淺談西門子S7—400H冗余型PLC維修一般方法

何小龍++方峻

摘 要：本文簡要介紹了西門子S7-400H冗余PLC控制系統總體結構，重點總結了這類PLC系統的維修一般方法。近三年的實踐證明，這些方法能夠快速有效地診斷和排除儀控故障，有利于快速掌握該類PLC的維修技能。

關鍵詞：S7-400H PLC維修 STEP7

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0020-02

西門子S7-400H冗余型PLC控制系統以其諸多優點已在工業控制領域得到廣泛的應用。它功能強大、冗余設計、程序和網絡設計相對復雜，因此，對維修技能有較高要求，在發生故障時往往難以快速定位和排除。本文簡要介紹了淡水廠S7-400H冗余PLC控制系統總體結構，重點總結了這類PLC系統的維修一般方法。近三年的實踐證明，這些方法能夠快速有效地診斷和排除儀控故障，有利于快速掌握該類PLC的維修技能。

1 S7-400H冗余型PLC控制系統結構

為了實現淡水生產工藝集中管理、分散控制的技術要求，該控制系統采用了PLC+上位機的組合方式，典型結構為管理層、控制層和現場設備層。主要由2臺上位機（工程師站與操作員站）、2個PLC主站、11個I/O站、5個現場觸摸屏操作站和通信網絡組成。系統總體結構見圖1。

管理層負責工藝過程的集中監視和集中控制，它由工程師站、操作員站和光纖環型工業以太網組成。工程師站與操作員站互相冗余備用，如果其中一臺發生故障，另一臺可接替全部監控任務，繼續保證正常運行。

現場設備層由現場儀表（熱工儀表、水質分析儀表等）和執行機構（泵、風機和閥門等）組成?，F場設備層通過屏蔽電纜連接ET200M分布式I/O從站，實現采集工藝參數并傳輸至PLC、執行管理層的操作命令等功能。

控制層負責監測現場設備層狀態和工藝參數，響應管理層的操作命令?？刂茖佑?個S7-400H冗余控制器主站、8個ET200M分布式I/O從站、2臺基于S7-200的加氯成套控制設備、1臺基于S7-300的加藥（絮凝劑和助凝劑）成套控制設備和5個現場觸摸屏操作站構成。

控制層與管理層、主站與主站之間通過光纖環型工業以太網通訊，ET200M分布式I/O從站和現場觸摸屏通過Profibus-DP總線與主站通訊。

2 維修一般方法

2.1 通過硬件指示燈診斷

當系統運行故障時，首先應詳細咨詢故障細節情況，例如故障現象、故障發生前后的相關操作、故障影響等。溝通故障細節后，推測可能的故障位置，根據S7-400H模塊指示燈和繼電器指示燈的顯示情況，定位故障點并檢查故障原因，從用戶手冊中查閱狀態和故障指示燈所代表的詳細診斷信息。在硬件診斷不能完全排除故障時，還需配合STEP7軟件自動診斷。

2.2 通過STEP7自動診斷

硬件診斷方法簡單、直觀，需對硬件相當熟悉，才能快速查找原因。如果我們借助STEP7的快速視圖模塊信息、診斷視圖、CPU診斷緩沖區進行診斷，可以快速智能的診斷出故障。

（1）用硬件診斷的快速視圖診斷故障。

選中SIMATIC管理器中要檢查的PLC站點，執行菜單命令“PLC”→“診斷/設置”→“硬件診斷”，打開“硬件診斷-快速查看”對話框，這個對話框就是“快速視圖”，見圖2所示。在快速視圖上可以看到該站點的CPU、有故障的模塊和DP從站，選中某個故障模塊或DP從站，再點擊“模塊信息”按鈕，可以查看它的故障信息。

（2）用診斷視圖診斷故障。

與快速視圖相比，診斷視圖顯示整個主站的在線硬件組態視圖，包括機架的組態和模塊的診斷符號。診斷視圖可以讀取每個模塊的在線狀態，以及CPU模塊的運行模式、模塊類型、序列號和地址、有關組態的注釋，這種視圖可以看到那些沒有故障的模塊，它們沒有故障，因而在快速視圖中沒有顯示模塊信息。

