西門子PCS7系統網絡結構及日常故障排除

范國圣，馬 煜，李興斌，李 偉，李仁孝

(揚子江藥業集團江蘇龍鳳堂中藥有限公司，江蘇 泰州 225300)

1 PCS7網絡系統的組成

1.1 網絡構成

1)現場總線層：PROFIBUS DP和PA，是聯系控制站(AS)與現場站或設備的紐帶。

提取2號車間現場總線層采用冗余Profibus-DP網絡連接智能型分布式I/O模塊ET200PA讀取現場傳感器、儀表輸入數據，各種開關量信號以及模擬量信號，并將輸出數據傳給閥門、開關及變頻器等。

提取2號車間B棟PCS7系統控制站(AS)是2臺互為冗余的西門子CPU410-5H，其作為現場總線層Profibus-DP網絡中的DP主站，地址分別是01和02，后面通過冗余的Profibus-DP總線，帶了30對冗余的DP從站(西門子IM650-8擴展模塊)，地址從04到33。DP地址撥碼由二進制組成，通過撥到不同位置，可以設置從站的DP地址。例如把1，4撥到ON的位置，代表地址就是從站5號。

2)控制總線層：工業以太網是連接控制站(AS)與服務器、操作站、外圍輔助PLC設備的橋梁。

揚子江龍鳳堂提取2號車間PCS7控制總線層系統由PCS7-400系列冗余PLC和外圍輔助設施MVR降膜蒸發濃縮系統、酒精精餾塔、真空泵站、真空干燥箱、臥螺、全自動清洗站、熱風循環烘箱、出渣車、閥島組成，在各套PLC之間通過工業以太網連接，通過S7協議進行數據通信，并連有操作員站、工程師站、數據服務器，安裝有西門子WINCC監控軟件。

1.2 網絡通信協議的采用

采用標準的TCP/IP通信協議，TCP/IP是工業界普遍認可的網絡標準協議，相對于OSI的7層協議來說，由于其層次少，具有對底層網絡的透明性和不必涉及網絡的具體物理實現的特點，被廣泛應用。

1.3 工業以太網上的S7通信

通過工業以太網進行的PCS7通信，允許使用通信SFB/FB模塊，系統里面不同的CPU可以相互讀取及發送數據。每個作業可傳送多達64 K字節的用戶數據。提取2號車間包括A棟醇提車間和B棟水提車間，2個車間的PCS7系統相互獨立。為了2個車間能進行數據通訊，AB棟通過光纖連接內部以太網交換機，并相互配置網關，即可完成數據間的傳輸與接收。

2 揚子江龍鳳堂提取2號車間PCS7系統故障排除案例分析

2.1 Profibus-DP總線接線問題

2.1.1 問題描述

揚子江龍鳳堂提取2號車間在Profibus-DP現場總線調試時，DP主站直接出現DP報警。

2.1.2 問題分析

首先檢查Profibus-DP現場總線接線方式是否正確，DP接線頭撥碼是否正確。正確的Profibus-DP現場總線接線方式以及DP頭撥碼如圖1所示。

圖1 Profibus-DP現場總線接線方式以及DP頭撥碼圖

檢查Profibus-DP現場總線的首端末端2個DP頭，DP線是否在進去的A1B1孔里，發現接線正常。接著檢查首位2個DP接頭的撥碼開關是否都撥到ON位置，中間的其他DP頭是否都打在OFF上面(高頻信號傳輸時，信號波長相對傳輸線較短，信號在傳輸線終端會形成反射波干擾原信號，所以要在傳輸線末端加終端電阻，使信號到達傳輸線末端后不反射。對于低頻信號則不用。在長線信號傳輸時，一般為了避免信號的反射和回波也需要在接收端接入終端匹配電阻，DP撥碼開關打在ON時終端電阻才會起作用)。現場檢查發現所有DP接線頭撥碼開關都處于正確位置。接下來基本可以確定是DP總線連接處存在某處斷路。

2.1.3 解決方法

當DP通信總線接好后，用萬用表測量看DP哪處斷路了。因為DP總線已經連接了一串的接口，需要從首端開始逐個檢查，檢查方法如下。

DP總線的首端是單獨接線的接口，也就是DP通信的主站(AS-410)，是ON狀態，然后把鄰近的第一個DP從站接口的開關置為ON，那么這個接口以后的部分就斷了，第一個DP通信從站相當于并聯了一個220 Ω的電阻到DP通信主站的回路中。現在測DP總線首端接口(AS-410)，就是單線接的那個接口，之后的測量也一直都是測這個接口，測它的收發2個針(A1B1)，查看測量電阻值大小。假如電阻是110 Ω(被并聯了)，那么這段線路就是通的，然后把中間剛才第一個DP通信從站的DP接頭撥碼開關從ON狀態改變為OFF狀態，然后將第二個DP通信從站接口改為ON狀態……，逐一測量下去，如果哪個電阻不是110 Ω，就是那一段的線路出問題了。通過測量最終發現，在DP通信17號從站處DP通信總線開路，現場接頭虛接，從而引發系統DP通信故障。重新接好線，并恢復DP通信接頭撥碼開關的位置(首尾撥碼為ON，中間所有的為OFF)，DP通信主站正常工作，DP通信故障消除。

2.2 Profibus-DP通信干擾的解決

2.2.1 問題描述

揚子江龍鳳堂提取2號車間Profibus-DP現場總線調試，運行階段會出現通信意外中斷，某些DP站點隨機通信故障的現象。

2.2.2 問題分析

主要原因是通信電纜太長導致信號衰弱，由于PROFIBUS協議的通信長度受波特率的限制，現場使用PROFIBUS通信的過程中，經常出現要保證一定的傳輸率，但是總線卻超出規定長度的問題。DP通信波特率對應線長米數如表1所示。

表1 DP通信波特率對應線長

2.2.3 解決方法

在這種情況下需要使用RS485中繼器，使得信號放大和延長總線長度。

2.3 工業以太網通信站與站之間的數據中斷

2.3.1 問題描述

揚子江龍鳳堂提取2號車間MVR降膜蒸發濃縮系統的西門子300PLC與西門子PCS7410H之間相互數據通信，MVR觸摸屏上位機通過TCP/IP通信控制西門子PCS7410H控制的電機啟停及頻率的調節。正常情況下，MVR觸摸屏上可以控制，PCS7系統上位機也可以控制，出現故障時，MVR降膜蒸發濃縮系統觸摸屏無法啟動停止電機以及頻率調節。

2.3.2 問題分析

先檢查車間配電柜是否異常，變頻器有無報警，二次回路有無故障，經排查現場手動控制可以正常操作。排除車間配電柜問題，在PCS7上位機上發現可以正常操作和控制電機的啟停與頻率的調節，最終把問題歸類到工業以太網通信上，經排查發現現場MVR降膜蒸發濃縮系統西門子300PLC與PCS7410HPLC之間硬線工業以太網連接通信的交換機電源線脫落，導致現場MVR降膜蒸發濃縮系統西門子300PLC與PCS7410HPLC通信中斷。

2.3.3 解決方法

恢復MVR降膜蒸發濃縮系統西門子300PLC與PCS7410HPLC之間硬線工業以太網連接通信的交換機電源，恢復PLC之間的通信。

3 結語

PCS7在使用過程中會經常遇到通信方面的問題，解決問題的方法有很多，關鍵在于要善于發現問題、分析問題，及時找到問題的根源，然后處理問題。畢竟通信就相當于PCS7的大腦中樞神經，出現問題，可能造成很嚴重的后果，給生產帶來很大影響、偏差。