第七章 故障诊断,PLC是运行在工业环境中的控制器，一般而言可靠性比较高，出现故障的概率较低，但是，出现故障也是难以避免的。一般引发故障的原因有很多，故障的后果也有很多种。 引发故障的原因虽然我们不能完全控制，但是我们可以通过日常的检查和定期的维护来消除多种隐患，把故障率降到最低。故障的后果轻的可能造成设备的停机，影响生产的数量；重的可能造成财产损失和人员伤亡，如果是一些特殊的控制对象，一旦出现故障可能会引发更严重的后果。 故障发生后，对于维护人员来说最重要的是找到故障的原因，迅速排除故障，尽快恢复系统的运行。对于系统设计人员在设计时要考虑到系统出现故障后的系统的自我保护措施力争使故障的停机时间最短，故障的产生的损失最小。,7.1 了解S7-300 PLC的基本故障种类,一般PLC的故障主要有外部故障或是内部错误造成。外部故障时由外部传感器或执行机构的故障等引发PLC产生故障，可能会使整个系统停机，甚至烧坏PLC。 而内部错误是PLC内部的功能性错误或编成错误造成的，可以使系统停机。S7-300具有很强的错误（或称故障）检测和处理能力，CPU检测到某种错误后，操作系统调用对应得组织块，用户可以在组织块中编程，对发生的错误采取相应的措施。对于大多数错误，如果没有给组织块编程，出现错误时CPU将进入STOP模式。 被S7 CPU检测到并且用户可以通过组织块对其进行处理的错误分为两类： 1、异步错误 异步错误是与PLC的硬件或操作系统密切相关的错误，与程序执行无关，但异步错误的后果一般比较严重。 2、同步错误 同步错误是与执行用户程序有关的错误，程序中如果有不正确的地址区，错误的编号或错误的地址，都会出现同步错误，操作系统将调用同步错误OB 。,7.2 掌握PLC的常规维护及故障排除的方法,为了保障系统的正常运行，定期对PLC系统进行维护和检查是必不可少的，而且还必须熟悉一些故障诊断和排除方法。 7.2.1 检查与维护 7.2.2 外部故障的排除方法 7.2.3 内部错误的故障诊断,7.2.1 检查与维护,一、定期检查 PLC是一种工业控制设备，尽管在可靠性方面采取了许多措施，但工作环境对PLC影响还是很大的。所以，通常每隔半年时间应对PLC作定期检查。如果PLC的工作条件不符合表7-1规定的标准，就要做一些应急处理，以便使PLC工作在规定的标准环境。,表7-1 周期性检查一览表,二、日常维护,PLC除了锂电池和继电器输出触点外，基本上没有其它易损元器件。由于存放用户程序的随机内存（RAM），计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护，锂电池的寿命大约5年，当锂电池的电压逐渐降低达一定程度时，PLC基本单元上的电池电压跌落指示灯会亮。提示用户注意，有锂电池所支持的程序还可以保持一周左右，必须更换电池，这是日常维护的主要内容。,调换锂电池的步骤：,1、在拆装之前，应先让PLC通电15S以上，这样可使作为内存备用电源的电容器充电，在锂电池断开后，该电容可对PLC作短暂供电，以保护RAM中的信息不丢失。 2、断开PLC的交流电源。 3、打开基本单元的电池盖板。 4、取下旧电池，装上新电池。 5、盖上电池盖板。 更换电池的时间要尽量短，一般不允许超过3min。如果时间过长，RAM中的程序将丢失。,7.2.2 外部故障的排除方法,PLC有很强的自诊断能力，当PLC自身故障或外围设备发生故障，都可用PLC上具有诊断指示功能的发光二极管的亮灭来诊断。,一、故障查找,1、总体检查 根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障，如图7-1所示。,2、电源故障检查,电源等不亮部需要对供电系统进行检查，检查流程图如图7-2所示。,3、运行故障检查,电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行，检查流程图如图7-3所示。