西門子S7-300PLC石油鉆井現(xiàn)場常見故障實例分析

洪雷　韓永超

摘? 要：S7-300是德國西門子公司生產(chǎn)的可編程控制器（PLC）系列產(chǎn)品之一。因其模塊化結(jié)構(gòu)、易于實現(xiàn)分布式的配置以及性價比高、電磁兼容性強、抗震動沖擊性能好，使其在廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域中。而在石油鉆井領(lǐng)域，現(xiàn)階段大量使用的D和DB鉆井設(shè)備，其控制系統(tǒng)大多采用的都是S7-300PLC。根據(jù)設(shè)備需要，會有單機控制和雙機冗余的不同。筆者在鉆井領(lǐng)域工作多年，常年從事井隊電氣工作，先后使用多套直流電動設(shè)備和變頻電動設(shè)備，對S7-300PLC在鉆井設(shè)備上應(yīng)用有一定的心得，現(xiàn)將現(xiàn)場遇到過的故障實例總結(jié)出來，以供觀者評鑒。

關(guān)鍵詞：鉆井工程? 西門子?? S7-300PLC? 實例分析

前言：現(xiàn)場工作中我們會發(fā)現(xiàn)S7-300PLC具有很強的錯誤（或者故障）檢測和處理能力，CPU檢測到錯誤后，操作系統(tǒng)調(diào)用對應(yīng)的組織塊，用戶可以在組織塊中編程，對發(fā)生的錯誤采取相應(yīng)的措施。對于大多數(shù)錯誤，如果沒有給組織塊編程，出現(xiàn)錯誤時CPU將進入STOP模式。被S7-300PLC的CPU檢測到并且用戶可以通過組織塊對其進行處理的錯誤分為兩類：

1、異步錯誤。異步錯誤是與PLC的硬件或操作系統(tǒng)密切相關(guān)的錯誤，與程序執(zhí)行無關(guān)，但異步錯誤的后果一般比較嚴(yán)重。

2、同步錯誤。同步錯誤時候與執(zhí)行用戶程序有關(guān)的錯誤，程序中如果有不正確的地址區(qū)，錯誤的編號或錯誤的地址，都會出現(xiàn)同步錯誤，操作系統(tǒng)將調(diào)用同步錯誤OB。

PLC具有很強的自診斷能力，現(xiàn)場工作中，當(dāng)PLC自身故障或外圍設(shè)備發(fā)生故障，我們都可用PLC上具有診斷指示功能的發(fā)光二極管的亮滅來診斷。

實例一，故障現(xiàn)象：S7-300PLC的電源故障燈亮

故障分析和處理：故障主要原因有：輸入電壓超出限定范圍值;短路;輸出電壓不穩(wěn)定;模塊損壞。根據(jù)可能原因進行排查，找出故障點。如果需更換電源模塊，先關(guān)閉供電電源，更換模塊，試運轉(zhuǎn)前，檢查所有連接是否正常。

常用的S7-300PLC的電源單元PS307-5A正常運行狀態(tài)如下：狀態(tài)燈INTF，不亮;BAF ，不亮;BATT1F，不亮;BATT2F，不亮;DC5V，綠色;DC24V，綠色。

實例二，故障現(xiàn)象：S7-300PLC模塊故障報警，CPU上內(nèi)部故障燈亮，模塊所在的ET200上的系統(tǒng)故障燈亮。模塊的故障燈亮。

故障分析和處理：可能原因主要有：模塊損壞、掉電或檢測到故障。

處理方法是：更換新模塊，步驟如下：

1.切斷框架電源，切斷I/O系統(tǒng)的電源

2.拆下I/O模塊上的接線，視模塊的類型，拆去I/O接線端的現(xiàn)場接線或卸下可拆式接線插座，并將每根線貼上標(biāo)簽與對應(yīng)標(biāo)記。向中間擠壓I/O模塊的上下彈性鎖扣，使其脫出卡口，垂直向上拔出I/O模塊。

3.插入已換裝的I/O模塊，將I/O模塊的緊固扣鎖進卡口，按記錄標(biāo)簽與對應(yīng)標(biāo)記連接I/O模塊的接線。

4.接通框架電源和I/O模塊系統(tǒng)的電源，調(diào)試I/O模塊，確認(rèn)其功能正常。

常用的S7-300PLC的中央處理器CPU313C的正常運行狀態(tài)如下：狀態(tài)燈FRCE，不亮;RUN燈，綠色;STOP燈，不亮;SF燈，不亮;BF燈，不亮;5VDV燈，綠色。

常用的ET200M（IM153-2）的正常運行狀態(tài)如下：狀態(tài)燈SF，不亮;BF燈，不亮;ACT燈，主卡橙色/備卡不亮;ON燈，綠色。

實例三，故障現(xiàn)象：S7-300PLC非正常停機

故障分析與處理：當(dāng)CPU狀態(tài)為STOP時，中斷事件將由分布式I/O確認(rèn)，并會在必要時輸入到診斷緩沖區(qū)中（僅限診斷中斷）。當(dāng)CPU狀態(tài)隨后返回到RUN時，OB不再獲取此中斷，并使用適當(dāng)?shù)腟SL查詢。

