洗选漂PLC的故障查找以及处理.doc

制浆洗选漂PLC的故障查找以及处理谢清（广西贺州市贺达纸业有限责任公司 广西 贺州 542800 ）【摘要】：制浆造纸生产的自动化控制系统，在过去，主要以仪表控制系统和继电器逻辑控制系统的结合，由二次仪表作为控制器来进行单回路或多回路的自动控制，从八十年代开始，以PLC为主流的控制器在各行业得到了普遍的应用。经过30多年的发展，PLC技术已十分成熟与完善，尤其在顺序控制、开关量逻辑运算和处理等方面具有显著的优势。PLC技术自从引入制浆造纸行业后就得到广泛应用，并发展壮大。下面就以广西贺达纸业有限责任公司制浆车间洗选漂工段的SIMATIC S5系列PLC为例，就比较常见的故障及排除方法作简单介绍。【关键词】：S5 PLC 模块 故障引言SIMATIC S5系列PLC是德国西门子公司八十年代推出的可编程序控制器，采用结构紧凑的模块化设计，性能可靠。我公司制浆车间洗选漂工段的整个电气控制系统，采用S5系列的U型（通用型）PLC，其基本结构，主要由电源模块、中央处理器（CPU）、输入输出（I/O）模块、总线模块、接口模块、扩展单元等组成，其控制系统还包括用户程序、外围输入输出电路、接口电路等。故障产生的原因和部位也较为多样。一般地，分为内部故障和外部故障。内部故障有PLC软故障和PLC硬故障。外部故障主要是外围线路硬故障。外围线路由现场输入信号设备（如按钮开关、选择开关、接近开关及一些传感器输出的开关量、继电器输出触点或模数转换器转换的模拟量等）和现场输出信号执行机构（如电磁阀、继电器、接触器、电机等），以及导线和接线端子等组成。接线松动、元器件损坏、机械故障、干扰等均可引起外围电路故障，排查时要仔细。 一、内部故障的诊断：(一)、PLC软故障的判断和处理 S5 PLC具有自诊断能力，发生模块功能错误时往往能报警并按预先程序作出反应，通过故障指示灯就可判断。当电源正常，各指示灯也指示正常，特别是输入信号正常，但系统功能不正常，这时需要检查用户程序是否出现问题，导致用户程序的问题有以下原因：（1）、 S5的用户程序储存在PLC的RAM中，是掉电易失性的，当后备电池故障系统电源发生闪失时，程序丢失或紊乱的可能性就比较大。（2）、强烈的电磁干扰也会引起程序出错。当用户程序丢失或紊乱的时候，有EPROM存储卡及插槽的PLC恢复程序就简单，将EPROM卡上的程序拷到PLC后一般都能解决问题；没有EPROM子卡的用户就要利用PG的联机功能将正确的程序发送到PLC上。需要特别说明的是，有时简单的程序覆盖不能解决问题，这时在重新拷贝程序前总清一下RAM中的用户程序是相当必要的。通过将PLC上的“RUN”“STOP”开关按RUN-STOP-RUN-STOP-RUN的顺序拨打一遍或在PG上执行“ObjectBlocksDelete-inPLC”功能就完成了RAM中程序的总清。总清以后进行冷启动。（二）、PLC硬件故障1、电源模块故障。一个工作正常的电源模块，其上面的工作指示灯如“AC”、“24VDC”、“5VDC”、“BATT”等应该是绿色长亮的，哪一个灯的颜色发生了变化或闪烁或熄灭就表示那一部分的电源有问题。“AC”灯表示PLC的交流总电源，“AC”灯不亮时多半无工作电源，整个PLC停止。这时就应该检查电源保险丝是否熔断，更换熔丝是应用同规格同型号的保险丝，无同型号的进口熔丝时要用电流相同的快速熔丝代替。如重复烧保险丝说明电路板短路或损坏，需更换整个电源模块。“5VDC”、“24VDC”灯熄灭表示无相应的直流电源输出，当电源偏差超出正常值5%时指示灯闪烁，此时虽然PLC仍能工作，但应引起重视，必要时停机检修。“BATT”变色灯是后备电源指示灯，绿色正常，黄色电量低，红色故障。黄灯亮时就应该更换后备电池，手册规定两到三年更换锂电池一次，当红灯亮时表示后备电源系统故障，需要更换整个电源模块。2、I/O模块故障。输入模块一般由光电耦合电路组成；输出模块根据型号不同有继电输出、晶体管输出、光电输出等。每一点输入输出都有相应的发光二极管指示。有输入信号但该点不亮或确定有输出但输出灯不亮时就应该怀疑I/O模块有故障。