机架故障组织块在PROFIBUS-DP 通信诊断上的应用

吴建华，张文欣，徐 欢

（大冶有色金属有限责任公司冶炼厂，湖北黄石 435005）

0 引言

西门子大中型PLC 具有很强的错误和故障的检测及处理能力。当CPU 检测到某种错误后，操作系统将自动调用对应的OB（Organizational block，组织块）块，用户可以事先在对应的组织块中编写程序，就可以对发生的错误或故障采取相应的措施。如果用户没有建立相应的组织块，发生错误或故障后，CPU将转为STOP 模式。像所有的组织块一样，错误处理组织块中包含了关于调用原因的附加信息。操作系统将这些信息记录在该组织块的局部变量中，用户可以在程序中对它们进行访问，以便于故障诊断。能被CPU 检测到，并且用户可以通过组织块对其进行处理的错误或故障分为两种基本类型：异步错误和同步错误。异步错误组织块是处理与PLC 硬件或操作系统密切相关的错误，这类错误与程序执行无关。同步错误组织块是处理与程序执行有关的错误。机架故障OB86 属于异步错误组织块。

1 电解阴极剥片机组控制系统的硬件配置

大冶有色金属公司电解阴极剥片机组是引进芬兰Outotec（奥图泰）公司机器人式智能化机组，自动化程度高，其控制系统采用了西门子S7-300 PLC 来实现机组的自动化生产，其在STEP7软件上的硬件组态如图1 所示。

图1 电解阴极剥片机组在STEP7 中的硬件组态

西门子S7-300 PLC 控制系统的PLC 选用的是CPU 317 F-2PN/DP 作为系统的主站，通过PROFIBUS-DP 现场总线通信方式，连接了39 个DP 从站。这些DP 从站包括19 个ET200M分布式I/O、6个编码器、3 台KUKA机器人、9台西门子MM440 变频器、1 台托利多称重传感器和1 个DP/AS-I LINK网关。由于电解阴极剥片机组控制系统的站点比较多，网络较复杂，出现DP 从站故障时，使用了机架故障组织块OB86的局部变量，在OB86 组织块中进行编程，同时将故障信息及时地发送到人机界面显示出来，帮助维修人员及时地查明故障原因。

2 DP 网络故障诊断

组织块（OB）是用户程序与CPU 操作系统的接口，OB 不能被用户程序调用。它是在触发OB 事件时，由操作系统调用的。操作系统为所有的OB 块声明了一个包含OB 的启动信息的20B 的变量声明表，变量声明表中只有临时变量。OB86 变量声明表中的临时变量见表1。

表1 OB86 的局部变量

如果机架或DP 从站发生故障，在故障出现和消失时，CPU都会自动调用OB86。OB86_EV_CLASS 为B#16#39 表示故障刚出现，为B#16#38 时表示故障刚消失。OB86_FLD_ID 部分错误代码的含义如下：B#16#C3 表示分布式I/O 设备的DP 主系统故障；B#16#C4 表示DP 站故障；B#16#C5 表示DP 内部的故障。OB86_MDL_ADDR 为主站的逻辑基地址，它是HW_Config 中主站的接口诊断地址，可以在DP 接口属性对话框的“地址”选项卡找到它。CPU 的操作系统使用该地址来报告接口的故障。OB86_RACKS_FLTD 的数据类型为32 个位元素的数组（Array），为了方便编程，可以将它的数据类型更改为DWORD（双字）。双字的第0～7 位为出错的DP 站的编号，第8～15 号位DP 主站系统的编号（ID），第16～30 位S7从站的逻辑基地址，第31 位I/O标识符。

在电解阴极剥片机组控制系统DP 故障诊断的实际应用中，STEP7 软件中OB86 的编程如图2 所示。在程序中，使用整数比较指令，当#OB86_EV_CLASS 等于B#16#38 时，M86.0 为1，表示故障刚消失；当#OB86_EV_CLASS等于B#16#39 时，M86.1 为1，表示故障刚出现。OB86_RACKS_FLTD是32 个位元素的数组（Array），其中位元素的后8 位，也就是OB86_RACKS_FLTD［24］～OB86_RACKS_FLTD［31］，分别赋值给M190.0～M190.7，也就是字节MB109。赋值后的MB109 就是出错的DP 站的编号。也可以把局部变量OB86_RACKS_FLTD改为OB86_Z23，数据类型更改为DWORD（双字）。双字的第0～7 位为出错的DP 站的编号。

图2 STEP7 软件中OB86 的编程

在功能块FC20 编写程序（图3），MB109 是出错的DP 站的编号。M86.0 为1，表示故障刚消失，M86.1 为1，表示故障刚出现。例如当DP 从站4 出现故障时，MB109 等于4，且M86.1 等于1，用置位复位指令，使M242.1 置位为1，表示DP 从站4 发生故障。当DP 从站4 故障刚消失时，M86.0 为1 且MB109 为4，使M242.1 复位为0。也可以通过输入点I20.3（对应操作台的按钮）进行手动故障复位。

图3 功能块FC20 的编程

因为电解阴极剥片机组的控制系统DP 从站较多，当DP 从站发生故障时，为了帮助维修人员及时知道是哪个从站发生了故障，可以将发生故障的DP 从站及时地发送到人机界面，帮助维修人员及时地查明故障原因。DP 从站故障在西门子触摸屏上的显示如图4 所示，DP 从站4 发生故障时，M242.1 置位为1，在触摸屏上便会以红色显示出来。

图4 DP 从站故障在西门子触摸屏上的显示

3 结束语

利用机架故障组织块OB86 的局部变量对PROFIBUS-DP故障进行诊断，是西门子PROFIBUS 网络故障诊断诸多方法中的一种，对查找DP 网络故障起到一定的辅助作用。由于西门子的控制系统网络的站点越来越多、越来越复杂，对网络控制系统的故障诊断的要求也越来越高，当DP 网络出现故障时，应借助多种网络故障诊断方法对故障进行诊断，例如可以使用PLC 上的LED 灯进行故障查询，借助西门子DP 网络专用硬件诊断工具进行诊断，使用STEP7 软件上的故障诊断区进行查询等。采用多种方法的配合使用，在控制系统出现DP 故障时，才能最快地查找出原因，减少设备的故障时间，保护设备正常运转。