圖3是一次多個儀表滿量程的故障診斷視圖。雙擊有故障的模塊，打開其“模塊信息”對話框，可以看到該模塊的標準診斷信息（見圖2）：故障模塊，外部出錯，無外部輔助電源。后檢查該AI模塊的供電線路，發現其中一路保險熔芯燒斷，更換上保險熔芯，AI模塊SF指示燈熄滅，所有儀表及閥門恢復正常運行，故障排除。

（3）用CPU模塊信息中的診斷緩沖區快速視圖診斷故障。

CPU模塊信息中的“診斷緩沖區”選項卡提供了系統最重要的故障和事件的診斷信息，它給出了發生的事件一覽表，所有的診斷事件和有關的診斷信息都按照它們發生的先后次序存儲在診斷緩沖區中[1]，CPU進入STOP模式時，診斷緩沖區的內容仍然保留，用戶可以從中找到與故障有關的詳細準確的診斷信息，包括有故障的DP從站所在的網絡編號和DP從站的編號、要求調用的處理故障的OB的編號、CPU停機的原因和有故障的模塊的起始地址等，甚至可以追溯到很久以前發生的各診斷事件情況。

例如淡水廠S7-400H PLC控制系統由于某種原因導致CPU進入了“STOP”模式，儀控檢修人員要確定CPU為何進入“STOP”模式，可在工程師站依次進行如下操作：從STEP7中選擇已進入STOP模式的CPU→選擇菜單命令PLC>診斷/設置>模塊信息→選擇“診斷緩沖區”選項卡→從診斷緩沖區（見圖4）顯示的診斷信息快速確定CPU進入“STOP”模式的原因。

3 結語

這些方法要求維修人員熟悉西門子S7-400H型PLC原理、STEP7，熟悉硬件結構，會操作STEP7進行故障診斷，能識讀診斷緩沖區的內容和含義。這些需要我們扎實理論，鉆研用戶手冊，才能快速診斷出復雜的PLC故障。維修人員掌握這些維修方法后，還需要在實踐中靈活運用，不斷總結維修經驗，從而提高維修技能和效率。在日常維護中還需加強巡檢，盡早發現設備的異常，做好預防性維修，如環境溫濕度的維持、CPU電池的定期更換等。

參考文獻

[1] 廖常初.S7-400H PLC應用技術[M].3版.北京：機械工業出版社，2011：289-309.

[2] 廖常初，祖正容.西門子工業通信網絡組態編程與故障診斷[M].北京：機械工業出版社，2009：152-171.endprint

摘 要：本文簡要介紹了西門子S7-400H冗余PLC控制系統總體結構，重點總結了這類PLC系統的維修一般方法。近三年的實踐證明，這些方法能夠快速有效地診斷和排除儀控故障，有利于快速掌握該類PLC的維修技能。

關鍵詞：S7-400H PLC維修 STEP7

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0020-02

西門子S7-400H冗余型PLC控制系統以其諸多優點已在工業控制領域得到廣泛的應用。它功能強大、冗余設計、程序和網絡設計相對復雜，因此，對維修技能有較高要求，在發生故障時往往難以快速定位和排除。本文簡要介紹了淡水廠S7-400H冗余PLC控制系統總體結構，重點總結了這類PLC系統的維修一般方法。近三年的實踐證明，這些方法能夠快速有效地診斷和排除儀控故障，有利于快速掌握該類PLC的維修技能。

1 S7-400H冗余型PLC控制系統結構

為了實現淡水生產工藝集中管理、分散控制的技術要求，該控制系統采用了PLC+上位機的組合方式，典型結構為管理層、控制層和現場設備層。主要由2臺上位機（工程師站與操作員站）、2個PLC主站、11個I/O站、5個現場觸摸屏操作站和通信網絡組成。系統總體結構見圖1。