输入和输出模块有6到24个点，如果只是因为一个点的损坏就更换整个模块在经济上不合算。通常的做法是找备用点替代，然后在程序中更改相应的地址。但要注意，程序较大是查找具体地址有困难。特别强调的是，无论是更换输入模块还是更换输出模块，都要在PLC断电的情况下进行，S5带电插拔模块是绝对不允许的。3、CPU模块故障。通用型S5 PLC的CPU模块有模块上往往包括有通信接口、EPROM插槽、运行开关等，故障的隐蔽性更大，因为更换CPU模块的费用很大，所以对它的故障分析、判断要尤为仔细。（三）、常见PLC硬件故障的类型有：PLC在初始化和启动过程或者在运行当中，如果发生故障或者产生错误，一个时间或中断程序或控制器处理可以在一个命令边界被中断，中断的产生使处理器调用处理这些错误的组织块，从而使PLC进入停机状，洗选漂PLC出现过的故障有NAE(中央处理器掉电)、PEU（扩展单元掉电）、ADF（寻址错误）。QVZ（应答延时）、ZYK（循环超时）、WECK-FE(两个时间中断冲突)1、ADF（寻址错误）如果I0模板没有插好、损坏或者在处理器中的DB1（地址表）中没有被指定。例如IO模块的拨位开关没有拨对，那么STEP5操作访问过程映像中那些在上次冷启动时未被赋值的IO模板上的输入输出信号时，将会产生一个寻址错误。当寻址错误发生时，系统程序将中断用户程序的处理，并调用组织块OB25，如果OB25未编程，则处理器将进入停机状态，错误标示符将写入累加器1（ACCU1）和累加器2(ACCU2).2、QVZ（应答延时）A、如果IO模板损坏或者在操作过程中更换模板，那么I0模板在被寻址之后的一个给定时间内没有发出RDY的信号（准备好），就产生一个应答延时B、当直接通过S5总线访问IO模板发生应答延时时，系统程序将调用组织块OB23，错误标识被写入累加器1（ACCU1）和累加器2(ACCU2).C、当在输入、输出过程映像刷新期间发生应答延时时，系统程序将调用组织块OB24。错误标示符将写入累加器1（ACCU1）和累加器2(ACCU2).如果发生了应答延时，但要调用的OB23、OB24未编程，则用户程序的处理将继续进行，系统不会停机，但会增加造成应答延时的那个STEP5命令的执行时间。3、ZYK（循环超时）由于错误的编程、功能块中的程序循环和时钟发生器的故障导致预置的处理器循环周期时间可能超出，如果循环周期时间超出，系统程序将中断用户程序的处理，并调用组织块OB26,周期时间将被重新启动（触发）。如果在OB26被完全处理之前，周期时间再次到时，则处理器进入停机状态并发出一个双重错误信号。4、WECK-FE（两个时间中断冲突）如果在前一个时间中断OB块未处理完之前又有一个新的时间中断OB的请求到来时系统程序将定义一个时间中断冲突并调用组织块OB33, 错误标示符将写入累加器1（ACCU1）和累加器2(ACCU2)以上的几种故障类型，在CPU面板上有相应的指示灯，下面的表格就是CPU面板上的指示灯所对应的状态灯的名称灯的状态灯指示的说明RUN持续亮处理器运行中STOP持续亮快速闪烁（每秒2次）慢速闪烁（每秒2次）停机指令有效要求全部复位处理器循环程序执行中发生错误，如ADF、QVZ、ZYK等。对应的ADF、QVZ、ZYK的指示灯也同时亮QVZ持续亮处理器循环程序执行过程中发生QVZ错误ADF持续亮处理器循环程序执行过程中发生ADF错误ZYK持续亮处理器循环程序执行过程中发生ZYK错误BASP持续亮禁止输出命令SI1持续亮编程器接口故障SI2持续亮连接不上机表1系统的硬件故障发生率，在我们制浆洗选漂中还是比较多见的，尤其是ET100U。为了节省仪表盘上的开关信号到PLC的接线电缆，本系统采用7台ET100U电子式终端安装在仪表盘后，主要用于采集开关量输入输出信号去驱动仪表盘上的指示灯（黄浆四组、白浆三组）。ET100U 当中任何一组出现故障都会导致PLC停机，它属于隐形故障，因为主机不明确指示，（四）、PLC内部硬故障的诊断处理PLC在启动或者运行中发生故障时，可以通过CPU面板上的指示灯状态、中断堆栈、块堆栈、系统数据字RS3与RS4、累加器1和累加器2等信息来源进行综合评估，以确定故障的原因，类型和地址。