西门子PLC 第六章

1、第6章S7-300的故障诊断和维护,6.1 故障种类 6.2 检查与维护 6.3 外部故障的排除方法 6.4 内部错误的故障诊断,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。 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。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

2、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系统的自我保护措施，力争使故障的停机时间最短，故障产生的损失最小。,一般PLC的故障主要有外部故障或内部错误造成。 外部故障是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。 内部错误是PLC内部的功能性错误或编程错误造成，可能会使整个系统停机。 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，操作系统调用相应的组织块，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，如果没有对相应的组织块编程，出现错误时CPU将进入STOP模式。 被

3、S7 CPU检测到并且用户可以通过相应的组织块对其进行处理的错误可分为两类： 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块。,6.1 故障种类,6.2 检查与维护,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的方法。 1、定期检查 PLC是一种工业控制设备，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6.

4、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。 2、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到一定程度时，PLC基本单元上的电池电压就会减低致使电池指示灯点亮，提示用户注意。更换电池是日常维护的主要内容。,6.2 检查与维护,更换锂电池的步骤如下： 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

5、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。 注意：更换电池的时间要尽量短，一般不允许超过3分钟。如果时间过长，RAM中的程序将丢失。,表6.1周期性检查一览表,6.3 外部故障的排除方法,6.3.1故障检查,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时，都可用通过PLC上具有诊断指示功能的发光二极管亮灭来诊断。,1、总体检查 根据总体检查流程图找出故障点的大致方向，然后逐渐细化，以找出具体故障，如图6.1所示。,图6.1总体检查流程图,2、电源故障检查 若电源灯不亮则需要对供电系统进行检查，检查流程图如图6.2所示。,图

6、6.2 电源故障检查流程图,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6.3所示。,图6.3 运行故障检查流程图,6.3.1故障检查,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，还与连接配线、接线端子、保险管等组件状态有关。输入检查流程和输出检查流程如图6.4和图6.5所示。,图6.4 输入检查流程图,6.3.1故障检查,图6.5 输出检查流程图,5、外围环境检查 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。,6.3.2故障处理,不同故障产生

7、的原因不同，它们也有不同的处理方法，具体请见表6.2表6.4。,表6.2 CPU及I/O故障处理,表6.3 输入单元故障处理,6.3.2故障处理,表6.3 输入单元故障处理,表6.4 输出单元故障处理,表6.4 输出单元故障处理,6.4 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STEP 7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。有错误发生或事件发生时，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

8、编程，CPU将调用该组织块。,6.4.1故障诊断的基本方法,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6.6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6.6诊断符号,其中： 1、诊断符号“模块故障”可能的原因：诊断中断、I/O访问错误或检测到故障LED亮。 2、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，或者插入了与组态模块的型号不同的模块。 3、诊断符号“无法诊断”：表示该模块不支持模块诊断信息，例如电源模块或子模块。 4、诊断符号“强制”：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

9、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6.6中“强制与运行”符号。,6.4.1故障诊断的基本方法,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）是否有故障。 当调用功能“诊断硬件”后，诊断符号将会显示在在线视图、快速视图（默认设置）或诊断视图的项目窗口中。双击快速视图或诊断视图中的诊断符号，可启动“模块信息”应用程序来显示详细的诊断信息。这些操作关系如图6.7所示。,图6.7硬件诊断示意

10、图,使用硬件诊断来判断故障的步骤和方法： 1、在STEP7管理画面中，点击菜单栏“查看”“在线”，打开项目的在线界面； 2、在STEP7管理画面中，打开所有的站，使组态中的编程模块均可见； 3、在STEP7管理画面中，查看CPU显示的诊断符号，其指示了状态和故障； 4、在STEP7管理画面中，选择要检查的站（点击表示选中）； 5、在STEP7管理画面中，点击菜单栏“PLC”“诊断/设置”“模块信息”，显示该站中CPU的模块信息； 6、在STEP7管理画面中，点击菜单栏“PLC”“诊断/设置”“诊断硬件”，显示该站中CPU的模块信息； 7、在快速视图中，选择需要查看的模块，然后点击“模块信息”，

11、查看该模块的信息； 8、在快速视图中，点击“在线打开站”，弹出的诊断视图包含了按照其插槽顺序排列在站中的所有模块； 9、在诊断视图中双击机架上需要查看的模块，显示该模块信息。采用该方式，也可获取那些没有故障原因而没有显示在快速视图中的模块信息。,6.4.1故障诊断的基本方法,在“模块信息”对话框的各种标签中查找每个模块的信息功能。在激活状态下显示时，只显示与选中模块有关的信息。 1、常规 在模块信息窗口中的常规（Gengeral）选项中，显示所选择模块的标识数据，例如订货号、版本号、状态、机架中的插槽等，具体如图6.8所示。,图6.8常规选项信息,6.4.1故障诊断的基本方法,2、诊断缓冲区

