浅谈西门子S7―400H冗余型PLC维修一般方法

摘 要：本文简要介绍了西门子S7-400H冗余PLC控制系统总体结构，重点总结了这类PLC系统的维修一般方法。近三年的实践证明，这些方法能够快速有效地诊断和排除仪控故障，有利于快速掌握该类PLC的维修技能。

关键词：S7-400H PLC维修 STEP7

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0020-02

西门子S7-400H冗余型PLC控制系统以其诸多优点已在工业控制领域得到广泛的应用。它功能强大、冗余设计、程序和网络设计相对复杂，因此，对维修技能有较高要求，在发生故障时往往难以快速定位和排除。本文简要介绍了淡水厂S7-400H冗余PLC控制系统总体结构，重点总结了这类PLC系统的维修一般方法。近三年的实践证明，这些方法能够快速有效地诊断和排除仪控故障，有利于快速掌握该类PLC的维修技能。

1 S7-400H冗余型PLC控制系统结构

为了实现淡水生产工艺集中管理、分散控制的技术要求，该控制系统采用了PLC+上位机的组合方式，典型结构为管理层、控制层和现场设备层。主要由2台上位机（工程师站与操作员站）、2个PLC主站、11个I/O站、5个现场触摸屏操作站和通信网络组成。系统总体结构见图1。

管理层负责工艺过程的集中监视和集中控制，它由工程师站、操作员站和光纤环型工业以太网组成。工程师站与操作员站互相冗余备用，如果其中一台发生故障，另一台可接替全部监控任务，继续保证正常运行。

现场设备层由现场仪表（热工仪表、水质分析仪表等）和执行机构（泵、风机和阀门等）组成。现场设备层通过屏蔽电缆连接ET200M分布式I/O从站，实现采集工艺参数并传输至PLC、执行管理层的操作命令等功能。

控制层负责监测现场设备层状态和工艺参数，响应管理层的操作命令。控制层由2个S7-400H冗余控制器主站、8个ET200M分布式I/O从站、2台基于S7-200的加氯成套控制设备、1台基于S7-300的加药（絮凝剂和助凝剂）成套控制设备和5个现场触摸屏操作站构成。

控制层与管理层、主站与主站之间通过光纤环型工业以太网通讯，ET200M分布式I/O从站和现场触摸屏通过Profibus-DP总线与主站通讯。

2 维修一般方法

2.1 通过硬件指示灯诊断

当系统运行故障时，首先应详细咨询故障细节情况，例如故障现象、故障发生前后的相关操作、故障影响等。沟通故障细节后，推测可能的故障位置，根据S7-400H模块指示灯和继电器指示灯的显示情况，定位故障点并检查故障原因，从用户手册中查阅状态和故障指示灯所代表的详细诊断信息。在硬件诊断不能完全排除故障时，还需配合STEP7软件自动诊断。

2.2 通过STEP7自动诊断

硬件诊断方法简单、直观，需对硬件相当熟悉，才能快速查找原因。如果我们借助STEP7的快速视图模块信息、诊断视图、CPU诊断缓冲区进行诊断，可以快速智能的诊断出故障。

（1）用硬件诊断的快速视图诊断故障。

选中SIMATIC管理器中要检查的PLC站点，执行菜单命令“PLC”“诊断/设置”“硬件诊断”，打开“硬件诊断-快速查看”对话框，这个对话框就是“快速视图”，见图2所示。在快速视图上可以看到该站点的CPU、有故障的模块和DP从站，选中某个故障模块或DP从站，再点击“模块信息”按钮，可以查看它的故障信息。

（2）用诊断视图诊断故障。

与快速视图相比，诊断视图显示整个主站的在线硬件组态视图，包括机架的组态和模块的诊断符号。诊断视图可以读取每个模块的在线状态，以及CPU模块的运行模式、模块类型、序列号和地址、有关组态的注释，这种视图可以看到那些没有故障的模块，它们没有故障，因而在快速视图中没有显示模块信息。

图3是一次多个仪表满量程的故障诊断视图。双击有故障的模块，打开其“模块信息”对话框，可以看到该模块的标准诊断信息（见图2）：故障模块，外部出错，无外部辅助电源。后检查该AI模块的供电线路，发现其中一路保险熔芯烧断，更换上保险熔芯，AI模块SF指示灯熄灭，所有仪表及阀门恢复正常运行，故障排除。

（3）用CPU模块信息中的诊断缓冲区快速视图诊断故障。

CPU模块信息中的“诊断缓冲区”选项卡提供了系统最重要的故障和事件的诊断信息，它给出了发生的事件一览表，所有的诊断事件和有关的诊断信息都按照它们发生的先后次序存储在诊断缓冲区中[1]，CPU进入STOP模式时，诊断缓冲区的内容仍然保留，用户可以从中找到与故障有关的详细准确的诊断信息，包括有故障的DP从站所在的网络编号和DP从站的编号、要求调用的处理故障的OB的编号、CPU停机的原因和有故障的模块的起始地址等，甚至可以追溯到很久以前发生的各诊断事件情况。

例如淡水厂S7-400H PLC控制系统由于某种原因导致CPU进入了“STOP”模式，仪控检修人员要确定CPU为何进入“STOP”模式，可在工程师站依次进行如下操作：从STEP7中选择已进入STOP模式的CPU选择菜单命令PLC>诊断/设置>模块信息选择“诊断缓冲区”选项卡从诊断缓冲区（见图4）显示的诊断信息快速确定CPU进入“STOP”模式的原因。

3 结语

这些方法要求维修人员熟悉西门子S7-400H型PLC原理、STEP7，熟悉硬件结构，会操作STEP7进行故障诊断，能识读诊断缓冲区的内容和含义。这些需要我们扎实理论，钻研用户手册，才能快速诊断出复杂的PLC故障。维修人员掌握这些维修方法后，还需要在实践中灵活运用，不断总结维修经验，从而提高维修技能和效率。在日常维护中还需加强巡检，尽早发现设备的异常，做好预防性维修，如环境温湿度的维持、CPU电池的定期更换等。

参考文献

[1] 廖常初.S7-400H PLC应用技术[M].3版.北京：机械工业出版社，2011：289-309.

[2] 廖常初，祖正容.西门子工业通信网络组态编程与故障诊断[M].北京：机械工业出版社，2009：152-171.