Романов В.П. Учебно-методическое пособие. Сопровождение, диагностика и техническое обслуживание автоматизированных систем управления технологическими процессами на основе программируемых логических контроллеров S7 фирмы Siemens

Подождите немного. Документ загружается.

Сопровождение, диагностика и техническое

обслуживание автоматизированных систем

управления технологическими процессами на

основе программируемых логических

контроллеров S7 фирмы Siemens

Учебно-методическое пособие

Новокузнецк

2010

Романов В. П. Диагностика и техническое обслуживание АСУ ТП на основе ПЛК S7 фирмы Siemens

АВТОР:

Романов В. П., преподаватель высшей квалификационной категории НОУ «РЦПП «Евраз - Сибирь» .

РЕЦЕНЗЕНТ:

Зав. кафедрой «Автоматизация и информационные системы» ФГОУ ВПО «СибГИУ» доктор

технических наук, профессор Кулаков С. М.

Методическое пособие разработано в соответствии с рабочей программой курса

«Сопровождение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ

ТП) построенных на основе программируемых контроллеров Simatic S7».

В методическом пособии представлены перечень и методика использования встроенных

средств диагностики, тестирования и отладки программ управления технологическими

процессами построенных на основе программируемых контроллеров Simatic S7. Освоение

методов диагностики и ТО АСУ ТП построенных на основе программируемых контроллеров

Simatic S7 позволит эксплуатирующему персоналу, не привлекая специалистов сервисных служб,

существенно сократить время простоя оборудования в результате нарушений в его работе и тем

самым повысить эффективность использования оборудования в целом.

Табл. 9. Ил. 33. Библиогр.: 5 назв.

Романов В. П. Диагностика и техническое обслуживание АСУ ТП на основе ПЛК S7 фирмы Siemens

Оглавление

Введение ..................................................................................................................................................... 4

Диагностика системы (общие сведения) ................................................................................................. 5

Встроенные диагностические средства системы..................................................................................... 6

Диагностика с помощью светодиодов.................................................................................................. 6

Обзор инструментов отладки ................................................................................................................ 9

Обнаружение системных ошибок (системная диагностика) .............................................................. 9

Диагностический буфер ................................................................................................................... 10

Диагностика с использованием стеков I, В, L ................................................................................. 12

Отображение диагностики оборудования (Hardware Diagnostics) .............................................. 14

Наблюдение и модифицирование переменных ........................................................................... 16

Принудительная установка переменных (функция Force) ............................................................ 17

Изменение выходов в состоянии «Stop»........................................................................................ 18

Статус программы LAD/FBD ............................................................................................................. 19

Управление переменными в режиме статуса программы ........................................................... 21

Функция "Go To Location"................................................................................................................. 21

Точки останова.................................................................................................................................. 22

Поиск логических ошибок................................................................................................................ 23

Сравнение блоков............................................................................................................................. 25

Блоки ошибок.................................................................................................................................... 26

Программные средства обработки ошибок................................................................................... 26

Вывод сообщений (функция CPU Messages) .................................................................................. 29

Перекомпоновка программы .......................................................................................................... 29

Диагностика............................................................................................................................................... 32

Диагностика в состоянии STOP ........................................................................................................ 33

Проверка времен цикла сканирования во избежание временных ошибок ............................... 33

Техническое обслуживание ..................................................................................................................... 35

Сохранение операционной системы .................................................................................................. 35

Обновление операционной системы.................................................................................................. 35

Замена модулей.................................................................................................................................... 36

Замена буферной батареи или аккумулятора (только для CPU с МС)............................................. 38

Замена предохранителей цифровых выходов................................................................................... 38

Литература................................................................................................................................................. 39

Романов В. П. Диагностика и техническое обслуживание АСУ ТП на основе ПЛК S7 фирмы Siemens

Введение

Ускорение научно-технического прогресса и интенсификация производства

невозможны без применения средств автоматизации. Характерной особенностью

современного этапа автоматизации состоит в том, что она опирается на революцию в

вычислительной технике, на самое широкое использование микропроцессорных

контроллеров, а также на быстрое развитие робототехники, гибких производственных

систем, интегрированных систем проектирования и управления, SCADA-систем.

