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使用OB8x診斷SIMATIC PLC(PN)

SIMATIC S7-300和S7-400使用廣泛，應(yīng)用在各行各業(yè)的工業(yè)環(huán)境中。在調(diào)試和使用PLC和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)過程中，發(fā)生一些PLC或者網(wǎng)絡(luò)故障是不可避免的。故障出現(xiàn)后，用戶可能無法從上位機(jī)獲取相關(guān)診斷信息，只有通過連接PG到PLC上，使用Step7在線的方式或者查看CPU的診斷信息來分析和判斷故障原因，根據(jù)所提示的內(nèi)容來解決現(xiàn)場問題。
但是通過上述方法，由于獲取故障信息緩慢，從而不能快速有效的解決現(xiàn)場問題。西門子對于PLC和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)提供多種多樣的診斷方式，包括使用故障組織塊例如OB82,OB86，診斷功能塊，例如SFC51,SFC13,SFB52等，使用RSE/WinCC/WinCC flexible方式，使用Web服務(wù)（集成在新的PN CPU中），使用已有的診斷方式，例如FB126，或者使用Maintenance station(維護(hù)站)等方式。其中使用 OB8x ( 359 KB ) 是較簡單最基本的獲取基本故障信息的方法，同時(shí)也可以配合診斷功能塊進(jìn)行詳細(xì)故障的診斷。
SIMATIC PLC判斷發(fā)生故障，會(huì)立即調(diào)用相應(yīng)的故障組織塊OB，如果PLC中沒有加入相應(yīng)的組織塊PLC可能會(huì)停機(jī)，停機(jī)的目的就是保證生產(chǎn)過程處于安全狀態(tài)。如果使用OB8x而沒有編寫任何診斷程序在用戶程序中，PLC雖然不會(huì)因?yàn)榘l(fā)生故障而停機(jī)，但是這種方式并不可取。不能讓產(chǎn)生故障的PLC仍無條件的運(yùn)行，因?yàn)檫@種方式可能導(dǎo)致生產(chǎn)處于某種危險(xiǎn)的狀態(tài)。例如，當(dāng)DO模塊發(fā)生斷線故障，相關(guān)的控制設(shè)備因此停止，但是DO可能并沒有獲取故障信息而停止輸出，如果維護(hù)人員檢查故障并做好接線后，DO會(huì)立刻輸出控制信號(hào)導(dǎo)致相應(yīng)的控制設(shè)備動(dòng)作，這可能會(huì)造成現(xiàn)場人員或者設(shè)備的傷害。好的方式之一就是通過OB8x獲取故障信息，然后通過編程連鎖該輸出信號(hào)，使其輸出為“0”，當(dāng)維修完畢后，通過用戶確認(rèn)后（例如上位機(jī)界面中的操作按鈕），然后再輸出信號(hào)“1”。所以使用OB8x就是快速的獲取故障信息，然后根據(jù)此類故障進(jìn)行條件式的監(jiān)視和處理，這樣才是有效使用PLC的方法。
本文介紹如何使用OB82,OB83,以及OB86來判斷現(xiàn)場故障，并作出相應(yīng)的處理。OB82為診斷中斷組織塊，相關(guān)的診斷報(bào)警例如“DO模板的DO信號(hào)斷線”會(huì)使PLC調(diào)用OB82；OB83為插拔中斷組織塊，當(dāng)插拔機(jī)架上的模塊時(shí)PLC會(huì)調(diào)用OB83；OB86為機(jī)架故障組織塊，當(dāng)擴(kuò)展機(jī)架丟失，分布式IO掉站時(shí)，PLC會(huì)調(diào)用OB86。各個(gè)組織塊的詳細(xì)信息可以參看下面介紹。
上述組織塊都具有20個(gè)字節(jié)的臨時(shí)變量，對于用戶在編程時(shí)不能占用和修改這些臨時(shí)變量。這些臨時(shí)變量會(huì)由PLC在調(diào)用相應(yīng)的故障組織塊時(shí)自動(dòng)生成，所以這些臨時(shí)變量為只讀屬性，用戶只需要讀取這些臨時(shí)變量的數(shù)值或者狀態(tài)來判斷哪里出現(xiàn)什么樣的故障。每一個(gè)故障組織塊的臨時(shí)變量隨診斷功能的不同而不同，另外還可以根據(jù)相應(yīng)故障組織塊的臨時(shí)變量OB8x_Date_Time得到故障出現(xiàn)的時(shí)間日期。該時(shí)間雖然是調(diào)用相關(guān)OB8x的時(shí)間，但是也可以參考故障出現(xiàn)的大致時(shí)間。

