西门子S7-400PLC的维护和故障诊断

摘要:PLC是专为工业环境应用而设计的一种具有数字运算操作能力的可编程逻辑控制器，它是对传统控制元器件继电器的一种替代，因其采用微型计算机的工业控制装置功能而具备了强大的逻辑控制特性，当前由于PLC可编程控制的流行趋势中，西门子所研发的诸如S7-200、S7-300、S7-400等系列产品由于其有强大的功能和满足市场的主要需求而获得市场的青睐。而其中S7-400可编程控制器性能突出而成为市场的主流。本文作者根据西门子S7-400系列产品的维护经验。从西门子S7-400产品的维护和故障的实例中作出一些详细的诊断分析

关键词：西门子PLCS7-400H； 故障； 处理方法

Abstract: PLC is designed for industrial environment application and design of a with digital computing operations of programmable logic controller ability, it is to the traditional control components relay a kind of alternative, because its by micro computer industrial control device function and a strong logic control characteristic, the current PLC programmable control because of the popular trend, the development of such as Siemens S7-200, S7-300, S7-400 series products because of its powerful function and satisfy the market demand and get the main market favour. And among them S7-400 PLC outstanding performance and become the mainstream market. The author according to Siemens S7-400 series product maintenance experience. From Siemens S7-400 product maintenance and fault in the example to make some detailed analysis of the diagnosis

Keywords: Siemens PLCS7-400 H; Fault; Processing method

中图分类号：TK228文献标识码：A文章编号：

一、PLC概述

PLC是Programmable Logic Control-ler的英文缩写，中文为可编程控制器。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。

二、SIMATICS7-400的应用特点

SIMATIC S7—300/400系列可编程序控制器是西门子公司全集成自动化系统中的控制核心，是其集成性和开放性的重要体现。它将先进控制思想、现代通信技术和IT技术的最新发展集于一身。在CPU 运算速度、程序执行效率、故障自诊断、联网通信、面向控制工艺和运动对象的功能集成以及实现故障安全的容错与冗余技术等方面都取得了公认的成就。它在全球大、中规模的自动化领域获得了广泛的应用。在实际应用中，西门子控制网络是应用最多的系统，一个典型的工厂自动化系统一般是由现场设备层、车间监控层、工厂管理层组成的3 级网络结构，如图1 所示。

图1 SIMATIC NET网络系统

在图1所示工厂管理层中，车间操作员工作站可以直接通过集线器和车间办公管理网络相互连接，将车间的生产数据传送到车间管理层。车间管理网作为工厂主网的一个子网，通过交换机、网桥或路由器等连接到厂区骨干网，将车间数据集成到工厂管理层。工厂管理层通常采用符合IEC802.3标准的以太网，即TCP/IP通信；在很多的S7—300/400的CPU中集成有MPI和DP通信接口，还有Profibus—DP和工业以太网的通信模块，以及点对点通信模块。通过Profibus—DP或AS—I现场总线，CPU与分布式I/O模块之间可以周期性地自动交换数据(过程映像数据交换)。

三、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。

四、S7-400H故障分析及相应处理

由于西门子S7-400采用的是冗余处理方式进行设计和处理数据，因此在检测S7-400H故障也需要通过冗余的方式进行处理，本文将从化工只能够常用的西门子S7-400H故障作为案例进行分析，并对问题提出解决的方式。

4.1循环气压缩机控制系统的故障及处理

由于该控制系统中的丙烯循环压缩机采用的是S7-400HHPLC控制系统，在该系统的稳压电源出现故障之后，停车检修就更换了电源装置，而加载稳压电源更换之后，PLC系统再次上电则发现CPU1启动状态出现无法先启动，指示电源显示在STOP中，而两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，可以基本判断系统出现的冗余电源，造成外部故障。