Применение современных средств и систем автоматизации позволяет решать

следующие задачи:

 вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных

производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения

технологических параметров, свойств исходных материалов, изменений в

окружающей среде, ошибки операторов;

 управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для

номенклатуры выпускаемой продукции путем оперативной перестройки режимов

технологического оборудования, перераспределения работ на однотипном

оборудовании и т. п.;

 автоматически управлять процессами в условиях вредных или опасных для человека.

Широкое применение систем автоматизации привело с одной стороны к

существенному сокращению количества работников занятых в производстве, а с другой

стоны повысила роль персонала занятого обслуживанием и сопровождением систем

автоматизации, так как в виду очень высокой производительности автоматизированных

систем даже не большой по времени простой системы приводит к существенным

экономическим потерям.

Решение данной проблемы предусматривает целый комплекс вопросов по

сопровождению, диагностированию и техническому обслуживанию систем автоматизации

технологических процессов.

В данном учебном пособии рассматриваются встроенные средств отладки и

диагностирования АСУ ТП построенных на основе программируемых контроллеров

Simatic S7 и представлена методика и алгоритм их применения.

Романов В. П. Диагностика и техническое обслуживание АСУ ТП на основе ПЛК S7 фирмы Siemens

Диагностика системы (общие сведения)

На этапе ввода системы в эксплуатацию особенно часто могут возникать ошибки,

локализация которых требует больших затрат времени, так как они равным образом

вероятны в аппаратном и программном обеспечении.

Функции контроля

Диагностика очень важна при работе системы (установки). Диагностика обычно

вызывается в случае, если неисправность или другая проблема приводит к остановке

машины или ее неправильному функционированию. Для снижения затрат от простоя

оборудования или его неправильного функционирования, ошибка должна быть быстро

обнаружена, оценена и устранена.

Неисправности при текущей эксплуатации объясняются почти исключительно

ошибками и повреждениями в аппаратуре.

Категории ошибок

Все ошибки, возникающие при функционировании микропроцессорной системы

управления, в общем виду могут быть разделены на следующие группы:

 Программные;

 Аппаратные;

 Программно – аппаратные.

Ошибки, которые распознаются CPU S7 и, на которые можете реагировать

пользователь с помощью организационных блоков (ОВ), можно разделить на следующие

две категории:

• Синхронные ошибки: ошибки, которые можно поставить в соответствие

определенному месту в программе пользователя (напр., ошибки при обращении к

периферийному модулю).

• Асинхронные ошибки: ошибки, которые нельзя поставить в соответствие

определенному месту в программе пользователя (напр., превышение времени цикла,

неисправности модулей).

В зависимости от того, могут ли ошибки быть определены в самом CPU или нет

возникающие ошибки делятся на две категории:

 Ошибки, которые отслеживаются операционной системой CPU и приводят к

вызову соответствующих организационных блоков или переводу CPU в режим

«Stop» (системная ошибка), например:

 Ошибка в модуле

 Короткое замыкание в сигнальном кабеле

 Превышение времени цикла

 Ошибка программирования (обращение к несуществующему

блоку)

 Ошибки функционирования, которые не переводят CPU в «STOP» , но при

этом установка функционирует с ошибками. Найти ошибки такого рода гораздо

сложнее, так как для выяснения причины их возникновения приходится

анализировать всю логическую часть программы.

Ошибки функционирования в свою очередь можно разделить на две большие

группы:

• Ошибка процесса (например, ошибка монтажа):

Ошибка, вызванная неверной информацией, поступившей от процесса из -за

неисправности датчиков или исполнительных устройств или дефектов

монтажа.