从而准确的排除故障，恢复系统的运行。1、通过面板指示灯诊断故障面板的指示灯是指所有硬件面板上的指示灯，如CPU面板、中央处理器电源板、扩展单元电源板、301接口板（与扩展单元（EU-183U）连接的接口板、310接口板（扩展单元与中央处理器连接的接口模板）、308318（与ET100U之间连接的接口板），这些模板上的指示灯，是查找故障的最直接的条件。CPU面板的指示灯状态见上（表1所示）。ET100U接口板（318-8）的指示灯见下表2所示：指示灯状态说明ON (灭)IO DISABLED （灭）IO-FALLURE （灭） ALARM OUTPUT （灭） 未接通电源 ON (亮)IO DISABLED （灭）IO-FALLURE （灭） ALARM OUTPUT （灭）容错运行ON (亮)IO DISABLED （亮）IO-FALLURE （灭） ALARM OUTPUT （灭）电源电压低于18VDC，输出模块命令被禁止ON (亮)IO DISABLED （慢闪）IO-FALLURE （灭） ALARM OUTPUT （灭）数据传送中断，可能是断线，连接器接触不良或者是中央处理器接口板308）未合上开关ON (灭)IO DISABLED （亮）IO-FALLURE （灭） ALARM OUTPUT （灭）操作状态选择开关置于“OFF”的位置ON (亮)IO DISABLED （亮）IO-FALLURE （快闪 ）ALARM OUTPUT （亮）IO总线中断或插接了错误模块（严重故障，报警输出）ON (亮)IO DISABLED （快闪）IO-FALLURE （亮） ALARM OUTPUT （快闪）模块对电源“M”极短路ON (亮)IO DISABLED （快闪）IO-FALLURE （亮） ALARM OUTPUT （亮）模块对电源“L+短路（严重故障，报警输出）表22、在线功能“输出ISTACK”在停机状态下，ISTACK被输出。系统停机，所有处理器与用户程序的现有操作状态和确定的特性等，热再启动需要的信息在通往停机状态期间由系统程序写入中断堆栈（ISTACK）中，因此这些信息对错误的诊断提供很有价值的信息。ISTACK的完整内容仅仅在停机的状态下才有输出。例如以下表3是我们洗选漂的PLC故障记录：时间 ；2010年4月19日9:00分记录人 ；张三PLC编号 ；PLC2故障前PLC状态 ；运行 ISTACK记录 ； DEPTH: 01 OB-NO : 24 最后处理的块是QVZ故障的组织块OB24. REL-SAC: 0000 最后执行OB24中的相对地址是0000的指令 ACCU1: 0000 IE25 故障类型是数字输出刷新过程中的QVZ ACCU2: 0000 F04C 引起故障的地址是F04C（换算成10进制） DEPTH: 02 OB-NO: 1 最后处理的块是OB1 REL-SAC: 0075最后执行OB1中的相对地址是0075的指令 CAUSE OF INTERR: QVZ 执行上述指令时发生QVZ故障。表33、系统数据RS3和RS4可以在系统数据RS3和RS4中发现关于在启动期间出现的错误（是启动期间，而不是在运行期间）使用编程器在线功能Test-Output PLC info-Output memory contents. KH=EA03和KH=EA04.RS3中的错误标识符提供故障的类型，RS4中的错误标识符提供故障的地址。附表简略。4、累加器1（ACCU1）和累加器2（ACCU2）当错误组织块被调用时，系统程序把进一步的信息写入累加器中，累加器1存放故障的类型，累加器2存放故障的地址5、在线功能BSTACK。在停机状态下，通过读BSTACK的顶行，可以区分错误出现的块和块中正被处理的指令地址。BSTACK(块堆栈)，在任何情况下都有输出。但ISATCK（中断堆栈）只有在发生故障停机时才被触发。（五）、PLC内部隐性硬故障的排除在洗选漂PLC系统中，最常见的故障时QVZ（应答延时），而且这类故障多见于ET100U单元，这类故障属于隐性故障，因为主机不显示。