1， OB82診斷
OB82是診斷中斷組織塊。
PLC的模板狀態(tài)從嚴(yán)重程度上可以分為兩類，一類表示“完好”，一類表示“故障”。然而對于PROFINET模板其狀態(tài)具有另外一種中間狀態(tài)，該狀態(tài)處于“完好”和“故障”之間，是一種臨界狀態(tài)，稱為“維護(hù)”，利用該狀態(tài)用戶可以盡早的發(fā)現(xiàn)故障，盡快維護(hù)現(xiàn)場設(shè)備，可以有效的防止由于故障導(dǎo)致生產(chǎn)的停頓。
使用該組織塊診斷“故障”。首先要求PLC的模板具有診斷能力，然后通過組態(tài)使能相關(guān)診斷(Diagnostics:)去檢測一個(gè)故障事件，例如“斷線”(wire break)，“短路”(short circuit to M)等，參考圖1 ET200S DO模塊的參數(shù)設(shè)置。相關(guān)的診斷“故障”的方法參考上述連接文檔。
使用該組織塊診斷“維護(hù)”。對于PROFINET的接口模板，例如ET200S IM151-3 PN HF接口模塊支持檢測網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤，包括同步丟失，端口連接狀態(tài)，光纖信號(hào)質(zhì)量等。這些事件就是維護(hù)中斷事件，同樣也需要通過組態(tài)使能檢測網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤參考圖2，當(dāng)這些事件出現(xiàn)后，接口模板的MAINT/FO燈亮。如果需要CPU獲取這些維護(hù)信息，需要在CPU的PN-IO屬性中設(shè)置使能OB82，參考圖3 使能OB82/I/O fault task。

圖1 ET200S DO模塊的參數(shù)設(shè)置

圖2 使能檢測ET200S接口模塊的網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤

圖3 使能OB82/I/O fault task

當(dāng)它檢測到維護(hù)事件時(shí)，它輸出一個(gè)診斷中斷請求給CPU（到來和離去事件）。于是操作系統(tǒng)調(diào)用OB82。如果沒有下載OB82到PLC中，那么PLC會(huì)停機(jī)。
OB82 的局部變量中除了包含故障模塊的邏輯地址OB82_MDL_ADDR，還包含故障模板四個(gè)BYTE 的診斷數(shù)據(jù)LB8，OB82_MDL_TYPE，LB10，LB11。具體信息可以查看Step7在線幫助OB82。
下面舉一個(gè)維護(hù)的例子，組態(tài)參考圖4 PLC硬件組態(tài)。例如ET200S FO接收光纖信號(hào)質(zhì)量由于某種原因衰減，導(dǎo)致接收功率低于門檻值，從而產(chǎn)生MAINT信息。同時(shí)觸發(fā)診斷中斷OB82，PLC調(diào)用OB82來接收該中斷信息，通過在OB82中編程，獲取診斷信息。利用這些診斷信息可以顯示在上位機(jī)上，以便用戶快速的維護(hù)防止生產(chǎn)中斷。

圖4 PLC硬件組態(tài)

參考圖2設(shè)置，當(dāng)出現(xiàn)信號(hào)質(zhì)量衰減時(shí)，通過Step7在線會(huì)出現(xiàn)“扳手”圖標(biāo)，指示需要維護(hù)，參考圖5。

圖5 綠色扳手指示端口狀態(tài)

