表 如果OB81未编程 CPU并不转换为STOP方式 可以使用SFC39至42来禁用 延时或再使用电源故障 OB81 表7 7OB81的变量申明表 3 诊断中断处理组织块 OB82 如果模块具有诊断能力又使能了诊断中断 当它检测到错误时 它输出一个诊断中断请求给CPU 以及错误消失时 操作系统都会调用OB82 当一个诊断中断被触发时 有问题的模块自动地在诊断中断OB的起动信息和诊断缓冲区中存入4个字节的诊断数据和模块的起始地址 可以用SFC39至42来禁用 延时或再使用诊断中断 OB82 表7 8描述了诊断中断OB82的临时变量 表7 8OB82的变量申明表 在编写OB82的程序时 要从OB82的起动信息中获得与出现的错误有关的更确切的诊断信息 例如是哪一个通道出错 出现的是哪种错误 使用SFC51 RDSYSST 也可以读出模块的诊断数据 用SFC52 WR USMSG 可以将这些信息存入诊断缓冲区 现在通过结合模板的短线诊测应用和SFC51来说明诊断中断组织块OB82的使用方法 首先 在SIMATIC管理器中新建一个项目 插入一个300站 硬件组态 在机架上插入CPU315 2DP和一块具有中断功能模拟量输入模块SM331 配置SM331模块的 Inputs 选项 选择0 1通道组为2线制电流 2DMU 其它通道组为电压 并注意模块的量程卡要与设置的相同 选中 Enable 框中的 DiagnosticInterrupt 选项 选中 Diagnostics 选项中的0 1通道组中的 GroupDiagnostics 和 withCheckforWireBreak 选项 如图7 15所示 图7 15硬件组态 点击OK 然后双击CPU315 2DP 选择 Interrupts 选项 可以看到CPU支持OB82 见图7 16所示 硬件组态完成后 保存编译 下载到CPU中 图7 16CPU中的 Interrupts 选项 然后完成诊断程序 OB82程序当在硬件组态中设定的诊断中断发生后执行 但OB82执行时可以通过它的临时变量OB82 MDL ADDR读出产生诊断中断的模块的逻辑地址 STEP7不能时时监控程序的运行 在SIMATIC管理器中S7Program 1 下插入一个STLSource文件STLSource 1 如图7 17所示 图7 17插入STLSource文件 打开OB1 在 Libraries StandardLibraries SystemFunctionBlocks 下找到SFC51 RDSYSSTDIAGNSTC 按F1键 出现SFC51在线帮助信息 在帮助信息的最低部点击 ExampleformodulediagnosticswiththeSFC51 然后点击 STLSourceFile 选中全部STLSource源程序拷贝到STLSource 1 中 编译保存 这是在Blocks中生成OB1 OB82 DB13和SFC51 打开OB82 对其中的程序做简单的修改 将19和20行的程序拷贝到go 后面 如图7 18所示 再进行保存 下载到CPU中 图7 18OB82的程序修改 下载完成后 将CPU上的模式选择开关切换到 RUN 状态 此时 CPU上的 RUN 灯和 SF 灯会亮 SM331模块上的 SF 灯也会亮 同时 查看CPU的诊断缓冲区可以获得相应的故障信息 打开DB13数据块 在线监控 见图7 19所示 因为通道断线是一到来事件 所以诊断信息存储到COME数组中 图7 19DB13中的数据变换 本例中COME数组字节的含义接受如下 COME 1 B 16 D 表示通道错误 外部故障和模块问题 COME 2 B 16 15 表示此段信息为模拟量模块的通道信息 COME 3 B 16 0 表示CPU处于运行状态 无字节2中标示的故障信息 COME 4 B 16 0 表示无字节3中标示的故障信息 COME 5 B 16 71 表示模拟量输入 COME 6 B 16 8 表示模块的每个通道有8个诊断位 COME 7 B 16 8 表示模块的通道数 COME 8 B 16 3 表示0通道错误和1通道错误 其他通道正常 COME 9 B 16 10 表示0通道断线 COME 10 B 16 10 表示1通道断线 COME 11 B 16 0 表示2通道正常 其他通道与2通道相同 4 插入 拔出模块中断组织块 OB83 当组态的模块插入 拔出后或在SETP7下修改了模块的参数并在 RUN 状态把所做修改下载到CPU后 CPU操作系统调用OB83 在 RUN STOP 和 STARTUP 状态时每次组态的模块插入或拔出 就产生一个插入 拔出中断 电源模块 CPU 适配模块和IM模块不能在这种状态下移出 该中断引起有关CPU的诊断缓冲区和系统状态表的记录如果在 RUN 状态下拔出组态的模块 OB83期启动 由于仅以一秒的间隔监视模块的存在 如果模块被直接访问或当过程映像被刷新时可能首先检测出访问故障 如果在 RUN 状态下插入一块模块 操作系统检查插入模块的类型是否与组态的记录一致 如果模块类型匹配 于是OB83被启动并且参数被赋值 可以借助SFC39至42来禁用 延时或再使用插入 拔出模块中断 OB83 表7 9描述了插入 拔出模块中断OB83的临时变量 表7 9OB83的变量申明表 5 CPU硬件故障处理组织块 OB84 当CPU检测到MPI网络的接口故障 通信总线的接口故障或分布式I O网卡的接口故障时 操作系统调用OB84 故障消除时也会调用该OB块 即事件到来和离去时都调用该OB 表7 10描述了CPU硬件故障OB84的临时变量 表7 