西門子S7-400H PLC 的常見故障分析及處理方式
PLC實質是專用于進行工業控制的計算機,在微型計算機技術支撐下的工業裝置功能拓展了其邏輯控制范圍,因此得以在工業自動化控制中廣泛應用。 隨著PLC技術的日漸成熟和研制PLC系列產品的國家越來越多,PLC產品逐漸在性能上實現了高傳輸質量、快速率和穩定寬帶,且相比傳統組網技術而顯現出了低成本優勢,成為了當前工業自動化控制領域的最為重要應用控制系統之一。PLC系列產品研制開發的國家主要集中在德國和日本,其中尤以德國西門子公司研制開發的PLC S7系列產品因其在中高端性能領域的顯著優勢而在高端裝備制造業領域得到廣泛應用。目前西門子開發S7 PLC系列產品中,S7-400 PLC由于具備強大的模塊擴展和MPI多點接口功能而在高端裝備制造業中得到應用,然而其存在的故障也具有普遍性。本文在此從分析S7-400產品特點出發,以該產品在化工工業領域應用為例分析了產品存在的故障,提出了解決措施,具有一定的參考價值。
1 S7-400基本設計綜述
S7-400自動化控制系統采用模塊化設計,具備的強大的模板擴展和配置功能使其能夠按照每個不同的需求靈活組合。基本系統包括了電源模板、中央處理器、各種信號模板 功能模板、接口模板和SIMATICS5模板。這些不同的模塊的組合借助信號總線來連接,利用機架來固定模塊。此外,S7-400還提供多種級別的CPU模塊和種類齊全的通用模塊。由于S7-400是按照冗余方式進行設計的,中央功能也總是冗余配置,開關(O/I )模塊可以使常規配置、切換型配置或冗余配置。而雙通道I/O模塊容錯冗余配置允許每個子系統訪問。S7-400H冗余控制原理是利用“熱備用”模式的自動冗余原理,關鍵點是確保設備在發生故障時能夠無擾動自動切換。設備正常運行時, “熱備用” 模式確保主單元處于正常運行狀態;倘若發生故障,則子單元能獨立完成整個過程的控制。
2 S7-400H故障分析及相應處理
前面提到過,S7-400是依照冗余方式來進行設計的,因此S7-400H故障也多以冗余形式出現。 本文在此以化工領域存在的西門子S7-400H冗余故障為例進行分析,并提出了常用的解決方式。
2.1 循環氣壓縮機控制系統的冗余故障及處理。
該化工裝置上的丙烯循環氣壓縮機采用的是S7-400HPLC控制系統。該系統的一個穩壓電源突然出現故障,因此就在停車檢修過程中更換了電源裝置,然而在穩壓電源更換好之后,PLC系統再次上電,發現后啟動的CPU1狀態為STOP,且兩CPU上的REDF(冗余故障)和EXTF(外部故障)紅燈亮,控制器上其它狀態指示燈和故障指示燈卻顯示正常。因此,可基本判斷是系統出項冗余故障造成外部故障。
解決方式是將兩個控制器的模式選擇開關都扳到STOP位置,然后將先前沒有扳起來的CPU1模式選擇開關扳到RUN位置待RUN綠燈亮,STOP黃燈滅后,再將CPU模式選擇開關扳到RUN位置,RUN綠燈閃爍后滅,STOP黃燈一直亮,故障無法排除。系統下電前有一輸入變量被強制,現在FRCE(強制)黃燈亮,將該輸入點的強制取消(兩CPU),FRCE黃燈滅后,再次將狀態為STOP的CPU 0模式選擇開關從 RU NSTOP-RUN位置依次扳動,CPU0 RUN綠燈亮,STOP則黃燈滅,這時兩CPU都為RUN綠燈,REDF(冗余故障)和EXTF(外部故障)燈都滅,故障得以排除。
2.2 擠壓機控制系統冗余故障及處理
擠壓機控制系統冗余故障表現是巡檢時兩CPU上的 RED F和EXTF紅燈亮 ,IFM2F紅燈亮;熱備CPU1狀態為STOP黃燈亮,CPU1中FM2(同步子模塊)bbbbOK燈滅,控制器上其它狀態指示燈和故障指示燈正常。這種狀態可初步判斷為同步模塊故障造成冗余故障,引起外部故障燈亮。
解決方式是先檢測是哪個部位出現問題。方法是對調CPU1控制的FM2和CPU0控制的FM2,結果發現CPU0的FM2 bbbbOK燈滅;隨后再將CPU0的FM2和CPU0的FM1對調,4個bbbb OK指示燈的狀態沒有變化,由此判斷出現在CPU0的FM1和FM2無問題,然后再將CPU1的FM1和FM2對調,結果發現CPU0的FM1 bbbb OK燈滅,到此通過不同的對調檢測可以判斷出CPU0控制的FM1卡是存在問題。所以需要更換FM1卡,換后控制器中故障指示燈立即出現熄滅,4個bbbb OK指示燈均為綠色亮,表明系統恢復正常,故障得以排除。