參考圖3設(shè)置CPU的PNIO屬性，然后在程序中加入OB82，進(jìn)行編程。編程之前需要了解OB82臨時(shí)變量的意義。
對于PROFINET，OB82臨時(shí)變量的一些預(yù)留位，被賦予了一些新的含義。例如臨時(shí)變量OB82_MDL_TYPE的Bit7表示Maintenance required，與維護(hù)狀態(tài)綠色 相對應(yīng)。臨時(shí)變量OB82_RESERVED_2表述Maintenance demanded，與維護(hù)狀態(tài)黃色 相對應(yīng)。
例子程序如下：
A(
L #OB82_EV_CLASS
L B#16#39 //incoming event
==I
)
A(
L #OB82_MDL_ADDR
L W#16#1FF9 //diagnostics address for Port2 of IM151-3(Dec:8185)
==I
)
A(
O L 9.7 //Maintenance required
O #OB82_RESERVED_2 //Maintenance demand
)
S M 100.0 //to show maintenance information
A M 100.0
JCN next
CALL "DT_DATE"
IN :=#OB82_DATE_TIME
RET_VAL:=MW120 //Date
CALL "DT_TOD"
IN :=#OB82_DATE_TIME
RET_VAL:=MD124 //time
next: NOP 0
通過上述簡單的程序?qū)嵗?，表明?dāng)在IM151-3接口模板的端口2出現(xiàn)光纖信號(hào)衰減而導(dǎo)致接收功率低于門檻值時(shí)，置位M100.0，同時(shí)獲取故障事件時(shí)間和日期存儲(chǔ)到MW120和MD124。這些變量可以編寫在WinCC/WinCC flexible中進(jìn)行顯示，方便用戶維護(hù)現(xiàn)場故障。對于其它端口或者其它分布式IO上的接口模板的端口診斷可以按照上述方式自行添加。

2， OB83診斷
OB83是插拔中斷組織塊。
對于PROFINET IO，OB83賦予了一些新的特點(diǎn)，對于S7 CPU31x-2PN/DP可以使用OB83來評估模塊插拔中斷。而對于PROFIBUS-DP系統(tǒng)中的S7-300則無法使用OB83。
在下列情況下CPU 操作系統(tǒng)調(diào)用OB83:
• 組態(tài)的模板插入/拔出之后。
• 在STEP 7 下修改了模板參數(shù)并在RUN 狀態(tài)下裝所作修改到CPU。
模板插入和拔出在RUN、STOP 和STARTUP 方式時(shí)每次組態(tài)的模板插入或拔出，就產(chǎn)生了插入/拔出中斷（電源模板、CPU、適配模塊和IM 不能在這種方式下移出）。
對于S7-300PLC不允許熱插拔中央機(jī)架的模塊。然而，存在一些特殊情況：
• S7 CPU31x-2PN/DP僅支持分布式IO設(shè)備插拔模板中斷。
• S7 CPU IM151-7 DP和CPU IM151-8 PN支持中央機(jī)架IO的插拔（1塊IO模板）。
如果沒有遵守上述要求，例如在CPU IM151-8 PN的中央機(jī)架插拔2塊IO模板。那么即使在CPU中加入了OB83，CPU也會(huì)停機(jī)，同時(shí)報(bào)告“Stop caused by I/O management”，只有這些故障消除才能啟動(dòng)CPU。所以在操作時(shí)必須遵守模板安裝規(guī)范，防止不必要的停機(jī)。
當(dāng)它檢測到故障時(shí)，它輸出一個(gè)插拔中斷請求給CPU。于是操作系統(tǒng)調(diào)用OB83。如果沒有下載OB83到PLC中，那么PLC會(huì)停機(jī)。具體相關(guān)變量信息可以查看Step7在線幫助OB83。
下面舉一個(gè)模塊更換的例子，假如一個(gè)DO模塊損壞，然后替換一個(gè)新的模塊，如果新的模塊的類型與被替換的類型不*，報(bào)告相應(yīng)的錯(cuò)誤。
例子程序如下：
A(
L #OB83_EV_CLASS
L B#16#38 //module insert
==I
)
A(
L #OB83_FLT_ID
L W#16#55 //Fault ID
==I
) //PROFINET IO submodule inserted, but does not match configured submodule
A(
L #OB83_MDL_TYPE
L W#16#8102
) //confirm again
A(
L #OB83_RESERVED_1
L B#16#C4
)
JCN next
L #OB83_MDL_ADDR
T MW 130 //read the address of the module
L #OB83_RACK_NUM
L 2#11111111111
AW
T MW 132 //determine the device number
next: NOP 0
通過上述簡單的程序?qū)嵗?，表明?dāng)插入的實(shí)際模塊與Step7組態(tài)的模塊配置不相符時(shí)，可以獲取該模板的所處位置的邏輯地址MW130和設(shè)備號(hào)MW132，參考圖6 設(shè)備號(hào)和邏輯地址。也可以獲取故障事件時(shí)間和日期存儲(chǔ)到相應(yīng)的變量中，參考相關(guān)OB82的編程方式。這些變量可以編寫在WinCC/WinCC flexible中進(jìn)行顯示，方便用戶維護(hù)現(xiàn)場故障。