管理層負責工藝過程的集中監視和集中控制，它由工程師站、操作員站和光纖環型工業以太網組成。工程師站與操作員站互相冗余備用，如果其中一臺發生故障，另一臺可接替全部監控任務，繼續保證正常運行。

現場設備層由現場儀表（熱工儀表、水質分析儀表等）和執行機構（泵、風機和閥門等）組成。現場設備層通過屏蔽電纜連接ET200M分布式I/O從站，實現采集工藝參數并傳輸至PLC、執行管理層的操作命令等功能。

控制層負責監測現場設備層狀態和工藝參數，響應管理層的操作命令?？刂茖佑?個S7-400H冗余控制器主站、8個ET200M分布式I/O從站、2臺基于S7-200的加氯成套控制設備、1臺基于S7-300的加藥（絮凝劑和助凝劑）成套控制設備和5個現場觸摸屏操作站構成。

控制層與管理層、主站與主站之間通過光纖環型工業以太網通訊，ET200M分布式I/O從站和現場觸摸屏通過Profibus-DP總線與主站通訊。

2 維修一般方法

2.1 通過硬件指示燈診斷

當系統運行故障時，首先應詳細咨詢故障細節情況，例如故障現象、故障發生前后的相關操作、故障影響等。溝通故障細節后，推測可能的故障位置，根據S7-400H模塊指示燈和繼電器指示燈的顯示情況，定位故障點并檢查故障原因，從用戶手冊中查閱狀態和故障指示燈所代表的詳細診斷信息。在硬件診斷不能完全排除故障時，還需配合STEP7軟件自動診斷。

2.2 通過STEP7自動診斷

硬件診斷方法簡單、直觀，需對硬件相當熟悉，才能快速查找原因。如果我們借助STEP7的快速視圖模塊信息、診斷視圖、CPU診斷緩沖區進行診斷，可以快速智能的診斷出故障。

（1）用硬件診斷的快速視圖診斷故障。

選中SIMATIC管理器中要檢查的PLC站點，執行菜單命令“PLC”→“診斷/設置”→“硬件診斷”，打開“硬件診斷-快速查看”對話框，這個對話框就是“快速視圖”，見圖2所示。在快速視圖上可以看到該站點的CPU、有故障的模塊和DP從站，選中某個故障模塊或DP從站，再點擊“模塊信息”按鈕，可以查看它的故障信息。

（2）用診斷視圖診斷故障。

與快速視圖相比，診斷視圖顯示整個主站的在線硬件組態視圖，包括機架的組態和模塊的診斷符號。診斷視圖可以讀取每個模塊的在線狀態，以及CPU模塊的運行模式、模塊類型、序列號和地址、有關組態的注釋，這種視圖可以看到那些沒有故障的模塊，它們沒有故障，因而在快速視圖中沒有顯示模塊信息。

圖3是一次多個儀表滿量程的故障診斷視圖。雙擊有故障的模塊，打開其“模塊信息”對話框，可以看到該模塊的標準診斷信息（見圖2）：故障模塊，外部出錯，無外部輔助電源。后檢查該AI模塊的供電線路，發現其中一路保險熔芯燒斷，更換上保險熔芯，AI模塊SF指示燈熄滅，所有儀表及閥門恢復正常運行，故障排除。

（3）用CPU模塊信息中的診斷緩沖區快速視圖診斷故障。

CPU模塊信息中的“診斷緩沖區”選項卡提供了系統最重要的故障和事件的診斷信息，它給出了發生的事件一覽表，所有的診斷事件和有關的診斷信息都按照它們發生的先后次序存儲在診斷緩沖區中[1]，CPU進入STOP模式時，診斷緩沖區的內容仍然保留，用戶可以從中找到與故障有關的詳細準確的診斷信息，包括有故障的DP從站所在的網絡編號和DP從站的編號、要求調用的處理故障的OB的編號、CPU停機的原因和有故障的模塊的起始地址等，甚至可以追溯到很久以前發生的各診斷事件情況。