Романов В. П. Диагностика и техническое обслуживание АСУ ТП на основе ПЛК S7 фирмы Siemens

• Логическая ошибка программирования (например, ошибка двойного

формирования операнда):

Программная ошибка, которая не была обнаружена во время создания и

отладки пользовательской программы при наступлении каких-либо

непредусмотренных программой событий.

Упреждающее программирование и, прежде всего, знание и правильное

применение диагностического инструментария дают пользователю при возникновении

ошибок следующие преимущества:

• Существенно уменьшить влияние ошибок.

• Поможет легче локализовать ошибки (например, программируя ОВ ошибок).

• Позволит сократить потери рабочего времени.

Встроенные диагностические средства системы

Диагностика с помощью светодиодов

Диагностика с помощью светодиодов представляет собой первое вспомогательное

средство для локализации ошибок. Для дальнейшей локализации ошибок, как правило,

используются встроенные диагностические функции операционной системы ПЛК, пакета

программирования «SIMATIC Manager».

Светодиоды, установленные на аппаратуре SIMATIC S7, выполнены в следующих

трех цветах:

 Зеленые светодиоды сообщают о протекании нормальных режимов работы (напр.,

приложено напряжение питания).

 Желтые светодиоды указывают на особые режимы (напр., активна функция „ Force").

 Красные светодиоды указывают на неисправности (напр., ошибка в шине).

Мигание светодиода указывает на особое событие (напр., общее стирание памяти).

Возможные состояния светодиодов представлены в таблице 1.

Таблица 1 -Возможные состояния светодиодов ПЛК

Светодиод

Значение

5VDC

FRCE

RUN

STOP

Выкл

На CPU отсутствует питающее напряжение.

Устранение:

Убедитесь, что блок питания соединен с сетью и включен.

Убедитесь, что CPU соединен с блоком питания и включен.

Выкл

Вкл

Выкл

Вкл

CPU находится в состоянии STOP. Устранение: Запустите CPU.

Вкл

Выкл

Вкл

CPU находится в состоянии STOP в результате ошибки.

Устранение: см. следующие таблицы, анализ светодиода SF

Вкл

Выкл

Мигает

(0,5 Гц)

CPU требует общего стирания памяти.

Вкл

Выкл

Мигает

(2 Гц)

CPU выполняет общее стирание памяти.

Вкл

Мигает

(2 Гц)

Вкл

CPU находится в состоянии запуска.

Вкл

Мигает

(0,5 Гц)

Вкл

CPU остановлен в запрограммированной точке останова.

Подробности читайте в руководстве по программированию

Программирование с помощью STEP 7.

Вкл

Аппаратная или программная ошибка.

Устранение: см. следующие таблицы, анализ светодиода SF

Вкл

Вы активизировали функцию принудительного задания

значений(Force)

Романов В. П. Диагностика и техническое обслуживание АСУ ТП на основе ПЛК S7 фирмы Siemens

Примечание к таблице: состояние X - это состояние не имеет значения для

функции, выполняемой в данный момент CPU.

Возможные состояния светодиода SF представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Возможные состояния светодиода SF

Возможные ошибки

Реакция CPU

Возможности устранения

Активизировано и запускается

прерывание по времени. Но

подходящий ОВ не загружен

(Программная ошибка/Ошибка

параметризации)

Вызов ОВ 85. CPU не

переходит в STOP, если

ОВ 85 загружен.

Загрузить ОВ 10 или 11 (только CPU

318-2) (номер ОВ можно увидеть в

диагностическом буфере).

Был пропущен момент запуска

активизированного прерывания по

времени. напр., из-за перевода

вперед внутренних часов.

Вызов ОВ 80. При

незагруженном ОВ 80 CPU

переходит в состояние

STOP.

Перед установкой часов с помощью SFC

29 заблокировать прерывание по

времени.