此外,S7-400H冗余故障表現還有冗余數字輸入模塊差異,如何進行處理也是常見的問題。實際上在PII(輸入的過程映像)中,冗余數字輸入的最后一個均值有效,直至錯誤定位。在出現差異時,由CPU識別為故障的模塊處于鈍化狀態,此時處于非鈍化狀態下的模塊的值為有效,此后錯誤不再可以被識別,因為在非鈍化模塊上的信號總是被CPU以正確的信號予以接受。為確保故障數字輸入模塊的本地化,可以通過I/O類型互連和FLF來解決。
1 S7-400基本設計綜述
S7-400自動化控制系統采用模塊化設計,具備的強大的模板擴展和配置功能使其能夠按照每個不同的需求靈活組合。基本系統包括了電源模板、中央處理器、各種信號模板 功能模板、接口模板和SIMATICS5模板。這些不同的模塊的組合借助信號總線來連接,利用機架來固定模塊。此外,S7-400還提供多種級別的CPU模塊和種類齊全的通用模塊。由于S7-400是按照冗余方式進行設計的,中央功能也總是冗余配置,開關(O/I )模塊可以使常規配置、切換型配置或冗余配置。而雙通道I/O模塊容錯冗余配置允許每個子系統訪問。S7-400H冗余控制原理是利用“熱備用”模式的自動冗余原理,關鍵點是確保設備在發生故障時能夠無擾動自動切換。設備正常運行時, “熱備用” 模式確保主單元處于正常運行狀態;倘若發生故障,則子單元能獨立完成整個過程的控制。
2 S7-400H故障分析及相應處理
前面提到過,S7-400是依照冗余方式來進行設計的,因此S7-400H故障也多以冗余形式出現。 本文在此以化工領域存在的西門子S7-400H冗余故障為例進行分析,并提出了常用的解決方式。
2.1 循環氣壓縮機控制系統的冗余故障及處理。
該化工裝置上的丙烯循環氣壓縮機采用的是S7-400HPLC控制系統。該系統的一個穩壓電源突然出現故障,因此就在停車檢修過程中更換了電源裝置,然而在穩壓電源更換好之后,PLC系統再次上電,發現后啟動的CPU1狀態為STOP,且兩CPU上的REDF(冗余故障)和EXTF(外部故障)紅燈亮,控制器上其它狀態指示燈和故障指示燈卻顯示正常。因此,可基本判斷是系統出項冗余故障造成外部故障。
解決方式是將兩個控制器的模式選擇開關都扳到STOP位置,然后將先前沒有扳起來的CPU1模式選擇開關扳到RUN位置待RUN綠燈亮,STOP黃燈滅后,再將CPU模式選擇開關扳到RUN位置,RUN綠燈閃爍后滅,STOP黃燈一直亮,故障無法排除。系統下電前有一輸入變量被強制,現在FRCE(強制)黃燈亮,將該輸入點的強制取消(兩CPU),FRCE黃燈滅后,再次將狀態為STOP的CPU 0模式選擇開關從 RU NSTOP-RUN位置依次扳動,CPU0 RUN綠燈亮,STOP則黃燈滅,這時兩CPU都為RUN綠燈,REDF(冗余故障)和EXTF(外部故障)燈都滅,故障得以排除。
2.2 擠壓機控制系統冗余故障及處理
擠壓機控制系統冗余故障表現是巡檢時兩CPU上的 RED F和EXTF紅燈亮 ,IFM2F紅燈亮;熱備CPU1狀態為STOP黃燈亮,CPU1中FM2(同步子模塊)bbbbOK燈滅,控制器上其它狀態指示燈和故障指示燈正常。這種狀態可初步判斷為同步模塊故障造成冗余故障,引起外部故障燈亮。
解決方式是先檢測是哪個部位出現問題。方法是對調CPU1控制的FM2和CPU0控制的FM2,結果發現CPU0的FM2 bbbbOK燈滅;隨后再將CPU0的FM2和CPU0的FM1對調,4個bbbb OK指示燈的狀態沒有變化,由此判斷出現在CPU0的FM1和FM2無問題,然后再將CPU1的FM1和FM2對調,結果發現CPU0的FM1 bbbb OK燈滅,到此通過不同的對調檢測可以判斷出CPU0控制的FM1卡是存在問題。所以需要更換FM1卡,換后控制器中故障指示燈立即出現熄滅,4個bbbb OK指示燈均為綠色亮,表明系統恢復正常,故障得以排除。
此外,S7-400H冗余故障表現還有冗余數字輸入模塊差異,如何進行處理也是常見的問題。實際上在PII(輸入的過程映像)中,冗余數字輸入的最后一個均值有效,直至錯誤定位。在出現差異時,由CPU識別為故障的模塊處于鈍化狀態,此時處于非鈍化狀態下的模塊的值為有效,此后錯誤不再可以被識別,因為在非鈍化模塊上的信號總是被CPU以正確的信號予以接受。為確保故障數字輸入模塊的本地化,可以通過I/O類型互連和FLF來解決。
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