,4、输入输出故障检查,输入输出是PLC与外部设备进行信息交流的信道，其是否正常工作，除了和输入输出单元有关外，还与联接配线、接线端子、保险管等组件状态有关。图7-4和图7-5分别所示的是输入检查流程和输出检查流程。 图7-4 输入检查流程图,图7-5 输出检查流程图,5、外围环境的检查,影响PLC工作的环境因素主要有温度、湿度、噪音与粉尘，以及腐蚀性酸碱等。,二、故障的处理,不同故障产生的原因不同，它们也有不同的处理方法，具体请见下表所列。 表7-2 CPU装置、I/O扩展装置故障处理,表7-3 输入单元故障处理,表7-4输出单元故障处理,7.2.3 内部错误的故障诊断,S7-300具有非常强大的故障诊断功能，通过STEP 7编程软件可以获得大量的硬件故障与编程错误的信息，使用户能迅速地查找到故障。 这里的诊断是指S7-300内部集成的错误识别和记录功能,错误信息在CPU的诊断缓冲区内。有错误或事件发生时，标有日期和时间的信息被保存到诊断缓冲区，时间保存到系统的状态表中，如果用户已对有关的错误处理组织块编程，CPU将调用该组织块。,一、故障诊断的基本方法,在SIMATIC管理器中用菜单命令“View”“Online”打开再现窗口。打开所有的站，查看是否有CPU显示了指示错误或故障的诊断符号。 诊断符号用来形象直观地表示模块的运行模式和模块的故障状态，如图7-6所示。如果模块有诊断信息，在模块符号上将会增加一个诊断符号，或者模块符号的对比度降低。,图7-6 诊断符号,诊断符号“当前组态与实际组态不匹配”表示被组态的模块不存在，或者插入了与组态的模块的型号不同的模块。 诊断符号“无法诊断”表示无线上连接，或该模块不支持模块诊断信息，例如电源模块或子模块。 “强制”符号表示在该模块上有变量被强制，即在模块的用户程序中有变量被赋予一个固定植，该数据值不能被程序改变。“强制”符号可以与其它符号组合在一起显示，如图7-6中“强制与运行”符号。 从在线的SIMATIC管理器的窗口、在线的硬件诊断功能打开的快速窗口和在线的硬件组态窗口（诊断窗口），都可以观察到诊断符号。 通过观察诊断符号，可以判断CPU模块的运行模式，是否有强制变量，CPU模块和功能模块（FM）受否有故障。 打开在线窗口，在SIMATIC管理器中执行菜单命令“PLC”“Diagnostic/Setting”“Hardware Diagnostics”，将打开硬件诊断快速浏览窗口。在该窗口中显示PLC的状态，看到诊断功能的模块的硬件故障，双击故障模块可以获得详细的故障信息。,二、利用CPU诊断缓冲区进行详细故障诊断,建立与PLC的在线连接后，在SIMATIC管理器中选择要检查的站，执行菜单命令“PLC”“Diagnostics/Setting”“Module Information”，如图7-7所示，将打开模块信息窗口，显示该站中CPU的信息。在快速窗口中使用“Module Information”。,图7-7 打开CPU诊断缓冲区,在模块信息窗口中的诊断缓冲区（Diagnostic Buffer）选项中，给出了CPU中发生的事件一览表，选中“Events”窗口中某一行的某一事件，下面灰色的“Details on”窗口将显示所选事件的详细信息，见图7-8所示。使用诊断缓冲区可以对系统得错误进行分析，查找停机的原因，并对出现的诊断时间分类。,图7-8 CPU模块的在线模块信息窗,诊断事件包括模块故障、过程写错误、CPU中的系统错误、CPU运行模式的切换、用户程序的错误和用户用系统功能SFC52定义的诊断事件。 在模块信息窗口中，编号为1，位于最上面的事件是最近发生的事件。如果显示因编程错误造成CPU进入STOP模式，选择该事件，并点击“Open Block”按钮，将在程序编辑器中打开于错误有关的块，显示出错的程序段。 诊断中断和DP从站诊断信息用于查找模块和DP从站中的故障原因。 “Memory”（内存）选项给出了所选的CPU或M7功能模块的工作内存和装载内存当前的使用情况，可以检查CPU或功能模块的装载内存中是否有足够的空间用来存储新的块，如图7-9所示。