若PLC處在STOP狀態(tài)，所有燈在閃爍，可能原因是有通信卡件的接口松動。由于工作環(huán)境惡劣，且拆搬遷設(shè)備頻繁，這是石油鉆井工程現(xiàn)場最可能碰到的非正常停機現(xiàn)象，建議如有處于同類工況，在完成設(shè)備拆搬遷后，一定要將PLC的所有部件及插接件都檢查一遍，避免此類事件的發(fā)生。處理方法是檢查卡件接口，重新啟動CPU，如不行，清內(nèi)存并重新下載硬件、軟件并重新啟動CPU。

若PLC處在STOP狀態(tài)、紅燈亮，可能原因是：相當(dāng)數(shù)量的卡件掉電，CPU運行時間長期被硬件中斷占用，超出CPU中設(shè)定的時間。處理方法是調(diào)整CPU中的時間。

實例四，故障現(xiàn)象：S7-300PLC無法進入冗余狀態(tài)，同步模塊故障燈亮，REDF燈亮，系統(tǒng)處在單機運行狀態(tài)

故障分析和處理：

鉆井現(xiàn)場中，直流設(shè)備S7-300PLC大多配備單機工作，而變頻設(shè)備則多為雙機狀態(tài)，一主一從，同步冗余。

S7-300PLC無法進入冗余狀態(tài)的原因是：用于連接的同步模塊的光纜未接或斷線（因工作環(huán)境問題，這是現(xiàn)場最可能出現(xiàn)的問題）;未安裝同步模塊，或者光纜連接有問題，如沒有將同步模塊的上口連上口，下口連下口（這在現(xiàn)場一般不會發(fā)生）;同步模塊的前蓋板沒有緊固，同步模塊未工作;S7-300PLC系統(tǒng)中的一子系統(tǒng)故障或掉電。

根據(jù)上述分析是可能原因進行排查，大概率可以排查掉故障。如需更換同步模塊，應(yīng)按以下步驟：

1.先去除同步模塊上光纜

2.將待命的CPU切至RUN

3.從待命的CPU上拔出同步模塊

4.再插入新的同步模塊

5.再啟動待命的CPU

6.若在第5步中，待命的CPU處在STOP狀態(tài)，則拔除主機上的同步模塊

7.將新的同步模塊插入CPU

8.啟動待命的CPU

實例五，故障現(xiàn)象：在初始狀態(tài)時，S7-300PLC系統(tǒng)處于單機運行狀態(tài)，試圖將另一子系統(tǒng)切至RUN并進入冗余模式。在將開關(guān)切至RUN時，REDF的指示燈未閃爍。數(shù)秒后，系統(tǒng)未進入冗余模式。

故障分析和處理：可能原因是ES站正處在在線監(jiān)視或修改狀態(tài)。當(dāng)ES站退出在線連接狀態(tài)，重新嘗試切換PLC系統(tǒng)運行模式。

現(xiàn)場工作中，設(shè)備投入運行前，一定要檢查好所有開關(guān)及指示燈的狀態(tài)，以及插接件的連接情況，避免因為一下誤操作或者連接問題帶來較難處理的故障現(xiàn)象及模塊損壞。

實例六，故障現(xiàn)象：S7-300PLC網(wǎng)絡(luò)通信中斷

故障分析與處理：鉆井現(xiàn)場中PLC主機一般安裝在SCR房或者VFD房內(nèi)，從機安裝在司鉆房內(nèi)，每次拆搬遷設(shè)備都會拆除主從機之間的通訊線，通訊中斷是拆遷安裝時經(jīng)常出現(xiàn)的故障。可能原因是：PLC上的CP切至STOP模式;PROFIBUS電纜斷線（這是鉆井現(xiàn)場可能的故障點）;PROFIBUS電纜斷線連接頭的終端電阻被接上;相關(guān)OLM掉電;光纜斷線。處理方法是按上述可能原因進行排查，并做相應(yīng)處理。

結(jié)束語：

因現(xiàn)場實際工作情況和設(shè)備配置的不同，S7-300PLC在實際工作時還可能存在別的這樣那樣的問題。筆者只是根據(jù)自己遇到過和學(xué)習(xí)交流中學(xué)習(xí)到的一些問題加以總結(jié)得出上述實例分析，受限于工作環(huán)境及所遇到的故障問題，文中還有很多不足之處，望觀者指正。現(xiàn)實工作中，S7-300PLC系統(tǒng)整體工作穩(wěn)定性較強，出現(xiàn)故障機率較小。此文希望可以在觀者遇到類似問題時提供一些參考，也希望同行之間可多多交流學(xué)習(xí)。

參考文獻：

[1]趙景波、孫浩洋、管殿柱.西門子S7-300/400PLC快速入門.化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[2]周志敏、紀(jì)愛華.PLC/變頻器故障診斷與維修.化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

作者簡介：

洪雷（1985年2月23日--），男，山東滕州人，大學(xué)本科學(xué)歷，職稱：鉆井工程中級工程師;研究方向：電氣工程及其自動化