6ES7 407-0RA02-0AA0

                   6ES7 407-0RA02-0AA0

西门子S7-400H PLC 的常见故障分析及处理方式

• 关键词： 西门子PLC，S7-400H，故障，处理方法
• 摘要：本文结合多年的西门子S7-400系列产品的维护经验,以其在石化装置中的应用为例分析了S7-400H PLC产品常见的故障,并提出了解决措施。

    PLC实质是于进行工业控制的计算机,在微型计算机技术支撑下的工业装置功能拓展了其逻辑控制范围,因此得以在工业自动化控制中广泛应用。 随着PLC技术的日渐成熟和研制PLC系列产品的国家越来越多,PLC产品逐渐在性能上实现了高传输质量、快速率和稳定宽带,且相比传统组网技术而显现出了低成本优势,成为了当前工业自动化控制领域的较为重要应用控制系统之一。PLC系列产品研制开发的国家主要集中在德国和日本,其中尤以德国西门子公司研制开发的PLC S7系列产品因其在中高端性能领域的显著优势而在高端装备制造业领域得到广泛应用。目前西门子开发S7 PLC系列产品中,S7-400 PLC由于具备强大的模块扩展和MPI多点接口功能而在高端装备制造业中得到应用,然而其存在的故障也具有普遍性。本文在此从分析S7-400产品特点出发,以该产品在化工工业领域应用为例分析了产品存在的故障,提出了解决措施,具有一定的参考价值。

     1  S7-400基本设计综述
     S7-400自动化控制系统采用模块化设计,具备的强大的模板扩展和配置功能使其能够按照每个不同的需求灵活组合。基本系统包括了电源模板、中央处理器、各种信号模板 功能模板、接口模板和SIMATICS5模板。这些不同的模块的组合借助信号总线来连接,利用机架来固定模块。此外,S7-400还提供多种级别的CPU模块和种类齐全的通用模块。由于S7-400是按照冗余方式进行设计的,中央功能也总是冗余配置,开关(O/I )模块可以使常规配置、切换型配置或冗余配置。而双通道I/O模块容错冗余配置允许每个子系统访问。S7-400H冗余控制原理是利用“热备用”模式的自动冗余原理,关键点是确保设备在发生故障时能够无扰动自动切换。设备正常运行时, “热备用” 模式确保主单元处于正常运行状态;倘若发生故障,则子单元能独立完成整个过程的控制。

     2  S7-400H故障分析及相应处理
     前面提到过,S7-400是依照冗余方式来进行设计的,因此S7-400H故障也多以冗余形式出现。 本文在此以化工领域存在的西门子S7-400H冗余故障为例进行分析,并提出了常用的解决方式。
     2.1 循环气压缩机控制系统的冗余故障及处理。

     该化工装置上的丙烯循环气压缩机采用的是S7-400HPLC控制系统。该系统的一个稳压电源突然出现故障,因此就在停车检修过程中更换了电源装置,然而在稳压电源更换好之后,PLC系统再次上电,发现后启动的CPU1状态为STOP,且两CPU上的REDF(冗余故障)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却显示正常。因此,可基本判断是系统出项冗余故障造成外部故障。

     解决方式是将两个控制器的模式选择开关都扳到STOP位置,然后将先前没有扳起来的CPU1模式选择开关扳到RUN位置待RUN绿灯亮,STOP黄灯灭后,再将CPU模式选择开关扳到RUN位置,RUN绿灯闪烁后灭,STOP黄灯一直亮,故障无法排除。系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黄灯灭后,再次将状态为STOP的CPU 0模式选择开关从 RU NSTOP-RUN位置依次扳动,CPU0 RUN绿灯亮,STOP则黄灯灭,这时两CPU都为RUN绿灯,REDF(冗余故障)和EXTF(外部故障)灯都灭,故障得以排除。

      2.2 挤压机控制系统冗余故障及处理
      挤压机控制系统冗余故障表现是巡检时两CPU上的 RED F和EXTF红灯亮 ,IFM2F红灯亮;热备CPU1状态为STOP黄灯亮,CPU1中FM2(同步子模块)LINKOK灯灭,控制器上其它状态指示灯和故障指示灯正常。这种状态可初步判断为同步模块故障造成冗余故障,引起外部故障灯亮。

      解决方式是先检测是哪个部位出现问题。方法是对调CPU1控制的FM2和CPU0控制的FM2,结果发现CPU0的FM2 LINKOK灯灭;随后再将CPU0的FM2和CPU0的FM1对调,4个LINK OK指示灯的状态没有变化,由此判断出现在CPU0的FM1和FM2无问题,然后再将CPU1的FM1和FM2对调,结果发现CPU0的FM1  LINK  OK灯灭,到此通过不同的对调检测可以判断出CPU0控制的FM1卡是存在问题。所以需要更换FM1卡,换后控制器中故障指示灯立即出现熄灭,4个LINK OK指示灯均为绿色亮,表明系统恢复正常,故障得以排除。