例如淡水廠S7-400H PLC控制系統由于某種原因導致CPU進入了“STOP”模式，儀控檢修人員要確定CPU為何進入“STOP”模式，可在工程師站依次進行如下操作：從STEP7中選擇已進入STOP模式的CPU→選擇菜單命令PLC>診斷/設置>模塊信息→選擇“診斷緩沖區”選項卡→從診斷緩沖區（見圖4）顯示的診斷信息快速確定CPU進入“STOP”模式的原因。

3 結語

這些方法要求維修人員熟悉西門子S7-400H型PLC原理、STEP7，熟悉硬件結構，會操作STEP7進行故障診斷，能識讀診斷緩沖區的內容和含義。這些需要我們扎實理論，鉆研用戶手冊，才能快速診斷出復雜的PLC故障。維修人員掌握這些維修方法后，還需要在實踐中靈活運用，不斷總結維修經驗，從而提高維修技能和效率。在日常維護中還需加強巡檢，盡早發現設備的異常，做好預防性維修，如環境溫濕度的維持、CPU電池的定期更換等。

參考文獻

[1] 廖常初.S7-400H PLC應用技術[M].3版.北京：機械工業出版社，2011：289-309.

[2] 廖常初，祖正容.西門子工業通信網絡組態編程與故障診斷[M].北京：機械工業出版社，2009：152-171.endprint

摘 要：本文簡要介紹了西門子S7-400H冗余PLC控制系統總體結構，重點總結了這類PLC系統的維修一般方法。近三年的實踐證明，這些方法能夠快速有效地診斷和排除儀控故障，有利于快速掌握該類PLC的維修技能。

關鍵詞：S7-400H PLC維修 STEP7

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0020-02

西門子S7-400H冗余型PLC控制系統以其諸多優點已在工業控制領域得到廣泛的應用。它功能強大、冗余設計、程序和網絡設計相對復雜，因此，對維修技能有較高要求，在發生故障時往往難以快速定位和排除。本文簡要介紹了淡水廠S7-400H冗余PLC控制系統總體結構，重點總結了這類PLC系統的維修一般方法。近三年的實踐證明，這些方法能夠快速有效地診斷和排除儀控故障，有利于快速掌握該類PLC的維修技能。

1 S7-400H冗余型PLC控制系統結構

為了實現淡水生產工藝集中管理、分散控制的技術要求，該控制系統采用了PLC+上位機的組合方式，典型結構為管理層、控制層和現場設備層。主要由2臺上位機（工程師站與操作員站）、2個PLC主站、11個I/O站、5個現場觸摸屏操作站和通信網絡組成。系統總體結構見圖1。

管理層負責工藝過程的集中監視和集中控制，它由工程師站、操作員站和光纖環型工業以太網組成。工程師站與操作員站互相冗余備用，如果其中一臺發生故障，另一臺可接替全部監控任務，繼續保證正常運行。

現場設備層由現場儀表（熱工儀表、水質分析儀表等）和執行機構（泵、風機和閥門等）組成?，F場設備層通過屏蔽電纜連接ET200M分布式I/O從站，實現采集工藝參數并傳輸至PLC、執行管理層的操作命令等功能。

控制層負責監測現場設備層狀態和工藝參數，響應管理層的操作命令。控制層由2個S7-400H冗余控制器主站、8個ET200M分布式I/O從站、2臺基于S7-200的加氯成套控制設備、1臺基于S7-300的加藥（絮凝劑和助凝劑）成套控制設備和5個現場觸摸屏操作站構成。

控制層與管理層、主站與主站之間通過光纖環型工業以太網通訊，ET200M分布式I/O從站和現場觸摸屏通過Profibus-DP總線與主站通訊。

2 維修一般方法

2.1 通過硬件指示燈診斷

當系統運行故障時，首先應詳細咨詢故障細節情況，例如故障現象、故障發生前后的相關操作、故障影響等。溝通故障細節后，推測可能的故障位置，根據S7-400H模塊指示燈和繼電器指示燈的顯示情況，定位故障點并檢查故障原因，從用戶手冊中查閱狀態和故障指示燈所代表的詳細診斷信息。在硬件診斷不能完全排除故障時，還需配合STEP7軟件自動診斷。

