西门子S7-400H PLC 的常见故障分析及处理方式

    PLC实质是专用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最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。