西門子PLC系統常見故障分析

孫 慧

(大連石化公司儀表車間，遼寧 大連 116032)

大連石化公司化學水處理系統2000年采用了西門子S7-400 PLC控制，投用初期故障較多，包括軟/硬件故障、通信故障及干擾故障等，隨著系統應用的普及，現場維護人員逐漸掌握了該系統的故障處理方法，對PLC故障逐一進行解決，目前，該系統運行穩定可靠，保證了生產，減輕了操作工人的勞動強度。筆者主要結合現場介紹該套PLC系統運行中常見的故障及其處理措施。

1 PLC控制系統架構①

整套PLC控制系統由工廠級Profibus總線和現場級Profibus-DP總線構成，包括5臺操作站和5組西門子S7-400標準控制器(下掛多個ET-200M遠程從站)，操作站與控制器分別連接到Profibus總線網，Profibus總線為環形網，由光纖通過適配器相連，操作站、西門子S7-400均是環形Profibus總線網上的節點[1]。

操作站安裝了Windows 2000 Professional操作系統，每臺工作站通過CP5613卡連到Profibus總線網，同時工作站之間通過Hub構成以太網，用于工程師站繪制監控圖的分發。工作站上除了安裝操作系統外，還要安裝CP5613卡驅動程序、HMI組態軟件WinCC、SIMATIC Manager(STEP 7編程軟件)和License文件。

控制器由5組S7-400標準控制器構成，分別負責老廠、新廠、預處理、凝結水和混床的控制，其CPU型號為414-2DP。5組控制器與工廠級總線通過CP443-5通信，同時，每套控制器通過Profibus-DP總線下掛多個ET-200M遠程從站， ET-200M機架上配有S7-300系列 I/O模塊，I/O點約為3 000點。PLC系統網絡結構如圖1所示。

圖1 PLC系統網絡結構

2 PLC常見故障分析

2.1 網絡故障分析處理

該系統在PLC系統投入運行初期經常出現所有操作站畫面不穩定、實時數據時有時無和實時狀態顯示異常的情況，檢查發現網絡通信出現故障。所有實時數據傳輸不上來，判斷應該是工廠級Profibus總線故障，如上位機CP5613通信卡故障報警或連接的終端接頭故障，也可能是Profibus總線環形網上的OLM轉換器或連接終端接頭故障。

在運行過程中有時會出現部分模擬量數據時有時無的現象，主要是預處理控制系統和老廠控制系統，實時狀態顯示不正常，而新廠和混床控制系統模擬量顯示正常。因為只有部分數據，而且是模擬量數據傳輸不上來，顯示灰色，說明不是工廠級網絡通信故障，可能是Profibus-DP子網故障引起部分數據通信中斷。Profibus-DP總線工作一段時間后，經常發生某些子站通信故障或出現通信中斷，如由于通信電纜過長造成了信號的衰減、接地和電磁干擾以及IM153接口撥位開關錯誤導致的阻值不匹配等。

網絡故障處理辦法是通過總線上各設備故障指示燈找出故障點，首先總線故障時CPU的BUSF指示燈顯示紅色，若DP總線故障則依次檢查各遠程IM153模塊的BF指示燈，確定具體故障發生在哪一個總線接口模塊上。若工廠級Profibus總線故障則檢查光電轉換設備指示燈來判斷問題出現在哪個接口上。找到故障節點進而分析故障原因并處理，包括檢查設備接線正確性、緊固性、撥碼的軟硬件設置的一致性、光纖跳線收、發的連接極性、連接是否緊固、終端電阻的連接及檢查等。

在系統運行中，還可以通過軟件診斷信息查找總線上的故障點。打開Simatic Manager項目硬件配置Hardware，切到online，可以檢測到系統總線到從站的各個節點的設備狀態和故障點，并給出詳細的報錯信息。

2.2 系統干擾故障

該套系統控制很多電氣設備，一部分電氣信號通過電纜敷設接入PLC的各個I/O模件，還有一部分通過Profibus-DP通信連接控制電氣MCC設備，采用Profibus雙絞屏蔽電纜，電纜兩端通過D型插頭接地，通信速率1.5Mbps，DP接口卡位于電氣MCC柜內。

在運行初期，經常出現一部分連接電氣MCC的Profibus-DP子站通信故障，子站離線，無法讀取數據，檢查發現，現場MCC附近的電力設備運行時，電機傳動產生電磁干擾，而接口卡位于MCC柜內，電磁干擾總線信號，將Profibus雙絞屏蔽電纜改成光纖敷設后子站通信穩定，不再出現子站離線現象[2]。

一部分電氣設備(泵、風機等)狀態信號線直接進入卡件，在運行中經常出現顯示異常，“0”、“1”錯亂，檢查發現卡件工作正常，而由電氣專業送來的狀態開關量信號本應為無源接點，但測量發現狀態信號線對地都有30～80V不同的電壓，該干擾信號就是由于電纜敷設不規范，信號線與動力線沒有分開敷設，造成干擾電壓串入。

在運行過程中有時還出現部分模擬量顯示與現場實際測量值不符，誤差大，檢查模擬量信號線對地電壓，發現模擬量信號端有干擾電壓，由此判斷是系統接地有問題，整個系統無專用接地網，系統存在不共地，接地混亂引起測量干擾，由于大地電位分布不均，不同的接地點存在著地電位差，接地混亂會可能產生地環路電流，對測量信號構成干擾[3]。通過正確選擇接地點，完善接地系統，并將所有24V(DC)電源負端接地，目前模擬量測量正常，不再出現時有時無的現象。

3 結束語

隨著企業自動化生產規模的擴大，PLC在工業控制中的應用越來越廣泛，由于PLC大部分安裝在現場，環境比較惡劣，導致故障率增加，從而會降低系統的可靠性，筆者通過將現場應用中出現的故障匯總便于維護人員快速解決處理，實現現場設備的遠程自動操作與控制，提高生產效率。