西门子PCS7系统网络结构及日常故障排除

范国圣，马 煜，李兴斌，李 伟，李仁孝

(扬子江药业集团江苏龙凤堂中药有限公司，江苏 泰州 225300)

1 PCS7网络系统的组成

1.1 网络构成

1)现场总线层：PROFIBUS DP和PA，是联系控制站(AS)与现场站或设备的纽带。

提取2号车间现场总线层采用冗余Profibus-DP网络连接智能型分布式I/O模块ET200PA读取现场传感器、仪表输入数据，各种开关量信号以及模拟量信号，并将输出数据传给阀门、开关及变频器等。

提取2号车间B栋PCS7系统控制站(AS)是2台互为冗余的西门子CPU410-5H，其作为现场总线层Profibus-DP网络中的DP主站，地址分别是01和02，后面通过冗余的Profibus-DP总线，带了30对冗余的DP从站(西门子IM650-8扩展模块)，地址从04到33。DP地址拨码由二进制组成，通过拨到不同位置，可以设置从站的DP地址。例如把1，4拨到ON的位置，代表地址就是从站5号。

2)控制总线层：工业以太网是连接控制站(AS)与服务器、操作站、外围辅助PLC设备的桥梁。

扬子江龙凤堂提取2号车间PCS7控制总线层系统由PCS7-400系列冗余PLC和外围辅助设施MVR降膜蒸发浓缩系统、酒精精馏塔、真空泵站、真空干燥箱、卧螺、全自动清洗站、热风循环烘箱、出渣车、阀岛组成，在各套PLC之间通过工业以太网连接，通过S7协议进行数据通信，并连有操作员站、工程师站、数据服务器，安装有西门子WINCC监控软件。

1.2 网络通信协议的采用

采用标准的TCP/IP通信协议，TCP/IP是工业界普遍认可的网络标准协议，相对于OSI的7层协议来说，由于其层次少，具有对底层网络的透明性和不必涉及网络的具体物理实现的特点，被广泛应用。

1.3 工业以太网上的S7通信

通过工业以太网进行的PCS7通信，允许使用通信SFB/FB模块，系统里面不同的CPU可以相互读取及发送数据。每个作业可传送多达64 K字节的用户数据。提取2号车间包括A栋醇提车间和B栋水提车间，2个车间的PCS7系统相互独立。为了2个车间能进行数据通讯，AB栋通过光纤连接内部以太网交换机，并相互配置网关，即可完成数据间的传输与接收。

2 扬子江龙凤堂提取2号车间PCS7系统故障排除案例分析

2.1 Profibus-DP总线接线问题

2.1.1 问题描述

扬子江龙凤堂提取2号车间在Profibus-DP现场总线调试时，DP主站直接出现DP报警。

2.1.2 问题分析

首先检查Profibus-DP现场总线接线方式是否正确，DP接线头拨码是否正确。正确的Profibus-DP现场总线接线方式以及DP头拨码如图1所示。

图1 Profibus-DP现场总线接线方式以及DP头拨码图

检查Profibus-DP现场总线的首端末端2个DP头，DP线是否在进去的A1B1孔里，发现接线正常。接着检查首位2个DP接头的拨码开关是否都拨到ON位置，中间的其他DP头是否都打在OFF上面(高频信号传输时，信号波长相对传输线较短，信号在传输线终端会形成反射波干扰原信号，所以要在传输线末端加终端电阻，使信号到达传输线末端后不反射。对于低频信号则不用。在长线信号传输时，一般为了避免信号的反射和回波也需要在接收端接入终端匹配电阻，DP拨码开关打在ON时终端电阻才会起作用)。现场检查发现所有DP接线头拨码开关都处于正确位置。接下来基本可以确定是DP总线连接处存在某处断路。

2.1.3 解决方法

当DP通信总线接好后，用万用表测量看DP哪处断路了。因为DP总线已经连接了一串的接口，需要从首端开始逐个检查，检查方法如下。

DP总线的首端是单独接线的接口，也就是DP通信的主站(AS-410)，是ON状态，然后把邻近的第一个DP从站接口的开关置为ON，那么这个接口以后的部分就断了，第一个DP通信从站相当于并联了一个220 Ω的电阻到DP通信主站的回路中。现在测DP总线首端接口(AS-410)，就是单线接的那个接口，之后的测量也一直都是测这个接口，测它的收发2个针(A1B1)，查看测量电阻值大小。假如电阻是110 Ω(被并联了)，那么这段线路就是通的，然后把中间刚才第一个DP通信从站的DP接头拨码开关从ON状态改变为OFF状态，然后将第二个DP通信从站接口改为ON状态……，逐一测量下去，如果哪个电阻不是110 Ω，就是那一段的线路出问题了。通过测量最终发现，在DP通信17号从站处DP通信总线开路，现场接头虚接，从而引发系统DP通信故障。重新接好线，并恢复DP通信接头拨码开关的位置(首尾拨码为ON，中间所有的为OFF)，DP通信主站正常工作，DP通信故障消除。

2.2 Profibus-DP通信干扰的解决

2.2.1 问题描述

扬子江龙凤堂提取2号车间Profibus-DP现场总线调试，运行阶段会出现通信意外中断，某些DP站点随机通信故障的现象。

2.2.2 问题分析

主要原因是通信电缆太长导致信号衰弱，由于PROFIBUS协议的通信长度受波特率的限制，现场使用PROFIBUS通信的过程中，经常出现要保证一定的传输率，但是总线却超出规定长度的问题。DP通信波特率对应线长米数如表1所示。

表1 DP通信波特率对应线长

2.2.3 解决方法

在这种情况下需要使用RS485中继器，使得信号放大和延长总线长度。

2.3 工业以太网通信站与站之间的数据中断

2.3.1 问题描述

扬子江龙凤堂提取2号车间MVR降膜蒸发浓缩系统的西门子300PLC与西门子PCS7410H之间相互数据通信，MVR触摸屏上位机通过TCP/IP通信控制西门子PCS7410H控制的电机启停及频率的调节。正常情况下，MVR触摸屏上可以控制，PCS7系统上位机也可以控制，出现故障时，MVR降膜蒸发浓缩系统触摸屏无法启动停止电机以及频率调节。

2.3.2 问题分析

先检查车间配电柜是否异常，变频器有无报警，二次回路有无故障，经排查现场手动控制可以正常操作。排除车间配电柜问题，在PCS7上位机上发现可以正常操作和控制电机的启停与频率的调节，最终把问题归类到工业以太网通信上，经排查发现现场MVR降膜蒸发浓缩系统西门子300PLC与PCS7410HPLC之间硬线工业以太网连接通信的交换机电源线脱落，导致现场MVR降膜蒸发浓缩系统西门子300PLC与PCS7410HPLC通信中断。

2.3.3 解决方法

恢复MVR降膜蒸发浓缩系统西门子300PLC与PCS7410HPLC之间硬线工业以太网连接通信的交换机电源，恢复PLC之间的通信。

3 结语

PCS7在使用过程中会经常遇到通信方面的问题，解决问题的方法有很多，关键在于要善于发现问题、分析问题，及时找到问题的根源，然后处理问题。毕竟通信就相当于PCS7的大脑中枢神经，出现问题，可能造成很严重的后果，给生产带来很大影响、偏差。