     此外,S7-400H冗余故障表现还有冗余数字输入模块差异,如何进行处理也是常见的问题。实际上在PII(输入的过程映像)中,冗余数字输入的最后一个均值有效,直至错误定位。在出现差异时,由CPU识别为故障的模块处于钝化状态,此时处于非钝化状态下的模块的值为有效,此后错误不再可以被识别,因为在非钝化模块上的信号总是被CPU以正确的信号予以接受。为确保故障数字输入模块的本地化,可以通过I/O类型互连和FLF来解决。

西门子PLC控制器技术之一：S7-300/400系统概述

什么是SIMATIC?

她是西门子自动控制系统（Siemens Automatic）的简称，SIMATIC自动控制系统主要由西门子PLC、分布式I/O（如ET200S）、人机界面HMI、SIMATIC 网络以及标准化软件（STEP 7/博途）等组成。

一个SIMATIC控制系统最核心的组成当然是控制器了，SIMATIC的控制器是西门子系列PLC。

什么是PLC?

可能很多人都只可意味不可言全。PLC是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）的简称。当然现在随着计算机技术的发展，已经不单单执行简单的逻辑运算，还可以执行很多复杂的功能，比如定时、计数、PID控制等等。

PLC具有如下特点：

1、可编程，控制系统硬件柔性化

2、可靠性高，抗*力强

3、功能完善，适用性强

4、易学易用

5、维护方便

正因为PLC如上的诸多特点，使其在工业自动化生产中得到了广泛的应用，为工业4.0和中国制造2025战略的实现贡献力量。

典型的西门子PLC可以分为三类：

紧凑型PLC ：比如S7-200系列

中低性能范围PLC：比如S7-300系列

中高性能范围PLC：比如S7-400系列

当然，目前西门子推出的控制器是S7-1200/1500系列，S7-1200性能介于S7-200和S7-300之间；S7-1500性能介于S7-300和S7-400之间。

S7-200系列PLC运行稳定，使用简单方便，价格便宜，很适用于小型控制系统；但是其I/O点数少，扩展困难。目前支持Win7的软件是 Step7 MicrowinX，该软件无需*。

S7-300系列PLC是针对中低性能要求设计的模块化中小型控制系统PLC。目前在工业自动化生产中应用广泛（比如汽车整车制造等）

可选择不同类型的扩展模块

可以扩展多达32个模块

模块内集成背板总线

可以连接MPI、 Profibus DP、Profinet接口

S7-300 PLC硬件各模块构成如下图所示：

其中PS电源模块为可选，只需要外部能够提供PLC稳定的24VDC即可，IM模块为接口模块，仅在当需要扩展机架的时候才需要。CPU模块为必选，SM信号模块、FM功能模块、CP通信处理器根据需要增减添加。注意在硬件组态中左边三个模块槽位位置固定。

S7-400系列PLC是针对于中高级性能要求的控制系统

可以选择不同的模块

可以扩展多达300个模块

背板总线集成在模块内

也可以连接MPI、 Profibus DP、Profinet等接口

S7-400PLC类似于S7-300PLC，也是模块化硬件结构，其与S7-300的主要区别是：

1. S7-400PLC的PS电源模块为必选，而且有电池，需要定期更换；

2. S7-400PLC的各硬件模块没有插槽顺序限制；

3. S7-400PLC有4个累加器，而S7-300PLC只有两个累加器。

S7-1200和S7-1500是西门子硬件更新的大势所趋，虽然目前应用面还不大，但请大家留心学习，后续衡云湘水也会推出关于S7-1200/1500的系列学习专辑。

PLC型号所蕴含的信息

如何通过CPU型号了解其基本信息呢？相信通过以下两个例子解释你就了然于胸了：

1. CPU315-2 PN/DP

CPU3XX表示PLC控制器是300系列，-2表示该CPU有两种类型的接口，一个类型接口兼容MPI和ProfiBus DP，另一个类型接口兼容PN口。

2. CPU319F-3PN/DP

CPU3XX表示PLC控制器是300系列（319是300系列PLC的一款），F表示该CPU为故障安全型PLC，-3表示该CPU有三种类型的接口，*个类型接口兼容MPI和ProfiBus DP，第二个类型接口兼容ProfiBus DP口，第三个类型接口兼容PN口。

PLC设备安装

PLC可以根据需要进行水平或者竖直安装

编程软件简介

SIMATIC S7-200

使用STEP 7 Micro/Win 软件 无需*

SIMATIC S7-300/400

使用STEP 7 软件 正版需要*

STEP 7软件可选附件有：S7-SCL、S7-GRAPH、S7-PLCSIM等

采用TIA Portal 博途软件,正版需要*

6ES7 407-0RA02-0AA0