油田自控系统故障分析

王旭东（大庆油田第八采油厂规划设计研究所仪表室，黑龙江 大庆163000）

1 油田自控系统概述

自控系统在油田生产中有着重要作用，生产参数监控、报警，反冲洗自动控制，外输、注水泵的变频器控制，全都依赖以PLC 为核心的自控系统。以PLC 为核心的自控系统符合油田生产对于稳定性、安全性的要求，并且相对于dcs 系统性价比高，易于维护。

2 油田自控系统现状

目前油田自控系统使用的多数为西门子s7-300 系列PLC为下位机，组态王为上位组态软件的控制方案。西门子s7-300系列PLC 作为中型PLC 性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好等特点。组态王作为上位机组态软件运行稳定且使用方便，与西门子s7-300搭配使用达到了对生产现场数据采集与设备控制的作用。这个系统的硬件部分包括：西门子s7-300电源、CPU、各种采集、通讯模块，工控机及通讯电缆。软件内容包括：CPU内的程序，工控机系统及组态软件。系统的软、硬件全部工作这个系统才能正常运转。

3 西门子PLC与组态王系统常见故障分析

3.1 通讯故障

西门子PLC通讯方式为两种，cp5611通讯卡通过专用接头连接通讯电缆以MPI、profeibus协议进行通讯，以及通过网线以TCP/IP协议进行通讯。

故障现象：显示器上数据全是“？？？”，组态王报警记录中显示“通讯失败”。

故障分析：

（1) 通讯卡cp5611 损坏。cp5611 是工控机的即插即用设备，Windows xp 系统对于即插即用设备的兼容性不好，临时停电，工控机死机、强制关机都有可能导致cp5611失灵。

（2)通讯电缆及接头故障。接头与通讯电缆的连接是人工进行的二次连接，人工接头内部会因为外部震动、扭动导致接触不良、短路、屏蔽线虚接等情况。

（3)PLC通讯方式设置错误，或组态王端口、物理地址设置错误。

维修方案：

（1)完全卸载cp5611，在xp系统设备管理器中卸载cp5611，并删除对应的注册表信息。然后关机后拔下cp5611卡，擦拭金手指部分后插入主板。开机后系统重新识别设备并自动驱动，重新安装完成。

（2)拆开两端的电缆接头检查是否存在异常。

（3)在step7中点击“选项”下的“设置PG/PC接口”重新定义连接方式。在组态王中通过设备配置向导查看设备类型及物理地址是否正确。

3.2 CPU故障

PLC 的CPU 是整个系统的大脑，CPU 以时钟脉冲的速度循环执行内存卡中的程序。将定义好的输入、输出点按照控制逻辑编写成PLC语言就是编程。CPU出现故障整个系统即瘫痪。

故障现象：显示器上数据全是“？？？”，组态王报警记录中显示“通讯失败”。CPU 的红色“sf”灯常亮，黄色“stop”灯常亮，重新启动CPU故障依旧。

故障分析：

（1)CPU 硬件故障，外部高电压的接入或自身电子元件损耗导致的故障。

（2）内存卡损坏，内存卡是程序存储介质，每次CPU上电会检测内存卡状态，内存卡损坏使CPU无法完成自检进而无法正常工作。

（3）程序错乱产生内部中断冲突导致的CPU故障。

维修方案：

在step7编程软件中点击“PLC”选项，选择“诊断/设置”下的“硬件诊断”可以查看CPU无法运行的具体原因，作为故障分析的主要依据。

（1）西门子CPU 自身配备独立的电源模块，电源模块损坏导致的CPU硬件损坏只能返厂维修。

（2）内存卡损坏后无法上传程序到工控机。格式化内存卡的方法是：接通电源将CPU面板上模式开关打到mres并保持直到stop 等保持常亮（约9 秒），stop 灯出现慢闪后两秒内迅速开关，使其回到stop 再迅速按回到mres 位置，此时，stop 灯快速闪烁表示正在格式化。保持开关在mres 位置，直到stop 灯常亮，格式化完成。格式化是将内存卡恢复到出厂状态，重新下载程序，将开关拨至run后观察运行是否正常。

（3）程序错乱报错时，格式化内存卡无法恢复，因为CPU内部内存（rom）中依旧存在错乱程序。

删除内部内存程序方法：保持通讯畅通的情况下，在step7编程软件中选择“在线”按钮，标题栏变成闪烁的绿色，在左侧站点栏中选中对应站点下的“程序”分支，右侧窗口中会显示内存（rom）中的所有程序块和数据块，全部选中后删除。点击“离线”按钮转为离线状态重新下载程序即可。

3.3 扩展模块故障

如果说CPU是PLC系统的大脑，那么扩展模块就是系统的眼睛与手，PLC系统通过输入扩展模块进行采集来自一次表的电流、脉冲、rs485、开关量等外部信号，通过输出扩展模块进行输出电流、开关量信号控制变频器、继电器、交流接触器等。

故障现象：显示器上部分数据是“死数”，CPU的红色“sf”灯常亮，CPU正常运行。故障模块红色“sf”灯常亮。

故障分析：

（1）扩展模块所需24VDC 并非西门子电源模块提供，而是由外部24V开关电源额外提供，开关电源损坏会导致模块供电不正常。

（2）前连接器未插到位或某点位虚接，为了方便接线，s7-300 模块的前连接器可以拆卸，由于震动原因可能导致前连接器与模块接触不良。

（3）量程卡所插方向与HWconfi（g西门子硬件组态）中的量程设置不符。A（I模拟量输入）模块中有一类是可拆卸的量程卡，例如订货号为7KF02的AI模块。根据需要将量程卡装入对应量程后还需要在step7软件中对量程进行设置，软件、硬件对应一致后模块才能正常运行。

（4）扩展模块某一输入点由于雷击、过电流等问题导致损坏。

维修方案：

（1）用万用表检测开关电源输入、输出是否正常。

（2）检查前连接器安装是否到位，各点位接线牢固程度。

（3）检查故障模块量程卡，油田现场温度、压力变送器信号为4-20mA，采用两线制方式传输，经过防雷栅进入安全栅，安全栅输出信号是无源信号。在PLC量程设置中，电流信号有两线制（2DMU）、四线制（4DMU）两种模式选项。虽然现场连接方式是两线制但经由安全栅隔离后信号转为无源信号，故选择量程的信号类型时选择四线制（4DMU）。

（4）通过信号源对该端口输入标准4-20mA信号，通过程序在线功能对输入通道PIW数值进行观察。

4 结语

西门子S7-300系列PLC是目前油田使用的一种自控系统，通过对其常见故障的分析，可以快速、有效的查找并解决故障，提高生产效率，保障油田生产平稳有序进行。