西门子PLC编程实例西门子PLCS7.doc

1、西门子PLC S7-400H的几种故障分析及处理方法可编程控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC,它的应用面 广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一，在工业生产 领域得到了广泛的使用，西门子公司的PLC产品有SIMATIC S7、M7和C7等儿大系 列，S7系列是传统意义的PLC产品，其中S7-400是用于中高级性能要求的大型 PLC,可以扩展300多个模块。S7-300 / 400可以组成MPI (多点接口), PR0FIBUS 网络和工业以太网。1 S7-400的基本结构与特点1. 1基本结构S7-400采用大模块结构，山机架

2、、电源模块(PS)、中央处理单元(CPU)、数字量输 入/输岀(DI / D0)模块、模拟量输入/输岀(AI / A0)模块、通信处理器(CP)、功能 模块(FM)和接口模块仃M)组成。DI / DO模块和AI / A0模块统称为信号模块(SM)。 机架用来固定模块、提供模块工作电压，并通过信号总线将不同模块连接在一起。 S7-400提供了多种级别的CPU模块和种类齐全的通用功能模块。$7-400采用模块 化无风扇设讣，性能范围宽广的不同模块可以灵活组合，扩展方便。1.2特点S7-400的特点有：a. 运行速度高，存储器容量大；b. 1/0扩展功能强，可以扩展21个机架；c. 极强的通信能力，

3、容易实现分布式结构和冗余控制系统，集成的MPI能建立最 多32个站的简单网络，大多数CPU集成III PROFIBUSDP主站接口，可以用来建立 高速的分布式系统；d. 能通过钥匙开关盒口令实现安全保护；e. 诊断功能强，最新的故障和中断时间保存在FIFO（先入先出）缓冲区。2 S7-400的配置和工作原理2. 1 S7-400的配置S7-400按冗余方式设汁，主要器件都是双重的，可以在发生故障时继续使用备用 的元器件。S7-400 til两个子系统组成，每个系统有一块有容错功能的CPU414-4H, 一块PS407电源模块。同步子模块用于连接两个中央处理器，放置在中央处理器内 部，并由光缆互

4、连。每个中央处理器上有S7I/0模块，中央控制器也可以有扩展 机架或ET200M分布式I / Oo中央功能总是冗余配置的，I/O模块可以是常规配置、切换型配置或冗余配置，具体说明如下：a. 常规单通道单路配置。两个子系统只有一个有一套I/O模块（单通道），它可以 在一个中央控制器中，或者是分布式的I/O站。I/O模块只能被该子系统访问， 读出的I/O信息同时提供给两个中央控制器。如果出现故障，属于故障控制器的 I/O模块退出运行。b. 单通道切换式配置。单通道切换式配置的I/O模块虽然是单通道设计，但是两 个中央控制器都可以通过冗余的PROFIBUS-DP网络访问I /0模块。切换式I / 0

5、模 块只能在ET-200M远程I / 0站中。c. 双通道I/O模块容错冗余配置。系统中有两套相同的容错冗余配置的I/O模 块，每一个子系统都可以访问这两套I/O模块。2. 2 S7-400H冗余控制PLC的工作原理S7-400H采用“热备用”模式的自动冗余原理，在发生故障时无扰动的自动切换。无故障时子单元处于运行状态，如果发生故障，正常工作的子单元能独立完成整个 过程的控制。为了保证无扰动切换，必须实现中央控制器链路中间的快速、可靠的 数据交换。两个控制器必须使用相同的用户程序，自动的接受相同的数据块，过程 映像和相同的内部数据，例如定时器、计数器及存储器等。这样可以确保两个中央控制器同步的

6、更新内容，在任意一个系统有故障时，另一个 可以承担全部控制任务。S7-400H采用“事件驱动同步“，在两个子单元的内部状态不同时，例如在直接I /0访问、中断、报警和修改实时时钟，就会进行同步操作。通过通信功能修改数 据，由操作系统自动执行同步功能，不需要用户编程。S7-400H对中央控制器之间的链接、CPU模块、处理器、ASIC和存储器进行自检。 在启动后每个子单元完成执行所有的测试功能。每个周期只执行部分自检功能，以 减轻CPU的负担。3 S7-400H冗余故障分析及相应处理3. 1丙烯循环气压缩机控制系统 聚丙烯装置丙烯循环气压缩机（PK301）的控制系统是一套典型的S7-400H PL