它的故障往往是由于输入、输出板损坏或接触不良引起的，如果机械式按照前述的故障诊断方法，并不能准确的排除故障，比如，有时候ET100U单元的输入输出板损坏并触发QVZ，造成系统停机，根据上述的累加器1和累加器2的内容，例如，累加器内容如上述表3所示： ACCU1: 0000 IE25 故障类型是数字输出刷新过程中的QVZ。ACCU2: 0000 F04C 引起故障的地址是F04C（换算成10进制 ），那么根据累加器1的内容 0000 IE25 我们可以确认IE25是数字输出刷新过程中发生故障的，所以确认是输出板的问题。 然后根据累加器2的内容0000 F04C（累加器2的内容，只考虑后两位，因为我们的输入输出的点数少，只用后两位） ，我们确定故障的地址，那么我们把累加器2中的后两位4C换算成十进制，如下：4C=C16416 式中C在十六进制中是12，那么4C= 1216416 =76 在式中，可以得出，造成故障停机的是输出板的第76个点（Q76）出问题，或者是这个点所在的输出板出问题。但这个方法对于诊断ET100U单元的QVZ故障（只有故障发生在ET100U单元时才会出现这种指向不明的情况），往往是不准确的，虽然累加器显示的是输出板的问题，但有时候ET100U的输入板损坏或接触不良，也会出现显示是输出板的问题，它的指向不明确。究其原因，可以认为是洗选漂PLC系统设计开发的一个缺陷，针对这种情况，我们根据多年来的经验，利用一种“置换筛选”法来排除故障。（1）、首先观察其接口板318-8上的指示灯（该灯的指示状态，如上表2所示），确定是哪一组的ET100U单元出错，并假设是输入板的故障（2）、将该组的所有输入板置换到其他组，如果确实是这些输入板中的某一块或某几块有问题的话，那么故障亦会转移到被置换的这组，然后，继续对被转移了的故障块进行置换，最终筛选出损坏的模块。置换筛选的框图如下所示： 1#ET100U输入板（假设6块） 2#ET100U输入板（假设6块）具体方法：把1#ET100U一半的输入板的三块（假设只有6块）与2#ET100U的三块输入板对调。然后观察318-8面板上的指示灯，如果灯亮，就确认故障就在这三块板里面，然后再将刚才对调的三块板中的两块对调，继续观察指示灯的状态，依次类推，直到最后确认那一块是故障块。由此可见，置换筛选的方法，需要经过多次置换过程，最终才能排除故障。（六）、利用扩展数据块DX0殊功能对故障的诊断DX0是专门用于特殊功能的扩展数据块，由系统程序组织，用户不能随便使用。在每一次冷启动的时候，系统程序就自动设置标准预置功能，而后DX0被鉴别。如果不对DX0编程，标准预置继续有效；如果用户对DX0编程，则用户输入的设置有效。我们可以通过编程DX0改变标准预置，来选择适当的系统程序的功能对一定事件的影响，例如是否在电源接通后自动冷起，自动热再启动，是否监控寻址错误，是否在发生或者、QVZ等错误时系统停机。 在洗选漂黄浆、白浆PLC中，我们根据实际需要编写DX0如下表所示：程序结构程序内容意义起始标识符0： KH=4D411： KH=534B2： KH=5830开始编程区域标识符长度3： KH=0202启动和运行参数4： KH=1001电源接通后自动冷启动参数5： KH=3001无寻址错误监控区域标识符长度6： KH=1002错误处理参数7： KH=1C01如果发生ADF并且没有装载OB25时，则系统不停机参数8： KH=1E01如果发生QVZ并且没有装载OB23OB24时，则系统不停机结束符6： KH=EEEE编程结束表4如上所述，洗选漂PLC装载上述的DX0并且卸载OB23、OB24、OB25之后。任何输入输出模块发生ADF和QVZ故障都不会致使中央处理器停机，但如果故障发生在ET100U单元，那么该单元停机，那么在318-8接口板上相应的指示灯亮，该组ET100U控制的设备无法被控制，引起生产线停机，针对这种情况，处理如下：（1）. 系统停机，卸载DX0并装载OB23、OB24、OB25，冷启动。（2）. 系统带