12、在模块信息窗口中的诊断缓冲区（Diagnostic Buffer）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“Details on”窗口将显示所选事件的详细信息，如图6.9所示。使用诊断缓冲区可以对系统的错误进行分析，查找停机的原因，并对出现的诊断时间进行分类。,图6.9诊断缓冲区信息,6.4.1故障诊断的基本方法,3、存储器（Memory） 存储器选项给出了所选的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6.10所示。,图6.10 存储器选项,6.4.1故

13、障诊断的基本方法,4、扫描循环时间 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6.11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。,6.4.1故障诊断的基本方法,图6.11 扫描循环时间选项,5、时间系统 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，如图6.12

14、所示。,6.4.1故障诊断的基本方法,图6.13 性能数据选项,7、通讯 通讯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等，如图6.14所示。,6.4.1故障诊断的基本方法,图6.14 通讯选项,8、堆栈 堆栈选项卡只能在STOP模式或HOLD（保持）模式下调用，可以显示所选模块的B（块）堆栈、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。,6.4.2错误处理的组织块,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

15、序检测到下列错误：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中的错误时，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的OB。 当CPU检测到错误时，会调用适当的组织块。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。 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S7 CPU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。,6.4.2错误处理的组织块,1

16、、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OB70OB73和OB80OB87，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执行时出现故障时CPU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、向前移动时间以至于越过了OB的启动时间等。 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封锁或延时和再使用时间故障OB

17、。,6.4.2错误处理的组织块,如果在同一个扫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6.15所示。,图6.15 OB80的临时变量,在OB80中系统定义了如表6.5所示的本地数据，其中地址从L0.0L19.7，地址从L20.0以上的本地数据允许用户定义。,表6.5 OB80变量申明表,2)电源故障处理组织块（OB81） 与电源或后备电池有关的故障事件发生时，CPU的操作系统调用OB81，表6.6为OB81的变量申明表。 如果OB8

18、1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6.6 OB81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而且诊断中断使能，则当它检测到错误时，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6.7描述了诊断中断OB82的临时变量。,表6.7 OB82的变量申明表,表6.7 OB82的变量申明表,6

19、.4.2错误处理的组织块,在编写OB82的程序时，要从OB82的起动信息中获得与出现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。 下面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CPU 315-2DP和一块具有中断功能模拟量输入模块SM331，配置SM331模块的“输入”选项，选择0-1通道组为2线制电流（2DMU），其它通道设置为电

20、压，并注意模块的量程卡要与设置的相同。选中“启用”框中的“诊断中断”选项，选中“诊断”选项中的0-1通道组中的“组诊断”和“检查线路断开”选项，如图6.16所示。,6.4.2错误处理的组织块,图6.16 SM331模块属性参数,点击OK，然后双击CPU 315-2DP，选择“中断”选项，可以看到CPU支持OB82，见图6.17所示。硬件组态完成后，编译并保存，下载到CPU中。,6.4.2错误处理的组织块,图6.17 CPU中的“中断”选项,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。STEP

21、 7不能实时监控程序的运行。 在SIMATIC管理器中S7 Program（1）下插入一个STL Source文件STL Source(1)，如图6.18所示。,6.4.2错误处理的组织块,图6.18 插入STL Source文件,打开OB1，在“库”“Standard Libraries”“System Function Blocks”下找到SFC51“RDSYSST DIAGNSTC”，按F1键，出现SFC51在线帮助信息，在帮助信息的最低部点击“通过SFC51进行模块诊断的实例”，然后点击“STL源文件”，选中全部STL源程序拷贝到STL Source(1)中，编译并保存。 打开OB82

22、，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6.19所示。再进行保存，下载到CPU中。,6.4.2错误处理的组织块,图6.19 OB82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数据块进行在线监控，如图6.20所示。因为通道断线是一道事件，所以诊断信息存储到COME数组中。,6.4.2错误处理的组织块,图6.20 DB13中的数据变换,4）插入/拔出模块中断组织块（OB83） 当组态的模块插入/拔

23、出后或在SETP 7下修改了模块的参数并在“RUN”状态下把所做修改下载到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拔出）。,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6.8描述插入/拔出模块中断OB83的临时变量。,表6.8 OB83的变量申明表,5）CPU硬件故障处理组

24、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6.9描述了CPU硬件故障OB84的临时变量。,表6.9 OB84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

25、并使能优先级故障OB，表6.10描述了优先级故障OB85的临时变量。,表6.10 O85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，DP主站系统故障或分布式I/O故障。 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6.11描述了机架故障OB86的临时变量。,表6.11 OB86的变量申明表,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