Функцией SFC 32 запускается

прерывание с задержкой. Но

подходящий ОВ не загружен

(Программная ошибка/Ошибка

параметризации)

Вызов ОВ 85. CPU не

переходит в STOP, если

ОВ 85 загружен.

Загрузить ОВ 20 или 21 (только CPU

318-2) (номер ОВ можно увидеть в

диагностическом буфере).

Активизировано и запускается

аппаратное прерывание. Но

подходящий ОВ не загружен

(Программная ошибка/Ошибка

параметризации)

Вызов ОВ 85. CPU не

переходит в STOP, если

ОВ 85 загружен.

Загрузить ОВ 40 или 41 (только CPU

318-2) (номер ОВ можно увидеть в

диагностическом буфере).

Генерируется прерывание по

состоянию, но соответствующий ОВ 55

не загружен.

Вызов ОВ 85. CPU не

переходит в STOP, если

ОВ 85 загружен.

Загрузить ОВ 55

Генерируется прерывание по

обновлению, но соответствующий ОВ

56 не загружен.

Вызов ОВ 85. CPU не

переходит в STOP, если

ОВ 85 загружен.

Загрузить ОВ 56

Попытка обращения к

несуществующему или неисправному

модулю. (Программная или

аппаратная ошибка)

Вызов ОВ 85. CPU не

переходит в STOP, если

ОВ 85 загружен или, если

при загруженном ОВ 80

время цикла превышается

во второй раз без

последующего запуска.

Создать ОВ 85, в стартовой

информации этого ОВ находится адрес

соответствующего модуля. Заменить

этот модуль или устранить ошибку в

программе.

Было превышено время цикла.

Возможно, было одновременно

вызвано слишком много ОВ

прерываний.

Вызов ОВ 80. CPU не

переходит в STOP, если

ОВ 80 загружен или вызван

во второй раз.

Увеличить время цикла (STEP 7

- Конфигурирование аппаратуры),

изменить структуру программы.

Устранение: при необходимости

повторно запустить контроль времени

цикла с помощью SFC 43.

Ошибка программирования:

• блок не загружен

• неверен номер блока

• неверен номер таймера

или счетчика

• обращение для чтения

или записи к неправильной области

• и т.д.

Вызов ОВ 121. CPU не

переходит в STOP, если

ОВ 121 загружен.

Устранить ошибку программирования.

При поиске ошибки использовать

тестовые функции STEP 7.

Ошибка доступа к периферии

При обращении к данным

модуля произошла ошибка

ВызовОВ 122. CPU не

переходит в STOP, если

ОВ 122 загружен.

Проверьте адресацию модулей с

помощью утилиты HW Config или, не

вышел ли из строя модуль или DP Slave.

Ошибка при связи с помощью

глобальных данных, напр., DB для

связи с помощью глобальных данных

слишком мал.

Вызов ОВ 87. CPU не

переходит в STOP, если

ОВ87 загружен.

Проверьте связь с помощью глобальных

данных в STEP 7 и, если необходимо,

скорректируйте размер DB.

Источник питания имеет диагностику - светодиод "DC24V" на передней панели

модуля. Используя этот светодиод можно определить состояние источника питания.

Романов В. П. Диагностика и техническое обслуживание АСУ ТП на основе ПЛК S7 фирмы Siemens

Состояние светодиода блока питания представлено в таблице 3.

Таблица 3 Состояние светодиода блока питания

Светодиод

"DC24V

Состояние

Реакция блока питания

Включен

24 В О.К.

24 В ОК.

Мигает

Цепь выхода перегружена;

до 130% (динамически.)

до 130% (постоянно.)

Падение напряжения,

восстановление напряжения

когда перегрузки нет.

До 130% (постоянная

перегрузка» понижение

напряжения, сокращение срока

службы

Выкл.

Короткое замыкание в выходных цепях

Прекращение подачи

напряжения, автоматическое

восстановление при устранении

короткого

Выкл.