10OB84的变量申明表 6 优先级错误处理组织块 OB85 在以下情况下将会触发优先级错误中断 产生了一个中断事件 但是对应的OB块没有下载到CPU 访问一个系统功能块的背景数据块时出错 刷新过程映像表时I O访问出错 模块不存在或有故障 在编写OB85的程序时 应根据OB85的起动信息 判定是哪个模块损坏或没有插入 可以使用SFC39至42封锁或延时并使能优先级故障OB 表7 11描述了优先级故障OB85的临时变量 表7 11O85的变量申明表 7 机架故障组织块 OB86 出现下列故障或故障消失时 都会触发机架故障中断 操作系统将调用OB86 扩展机架故障 不包括CPU318 DP主站系统故障或分布式I O故障 故障产生和故障消失时都会产生中断 在编写OB86的程序时 应根据OB86的起动信息 判断是哪个机架损坏或找不到 可以使用SFC39至42封锁或延时并使能OB86 表7 12描述了机架故障OB86的临时变量 表7 12O86的变量申明表 这里也通过一个例子来说明OB86的使用 新建一个项目 插入一个300站 进行硬件组态 在机架中插入CPU315 2DP 选择DP作为主站 在DP主站下添加一个ET200M从站 并在从站中插入一个模拟量输入模块SM331 如图7 20所示 图7 20硬件组态 然后双击CPU 选择 Interrupts 选项 可以看到CPU支持OB86 见图7 21所示 硬件组态完成后 保存编译 下载到CPU中 图7 21CPU中的 Interrupts 选项 OB86程序当在通讯发生问题后或者访问不到配置的机架或站时执行 此时程序可能还可能需要调用OB82和OB122等组织块 当OB86执行时可以通过它的临时变量读出产生的故障代码和事件类型 通过它们的组合可以得到具体错误信息 同时也可以读出产生错误的模块地址和机架信息 STEP7不能时时监控程序的运行 可以用 VariableTable 监控实时数据的变化 打开组织块OB86编写程序 程序如图7 22所示 图7 22OB86中所编写的程序 该程序也可以转化成梯形图 但程序中要将OB86的临时变量OB86 RACKS FLTDARRAY 0 31 改成OB86 z23DWORD 把程序下载到CPU后 在 Blocks 插入 VariableTable 如图7 23所示 然后打开 填入MB0 MB1 MW2 MD4并点击键就可以得到相关信息了 图7 23插入 VariableTable 8 通信错误组织块 OB87 在使用通信功能块或全局数据 GD 通信进行数据交换时 如果出现下列通信错误 操作系统将调用OB87 接受全局数据时 检测到不正确的帧标识符 ID 全局数据通信的状态信息数据块不存在或太短 接受到非法的全局数据包编号 如果用于全局数据通信状态信息的数据块丢失 需要用OB87生成该数据块将它下载到CPU 可以使用SFC39至42封锁或延时并使能通信错误OB 表7 13描述了通信错误OB86的临时变量 表7 13OB87的变量申明表 2 同步错误组织块 同步错误是与执行用户程序有关的错误 程序中如果有不正确的地址区 错误的编号和错误的地址 都会出现同步错误 操作系统将调用同步错误OB 同步错误组织块包括OB121用于对程序错误的处理和OB122用于处理模块访问错误 同步错误OB的优先级与检测到出错的块的优先级一致 因此OB121和OB122可以访问中断发生时累加器和其他寄存器中的内容 用户程序可以用它们来处理错误 同步错误可以用SFC36 MASK FLT 来屏蔽 使某些同步错误不触发同步错误OB的调用 但是CPU在错误寄存器中记录发生的被屏蔽的错误 用错误过滤器中的一位来表示某种同步错误是否被屏蔽 错误过滤器分为程序错误过滤器和访问错误过滤器 分别占一个双字 调用SFC37 DMSK FLT 并且在当前优先级被执行完后 将解除被屏蔽的错误 并且清楚当前优先级的事件状态寄存器中相应的位 可以用SFC38 READ ERR 读出已经发生的被屏蔽的错误 对于S7 300 CPU318除外 不管错误是否被屏蔽 错误都会被送入诊断缓冲区 并且CPU的 组错误 LED会被点亮 可以在不同的优先级屏蔽某些同步错误 在这种情况下 在特定的优先级中发生这类错误时不会停机 CPU把该错误存放到错误寄存器中 但是无法知道是什么时候发生的错误 也无法知道错误发生的频率 1 编程错误组织块 OB121 当有关程序处理的故障事件发生时CPU操作系统调用OB121 OB121与被中断的块在同一优先级中执行 表7 14描述了编程错误OB121的临时变量 表7 14OB121的临时变量表 OB121程序在CPU执行错误时执行 此错误不包括用户程序的逻辑错误和功能错误等 例如当CPU调用一个未下载到CPU中的程序块 CPU会调用OB121 通过临时变量 OB121 BLK TYPE 可以得出出现的错误的程序块 使用STEP7不能时时监控程序的运行 可以用 VariableTable 监控实时数据的变化 打开事先已经插入的OB121编写程序 如图7 24所示 图7 24OB121中编写的程序 接着在项目 Blocks 下插入FC1 打开FC1编写程序 如图7 25所示 图7 25FC1中编写的程序 然后打开OB1编写程序 如图7 26所示 图7 26OB1中编写的程序 先将硬件和OB1下载到CPU中 此时CPU能正常运行 在 Blocks 下插入 VariableTable 然后打开 填入MW0和M10 0 并点击键 程序运行正常 将M10 0置为 true 后 CPU就报错停机 查看CPU的诊断缓冲区信息 发现为编程错误 这是将OB1