,图7-9 “Memory” 选项,“Scan Cycle Time”（扫描循环时间）选项卡用于显示所选CPU或M7功能模块的最小循环时间、最大循环时间和当前循环时间，如图7-10所示。 如果最长循环时间接近组态的最大扫描循环时间，由于循环时间的波动可能产生时间错误，此时应增大设置的用户程序最大循环时间（监控时间）。 如果循环时间小于设置的最小循环时间，CPU自动延长循环至设置的最小循环时间。在这个延长时间内可以处理背景组织块（OB90）。组态硬件时可以设置最大和最小循环时间。,图7-10 “Scan Cycle Time” 选项,“Time System”（时间系统）选项卡显示当前日期、时间、运行的小时数以及时钟同步的信息，见图7-11所示。,图7-11 “Time System” 选项,“Performance Data”（性能数据）选项卡给出了所选模块（CPU/FM）可以使用的地址区和可以使用的OB、SFB、和SFC，见图7-12所示。,图7-12 “Performance Data” 选项,“Communication”（通信）选项卡给出了所选模块的传输速率、可以建立的连接个数和通信处理占扫描周期的百分比，如图7-13所示。,图7-13“Communication” 选项,“Stacks”（堆栈）选项卡只能在STOP模式或HOLD（保持）模式下调用，显示所选模块的B（块）堆栈。还可以显示I（中断）堆栈、L（局域）堆栈以及嵌套深度堆栈。可以跳转到使块中断的故障点，判明引起停机的原因。 在模块信息窗口各选项卡的上面显示了附加的信息，例如所选模块的在线路径、CPU的操作模式和状态（例如出错或OK）、所选模块的操作模式，如果它有自己的操作模式的话（例如CP342-5）。 从 （“Accessible Nodes”窗口）打开的非CPU模块的模块信息中，不能显示CPU本身的操作模式和所选模块的状态。,三、错误处理组织块,组织块是操作系统与用户程序之间的接口。S7提供了各种不同的组织块（OB），用组织块可以创建在特定时间执行的程序和响应特定事件的程序。 当系统程序可以检测下列错误：不正确的CPU功能、系统程序执行中的错误、用户程序中的错误和I/O中的错误。根据错误类型的不同，CPU设置为进入STOP模式或调用一个错误处理OB。 当CPU检测到错误时，会调用适当的组织块，见表7-5。如果没有相应的错误处理OB，CPU将进入STOP模式。用户可以在错误处理OB中编写如何处理这种错误的程序，以减小或消除错误的影响。,表7-5 错误处理组织块,为避免发生某种错误时CPU进入停机，可以在CPU中建立一个对应的空的组织块。用户可以利用OB中的变量声明表提供的信息来判别错误的类型。 根据S7 CPU检测到并且用户可以通过组织块对其进行处理的错误分为异步错误和同步错误。,1、异步错误组织块,异步错误是与PLC的硬件或操作系统密切相关的错误，与程序执行无关。异步错误的后果一般都比较严重。异步错误对应的组织块为OB70OB73和OB80OB87，有最高的优先级。操作系统检测到一个异步错误时，将启动相应的OB。,（1）时间错误处理组织块（OB80）,OB执行时出现故障S7-300 CPU的操作系统调用OB80。这样的故障包括循环时间超出、执行OB时应答故障、向前移动时间以致于跃过了OB的启动的时间、CLR后恢复RUN方式。 如果当循环中断OB仍在执行前一次调用时，该OB块的启动事件发生，操作系统调用OB80。如果OB80未编程，CPU变为STOP方式，可以使用SFC39至42封锁或延时和在使用时间故障OB。 如果在同一个稍描周期中由于扫描时间超出OB80被调用两次，CPU就变为STOP方式，可以通过在程序中适当的位置调用SFC43“RE_TRIGR”来避免这种情况。,打开OB80可以从OB80的临时变量中得到故障信息，见图7-14所示。,图7-14 OB80的临时变量,表7-6