2.2 通過STEP7自動診斷

硬件診斷方法簡單、直觀，需對硬件相當熟悉，才能快速查找原因。如果我們借助STEP7的快速視圖模塊信息、診斷視圖、CPU診斷緩沖區進行診斷，可以快速智能的診斷出故障。

（1）用硬件診斷的快速視圖診斷故障。

選中SIMATIC管理器中要檢查的PLC站點，執行菜單命令“PLC”→“診斷/設置”→“硬件診斷”，打開“硬件診斷-快速查看”對話框，這個對話框就是“快速視圖”，見圖2所示。在快速視圖上可以看到該站點的CPU、有故障的模塊和DP從站，選中某個故障模塊或DP從站，再點擊“模塊信息”按鈕，可以查看它的故障信息。

（2）用診斷視圖診斷故障。

與快速視圖相比，診斷視圖顯示整個主站的在線硬件組態視圖，包括機架的組態和模塊的診斷符號。診斷視圖可以讀取每個模塊的在線狀態，以及CPU模塊的運行模式、模塊類型、序列號和地址、有關組態的注釋，這種視圖可以看到那些沒有故障的模塊，它們沒有故障，因而在快速視圖中沒有顯示模塊信息。

圖3是一次多個儀表滿量程的故障診斷視圖。雙擊有故障的模塊，打開其“模塊信息”對話框，可以看到該模塊的標準診斷信息（見圖2）：故障模塊，外部出錯，無外部輔助電源。后檢查該AI模塊的供電線路，發現其中一路保險熔芯燒斷，更換上保險熔芯，AI模塊SF指示燈熄滅，所有儀表及閥門恢復正常運行，故障排除。

（3）用CPU模塊信息中的診斷緩沖區快速視圖診斷故障。

CPU模塊信息中的“診斷緩沖區”選項卡提供了系統最重要的故障和事件的診斷信息，它給出了發生的事件一覽表，所有的診斷事件和有關的診斷信息都按照它們發生的先后次序存儲在診斷緩沖區中[1]，CPU進入STOP模式時，診斷緩沖區的內容仍然保留，用戶可以從中找到與故障有關的詳細準確的診斷信息，包括有故障的DP從站所在的網絡編號和DP從站的編號、要求調用的處理故障的OB的編號、CPU停機的原因和有故障的模塊的起始地址等，甚至可以追溯到很久以前發生的各診斷事件情況。

例如淡水廠S7-400H PLC控制系統由于某種原因導致CPU進入了“STOP”模式，儀控檢修人員要確定CPU為何進入“STOP”模式，可在工程師站依次進行如下操作：從STEP7中選擇已進入STOP模式的CPU→選擇菜單命令PLC>診斷/設置>模塊信息→選擇“診斷緩沖區”選項卡→從診斷緩沖區（見圖4）顯示的診斷信息快速確定CPU進入“STOP”模式的原因。

3 結語

這些方法要求維修人員熟悉西門子S7-400H型PLC原理、STEP7，熟悉硬件結構，會操作STEP7進行故障診斷，能識讀診斷緩沖區的內容和含義。這些需要我們扎實理論，鉆研用戶手冊，才能快速診斷出復雜的PLC故障。維修人員掌握這些維修方法后，還需要在實踐中靈活運用，不斷總結維修經驗，從而提高維修技能和效率。在日常維護中還需加強巡檢，盡早發現設備的異常，做好預防性維修，如環境溫濕度的維持、CPU電池的定期更換等。

參考文獻

[1] 廖常初.S7-400H PLC應用技術[M].3版.北京：機械工業出版社，2011：289-309.

[2] 廖常初，祖正容.西門子工業通信網絡組態編程與故障診斷[M].北京：機械工業出版社，2009：152-171.endprint