Перенапряжение или пониженное

напряжение на первичной стороне

(разрешаемый диапазон:

от 187В до 264 В переменного тока)

Перенапряжение может вызвать

разрушение. Недостаточное

напряжение -автоматическое

прерывание работы.

Романов В. П. Диагностика и техническое обслуживание АСУ ТП на основе ПЛК S7 фирмы Siemens

Обзор инструментов отладки

Система PLC S7 имеет развитую систему инструментов отладки программ и

поиска ошибок различных видов.

Встроенные диагностические функции позволяют получить представленную

открытым текстом информацию о возникшей ошибке. Например, определить номер

соответствующего ОВ ошибок. А если его создать заблаговременно, то можно

воспрепятствовать переходу CPU в состояние STOP. В зависимости от типа ошибки

предлагаются следующие методы диагностики и отладки:

Ошибка

Системная ошибка:

Ошибка функционирования:

Особенность: CPU переходит в STOP

(Например, обращение к незагруженному

DB или диагностическое прерывание от

модуля)

Особенность: CPU остается в RUN

(Ошибка процесса, например, обрыв

провода или логическая ошибка, например

двойное формирование)

Инструменты отладки:

 Module Information

 Диагностический буфер

 Стек прерываний

 Стек блоков

 Локальный стек

 Hardware Diagnostics

 Monitor / Modify variable (Управление

переменными)

 Monitor blocks (Состояние блока)

 Reference Data (Справочные данные):

 Cross references (перeкрестные

ссылки)

 Assignment of I/O/М/Т/С (план

использования) '

 Program Structure (Структура

программы)

Дополнительные возможности поиска ошибок:

• Функция Force

• Сравнение блоков

• Точки останова

Рассмотрим более подробно доступные методы диагностики

Обнаружение системных ошибок (системная диагностика)

Все функции наблюдения за функционированием компонентов контроллера

группируются вместе под общим названием "Системная диагностика".

Все S7-CPU имеют интеллектуальную систему диагностики. При этом, для получения

системных диагностических данных, не надо ничего программировать! Эти функции

встроены в операционную систему самого CPU и других, способных к диагностике

модулей и работают автоматически. CPU сохраняет ошибки и помещает их в

диагностический буфер, откуда они могут быть считаны и проанализированы

обслуживающим персоналом.

Операционная система, при обнаружении ошибки, выполняет определенные процедуры

вплоть до изменения рабочего режима (RUN > STOP):

Романов В. П. Диагностика и техническое обслуживание АСУ ТП на основе ПЛК S7 фирмы Siemens

• Сообщение, снабженное датой и временем, вводится в диагностический буфер.

Последнее сообщение хранится в начале буфера. Если буфер заполнен,

наиболее старые данные удаляются. Размер этого буфера зависит от типа CPU

(например, CPU 314 = 100 сообщений). Содержимое диагностического буфера

не удаляется даже при полном стирании памяти.

• Ввод событий в системный список состояний.

• Если необходимо, событие активизирует соответствующий ОВ

(организационный блок) обработки ошибки, что дает возможность

пользователю произвести программную оценку ошибки.

Рисунок 1 - Потоки диагностической информации в SIMATIC S7

В случаи необходимости, CPU может передать причину перехода в режим STOP всем

устройствам отображения, таким как операторская панель и программатор. Функция

"Report Cause of STOP" может быть активирована в свойствах CPU в "Diagnostics/Clock"

при конфигурировании аппаратных средств.

Диагностический буфер

Диагностический буфер организован по принципу FIFO (первым пришел - первым

вышел). Он находится в области памяти CPU с батарейной поддержкой и не может быть

удален при сбросе памяти. Он содержит записи о всех диагностических событиях в

порядке их возникновения.

Все события могут быть показаны на программаторе или ПК в виде простого

текста и в порядке их возникновения.

Информация, необходимая для диагностики, доступна из всех инструментальных

средств через команду: PLC > Module Information > закладка : "Diagnostic Buffer"

(рисунок 2)