西门子PLC系统常见故障分析

2014-08-02孙慧

化工自动化及仪表 2014年9期

孙慧

(大连石化公司仪表车间，辽宁大连 116032)

大连石化公司化学水处理系统2000年采用了西门子S7-400 PLC控制，投用初期故障较多，包括软/硬件故障、通信故障及干扰故障等，随着系统应用的普及，现场维护人员逐渐掌握了该系统的故障处理方法，对PLC故障逐一进行解决，目前，该系统运行稳定可靠，保证了生产，减轻了操作工人的劳动强度。笔者主要结合现场介绍该套PLC系统运行中常见的故障及其处理措施。

1 PLC控制系统架构①

整套PLC控制系统由工厂级Profibus总线和现场级Profibus-DP总线构成，包括5台操作站和5组西门子S7-400标准控制器(下挂多个ET-200M远程从站)，操作站与控制器分别连接到Profibus总线网，Profibus总线为环形网，由光纤通过适配器相连，操作站、西门子S7-400均是环形Profibus总线网上的节点[1]。

操作站安装了Windows 2000 Professional操作系统，每台工作站通过CP5613卡连到Profibus总线网，同时工作站之间通过Hub构成以太网，用于工程师站绘制监控图的分发。工作站上除了安装操作系统外，还要安装CP5613卡驱动程序、HMI组态软件WinCC、SIMATIC Manager(STEP 7编程软件)和License文件。

控制器由5组S7-400标准控制器构成，分别负责老厂、新厂、预处理、凝结水和混床的控制，其CPU型号为414-2DP。5组控制器与工厂级总线通过CP443-5通信，同时，每套控制器通过Profibus-DP总线下挂多个ET-200M远程从站， ET-200M机架上配有S7-300系列 I/O模块，I/O点约为3 000点。PLC系统网络结构如图1所示。

图1 PLC系统网络结构

2 PLC常见故障分析

2.1 网络故障分析处理

该系统在PLC系统投入运行初期经常出现所有操作站画面不稳定、实时数据时有时无和实时状态显示异常的情况，检查发现网络通信出现故障。所有实时数据传输不上来，判断应该是工厂级Profibus总线故障，如上位机CP5613通信卡故障报警或连接的终端接头故障，也可能是Profibus总线环形网上的OLM转换器或连接终端接头故障。

在运行过程中有时会出现部分模拟量数据时有时无的现象，主要是预处理控制系统和老厂控制系统，实时状态显示不正常，而新厂和混床控制系统模拟量显示正常。因为只有部分数据，而且是模拟量数据传输不上来，显示灰色，说明不是工厂级网络通信故障，可能是Profibus-DP子网故障引起部分数据通信中断。Profibus-DP总线工作一段时间后，经常发生某些子站通信故障或出现通信中断，如由于通信电缆过长造成了信号的衰减、接地和电磁干扰以及IM153接口拨位开关错误导致的阻值不匹配等。

网络故障处理办法是通过总线上各设备故障指示灯找出故障点，首先总线故障时CPU的BUSF指示灯显示红色，若DP总线故障则依次检查各远程IM153模块的BF指示灯，确定具体故障发生在哪一个总线接口模块上。若工厂级Profibus总线故障则检查光电转换设备指示灯来判断问题出现在哪个接口上。找到故障节点进而分析故障原因并处理，包括检查设备接线正确性、紧固性、拨码的软硬件设置的一致性、光纤跳线收、发的连接极性、连接是否紧固、终端电阻的连接及检查等。

在系统运行中，还可以通过软件诊断信息查找总线上的故障点。打开Simatic Manager项目硬件配置Hardware，切到online，可以检测到系统总线到从站的各个节点的设备状态和故障点，并给出详细的报错信息。

2.2 系统干扰故障

该套系统控制很多电气设备，一部分电气信号通过电缆敷设接入PLC的各个I/O模件，还有一部分通过Profibus-DP通信连接控制电气MCC设备，采用Profibus双绞屏蔽电缆，电缆两端通过D型插头接地，通信速率1.5Mbps，DP接口卡位于电气MCC柜内。

在运行初期，经常出现一部分连接电气MCC的Profibus-DP子站通信故障，子站离线，无法读取数据，检查发现，现场MCC附近的电力设备运行时，电机传动产生电磁干扰，而接口卡位于MCC柜内，电磁干扰总线信号，将Profibus双绞屏蔽电缆改成光纤敷设后子站通信稳定，不再出现子站离线现象[2]。

一部分电气设备(泵、风机等)状态信号线直接进入卡件，在运行中经常出现显示异常，“0”、“1”错乱，检查发现卡件工作正常，而由电气专业送来的状态开关量信号本应为无源接点，但测量发现状态信号线对地都有30～80V不同的电压，该干扰信号就是由于电缆敷设不规范，信号线与动力线没有分开敷设，造成干扰电压串入。

在运行过程中有时还出现部分模拟量显示与现场实际测量值不符，误差大，检查模拟量信号线对地电压，发现模拟量信号端有干扰电压，由此判断是系统接地有问题，整个系统无专用接地网，系统存在不共地，接地混乱引起测量干扰，由于大地电位分布不均，不同的接地点存在着地电位差，接地混乱会可能产生地环路电流，对测量信号构成干扰[3]。通过正确选择接地点，完善接地系统，并将所有24V(DC)电源负端接地，目前模拟量测量正常，不再出现时有时无的现象。