西门子S7-300PLC石油钻井现场常见故障实例分析

洪雷　韩永超

摘  要：S7-300是德国西门子公司生产的可编程控制器（PLC）系列产品之一。因其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的应用于工业控制领域中。而在石油钻井领域，现阶段大量使用的D和DB钻井设备，其控制系统大多采用的都是S7-300PLC。根据设备需要，会有单机控制和双机冗余的不同。笔者在钻井领域工作多年，常年从事井队电气工作，先后使用多套直流电动设备和变频电动设备，对S7-300PLC在钻井设备上应用有一定的心得，现将现场遇到过的故障实例总结出来，以供观者评鉴。

关键词：钻井工程  西门子   S7-300PLC  实例分析

前言：现场工作中我们会发现S7-300PLC具有很强的错误（或者故障）检测和处理能力，CPU检测到错误后，操作系统调用对应的组织块，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，如果没有给组织块编程，出现错误时CPU将进入STOP模式。被S7-300PLC的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。同步错误时候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。

PLC具有很强的自诊断能力，现场工作中，当PLC自身故障或外围设备发生故障，我们都可用PLC上具有诊断指示功能的发光二极管的亮灭来诊断。

实例一，故障现象：S7-300PLC的电源故障灯亮

故障分析和处理：故障主要原因有：输入电压超出限定范围值;短路;输出电压不稳定;模块损坏。根据可能原因进行排查，找出故障点。如果需更换电源模块，先关闭供电电源，更换模块，试运转前，检查所有连接是否正常。

常用的S7-300PLC的电源单元PS307-5A正常运行状态如下：状态灯INTF，不亮;BAF ，不亮;BATT1F，不亮;BATT2F，不亮;DC5V，绿色;DC24V，绿色。

实例二，故障现象：S7-300PLC模块故障报警，CPU上内部故障灯亮，模块所在的ET200上的系统故障灯亮。模块的故障灯亮。

故障分析和处理：可能原因主要有：模块损坏、掉电或检测到故障。

处理方法是：更换新模块，步骤如下：

1.切断框架电源，切断I/O系统的电源

2.拆下I/O模块上的接线，视模块的类型，拆去I/O接线端的现场接线或卸下可拆式接线插座，并将每根线贴上标签与对应标记。向中间挤压I/O模块的上下弹性锁扣，使其脱出卡口，垂直向上拔出I/O模块。

3.插入已换装的I/O模块，将I/O模块的紧固扣锁进卡口，按记录标签与对应标记连接I/O模块的接线。

4.接通框架电源和I/O模块系统的电源，调试I/O模块，确认其功能正常。

常用的S7-300PLC的中央处理器CPU313C的正常运行状态如下：状态灯FRCE，不亮;RUN灯，绿色;STOP灯，不亮;SF灯，不亮;BF灯，不亮;5VDV灯，绿色。

常用的ET200M（IM153-2）的正常运行状态如下：状态灯SF，不亮;BF灯，不亮;ACT灯，主卡橙色/备卡不亮;ON灯，绿色。

实例三，故障现象：S7-300PLC非正常停机

故障分析与处理：当CPU状态为STOP时，中断事件将由分布式I/O确认，并会在必要时输入到诊断缓冲区中（仅限诊断中断）。当CPU状态随后返回到RUN时，OB不再获取此中断，并使用适当的SSL查询。

若PLC处在STOP状态，所有灯在闪烁，可能原因是有通信卡件的接口松动。由于工作环境恶劣，且拆搬迁设备频繁，这是石油钻井工程现场最可能碰到的非正常停机现象，建议如有处于同类工况，在完成设备拆搬迁后，一定要将PLC的所有部件及插接件都检查一遍，避免此类事件的发生。处理方法是检查卡件接口，重新启动CPU，如不行，清内存并重新下载硬件、软件并重新启动CPU。

若PLC处在STOP状态、红灯亮，可能原因是：相当数量的卡件掉电，CPU运行时间长期被硬件中断占用，超出CPU中设定的时间。处理方法是调整CPU中的時间。

实例四，故障现象：S7-300PLC无法进入冗余状态，同步模块故障灯亮，REDF灯亮，系统处在单机运行状态

故障分析和处理：

钻井现场中，直流设备S7-300PLC大多配备单机工作，而变频设备则多为双机状态，一主一从，同步冗余。

S7-300PLC无法进入冗余状态的原因是：用于连接的同步模块的光缆未接或断线（因工作环境问题，这是现场最可能出现的问题）;未安装同步模块，或者光缆连接有问题，如没有将同步模块的上口连上口，下口连下口（这在现场一般不会发生）;同步模块的前盖板没有紧固，同步模块未工作;S7-300PLC系统中的一子系统故障或掉电。

根据上述分析是可能原因进行排查，大概率可以排查掉故障。如需更换同步模块，应按以下步骤：

1.先去除同步模块上光缆

2.将待命的CPU切至RUN

3.从待命的CPU上拔出同步模块

4.再插入新的同步模块

5.再启动待命的CPU

6.若在第5步中，待命的CPU处在STOP状态，则拔除主机上的同步模块

7.将新的同步模块插入CPU

8.启动待命的CPU

实例五，故障现象：在初始状态时，S7-300PLC系统处于单机运行状态，试图将另一子系统切至RUN并进入冗余模式。在将开关切至RUN时，REDF的指示灯未闪烁。数秒后，系统未进入冗余模式。

故障分析和处理：可能原因是ES站正处在在线监视或修改状态。当ES站退出在线连接状态，重新尝试切换PLC系统运行模式。

现场工作中，设备投入运行前，一定要检查好所有开关及指示灯的状态，以及插接件的连接情况，避免因为一下误操作或者连接问题带来较难处理的故障现象及模块损坏。

实例六，故障现象：S7-300PLC网络通信中断

故障分析与处理：钻井现场中PLC主机一般安装在SCR房或者VFD房内，从机安装在司钻房内，每次拆搬迁设备都会拆除主从机之间的通讯线，通讯中断是拆迁安装时经常出现的故障。可能原因是：PLC上的CP切至STOP模式;PROFIBUS電缆断线（这是钻井现场可能的故障点）;PROFIBUS电缆断线连接头的终端电阻被接上;相关OLM掉电;光缆断线。处理方法是按上述可能原因进行排查，并做相应处理。

结束语：

因现场实际工作情况和设备配置的不同，S7-300PLC在实际工作时还可能存在别的这样那样的问题。笔者只是根据自己遇到过和学习交流中学习到的一些问题加以总结得出上述实例分析，受限于工作环境及所遇到的故障问题，文中还有很多不足之处，望观者指正。现实工作中，S7-300PLC系统整体工作稳定性较强，出现故障机率较小。此文希望可以在观者遇到类似问题时提供一些参考，也希望同行之间可多多交流学习。

参考文献：

[1]赵景波、孙浩洋、管殿柱.西门子S7-300/400PLC快速入门.化学工业出版社，2012.

[2]周志敏、纪爱华.PLC/变频器故障诊断与维修.化学工业出版社，2013.

作者简介：

洪雷（1985年2月23日--），男，山东滕州人，大学本科学历，职称：钻井工程中级工程师;研究方向：电气工程及其自动化