圖6 設(shè)備號(hào)和邏輯地址

3， OB86診斷
OB86是機(jī)架故障組織塊。
操作系統(tǒng)在檢測下列故障時(shí)會(huì)調(diào)用OB86：
•當(dāng)中央擴(kuò)展機(jī)架（非S7-300）故障。
•PROFIBUS-DP主站系統(tǒng)故障。
•分布式I/O 中（PROFINET IO/PROFIBUS DP）站故障。
•禁止一個(gè)站（PROFINET IO/PROFIBUS DP）使用SFC12”D_ACT_DP”模式4時(shí)。
•使能一個(gè)站（PROFINET IO/PROFIBUS DP）使用SFC12”D_ACT_DP”模式3時(shí)。
當(dāng)CPU檢測到故障時(shí)，發(fā)出中斷請求給CPU，操作系統(tǒng)調(diào)用OB86。如果沒有下載OB86到PLC中，那么PLC會(huì)停機(jī)。
下面舉一個(gè)PN IO站丟失的例子，這是一種常見的故障，可能由于連接斷開而導(dǎo)致某些IO站無法連接到IO控制器上，通過OB86的簡單編程用戶可以得到相應(yīng)站的基本信息。
例子程序如下：
A(
L #OB86_EV_CLASS
L B#16#39 //incoming event
==I
)
A(
L #OB86_FLT_ID
L W#16#CB //PROFINET IO station failure/station return
==I
)
A(
L B#16#C4
L #OB86_RESERVED_1 //confirm again
)
JCN next

L LD 8
L 2#11111111111
AW
T MW 140 //determine the device number
L MD 10 //set a flag variable with initial value 16#1
SLD //shift to left with bits number of MW140
T MD 14
L DB1.DBD 0
OD
T DB1.DBD 0 //calculate device number into bit
L B#16#1
T MD 10 //set a flag variable with initial value 16#1
next: NOP 0
通過上述簡單的程序?qū)嵗?，得出機(jī)架故障的分布式IO的設(shè)備號(hào)Device number，確定拿一個(gè)設(shè)備連接斷開。當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生機(jī)架故障來Incoming事件時(shí)，得出該設(shè)備號(hào)碼。但是如果IO設(shè)備串聯(lián)在一起，前面的設(shè)備丟站導(dǎo)致后面的設(shè)備也丟失，簡單編程獲取站號(hào)只有會(huì)有一個(gè)站的信息，無法表示多個(gè)設(shè)備掉站。通過編程使用左移指令左移位bit的方式，但是需要給MD10設(shè)置初始值16#1，目的就是保證末位為1，這樣偏移后可以知道該位1的移動(dòng)位置，然后通過站號(hào)存儲(chǔ)地址DB1.DBD0進(jìn)行“或”運(yùn)算，這樣DB1.DBD0相應(yīng)的位就置1，從而當(dāng)多個(gè)設(shè)備掉站DB1.DBD0相應(yīng)的位會(huì)置1。例如DB1.DBD0低字節(jié)為2#00000110時(shí)，表示設(shè)備號(hào)1（bit1）和2（Bit2）掉站，Bit0位0保持不變。這樣最多可以獲取63個(gè)設(shè)備掉站信息(63設(shè)備編號(hào)需要<64)， 對于一般應(yīng)用是足夠的。最后還要給MD10設(shè)置初始值，以保證最后一位Bit0為1。這些Bit變量可以編寫在WinCC/WinCC flexible中進(jìn)行顯示，方便用戶維護(hù)現(xiàn)場故障。

關(guān)鍵詞
PLC, 診斷，故障，維護(hù)，OB82，OB83，OB86，PROFINET