7、C,其 结构如图1所示。图1冗余控制系统由于该PLC系统的一个稳压电源（220V AC. 24V DC）故障，在PK301停车检修 时对故障电源进行更换。可在稳压电源更换好之后，PLC系统再上电，发现后启动 的CPU1状态为STOP,且两CPU上的REDF（兀余故障）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正常。判断系统出项兀余故障造成外部故将两个控制器的模式选择开关都扳到STOP位置，然后将先询没有起来的CPU1模式 选择开关扳到RU位置，等RU绿灯亮，STOP黃灯灭后，再将CPU0模式选择开关 扳到RU位置，RUN绿灯闪烁后灭，STOP黄灯一直亮，故障无法排除。系

8、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黃灯灭后，再次将状态为STOP的CPU0模式选择开关从RUN_STOPRUN位置 依次扳动，CPUO RUN绿灯亮，STOP黄灯灭。这时两CPU都为RU绿灯亮，REDF（冗 余故障）和EXTF（外部故障）灯都灭，故障排除。故障排除后，乂强制了一输出点，然后将热备CPU1模式选择开关从RUX-STOP- RUN位置依次扳动，RI戊绿灯闪烁后灭，STOP黃灯一直亮，两CPU上的REDF（冗余 故障）和EXTF（外部故障）红灯亮。将强制解除后重复以上动作，CPU1恢复运行状 态，热备冗余正常。II

9、I此可知，如果S7-400H系统有输入/输出点被强制时，两个 子控制系统控制器任意一个或同时状态为STOP,或是系统掉电，均会出现冗余故 障，先启动的控制系统会运行正常，而后面的一个则无法启动到运行模式，此时系 统不冗余，只有将强制解除后方可排除该故障，系统恢复冗余。3.2挤压机控制系统高压聚乙烯装置的挤压机控制系统同样是一套典型的$7-400H PLCo某El巡检时发 现系统出现兀余故障，两CPU上的REDF和EXTF红灯亮，IFM2F（同步模块2故障） 红灯亮，热备CPU1状态为STOP黃灯亮，CPU1中FM2（同步子模块）LINK OK灯灭， 控制器上其它状态指示灯和故障指示灯正常。判断

10、为同步模块2故障造成冗余故 障，引起外部故障灯亮。如图1所示，S7-400H的每个中央处理器都有两个同步子模块，用于连接处理器。 将CPU1的FM2和CPU0的FM2对调，结果CPU0的FM2LINK 0K灯灭；再将CPU0的 FM2和CPU0的FM1对调，4个LINK OK指示灯的状态没有变化，判断出现在CPU0 的FM1和FM2是好的；之后将CPU1的FM1和FM2对调，结果CPU0的FM1LINK 0K 灯灭，至此判断出：现在CPU0的FM1卡是坏的。将其更换后，控制器中故障指示 灯灭，4个LINK OK指示灯均为绿色亮，系统恢复正常。从以上操作过程及相应结果可知，如果同步模块故障，同一

11、组中，LINK OK灯亮的 一个是坏的，相反LINK OK灯灭的一个是好的。3. 3 S7-400H PLC 与 HMI 的 PC 机通信某聚丙烯装置挤压机的控制系统是一套S7-400H PLC,并有HMI (人机界面)座位操 作站，其结构如图2所示。0图2 PLC系统结构示意图运行过程中有一个操作站出现故障，经检查发现主机主板损坏。找来新PC 机，将原两块西门子网卡装好后，再将原硬盘数据备份到新机中，启动 Intellution ifix3. 5,下位PLC数据没有传到PC机，PLC和PC机通信不通。打Station Configure 界面，看到 CP1613 和 CP1613(1)两网卡，双击 CP1613 后打 开西门子网卡编辑画面，双击properties,看到MAC address,修改此处地址为原 MAC地址。如果MAC地址不能更改，则可按照以下步骤进行操作：a. 将OPC server状态改为停用；b. 删除两块CP1613网卡；c. 安装SIMATIC NET配置