西门子S7-400PLC解密

西门子S7-400PLC解密

 近期在某用户的现场，遇到了一个比较奇怪的现象，给大家介绍一下，期望对大家也有所帮助。

        随着新的S71500系列PLC的逐步推广，越来越多的用户也开始选择S71500系列的设备，主要的原因是该系列的产品在性能上的有了较大的提升，并且使用起来更加便捷，这些优点都是大家选择S71500系列PLC的原因。

        但对很多用户来讲，对新产品确实还不是非常的熟悉，因此大家在使用过程中也容易遇到一些“奇怪”的现象，有时让人觉得摸不着头脑，这里介绍一个小故事，介绍现场遇到的一个“奇怪”的现象。

        该用户是一个汽车行业的用户，当时设备处于调试阶段。随着现场接线的完成，准备开始上电调试程序了，但用户发现**套上电的设备的CPU不能正常启动。

        现场有4套相同的设备，于是客户从另外一套设备上随即拆下一个CPU，换到现有的这套设备上，但上电后发现和**台PLC的现象一样，还是不能正常使用。连续测试了4个CPU，均出现同样的情况。

        “难道4个CPU都坏了！？这不太可能呀……”

        但客户说这些CPU都是刚拆封的，刚装在设备上，都还没上过电，而且这个机型还是头一次使用S71500控制系统，还没开始编程就遇到问题了。

        于是跟着用户的工程师到设备调试的现场进行实地检查。

        在现场，我们看到了CPU的实际状态：

        上电后，CPU进入启动阶段，但从面板上看，一直处于“Connecting”阶段。整个小触摸屏处于“白屏”状态，没有进入“彩屏”状态，触摸屏上的按钮仍然可以用，但每个菜单下的操作均无法操作，CPU的参数也都是灰色的，无法设置，状态信息也看不出来，基本处于“半死机”状态（图1）。

图1 CPU不能正常启动

          看到这种情况，我们首先怀疑是存储卡的问题，认为存储卡内部有可能有旧的项目存在，上电后导致CPU不能正常启动。于是我们将卡进行了更换，找了一个全新的存储卡，但插上新卡后，现象还是一样。

        随后，我们又怀疑是CPU的PS电源模块不匹配，从以前的柜内找了一个PM电源模块重试，也不行。

        之后，我们又从网上下载了较新的CPU的Firmware，通过存储卡为CPU进行硬件版本的升级，但上电后CPU画面基本也是处于启动阶段，不能完成正常的升级操作……

        经过一系列的测试，问题依然存在，我们一时也有点摸不着头脑了：“难道真的是这一批CPU有问题？但较近也确实没有听说过有CPU出现大批量故障的情况”

        于是我们只能先将情况向总部反映，一边再想办法。但随后用户一次偶然的实验，发现了问题的所在：现场测试没有结果后，只好带了一个有问题的CPU回到用户的实验室，在实验室里，用户还有一套设备准备测试，于是再次接上电源进行测试，发现该CPU居然工作正常了！

        这是怎么回事？较后，用户发现，一的不同，是实验室里的电源比现场的电源大，不仅体积大，功率也大—60W。

        --虽然我们在现场也更换过电源，但当时换过来的也是25W的电源，因此当时还是没有发现这个问题，但这个屏幕的状态，确实也很难让人联想到供电不足！

        随后我查了一下该CPU的功耗（图2）：

图2 CPU的功耗

        原来是CPU的供电不足导致CPU一直无法正常启动，而小面板显示的状态，也是供电不足的一种现象。     

        现在看来，对于新产品的各种情况，还需要经过一段时间的应用大家才能逐渐掌握，希望这篇文章能帮助大家解决现场的类似问题，也希望大家多反馈您平时在产品使用过程中遇到的“奇怪”的现象，供更多的用户参考！

较近，有同事问了一个问题，就是对于双手按钮来讲，如果接成单回路是否可以达到SIL3的安全等级？

        原本对于这个问题的回答几乎可以不加思索：只有接成双回路（1oo2）的方式才能达到SIL3，因此接单回路是不能达到SIL3的。

        但是，同事发现：较新的安全继电器以及S7-1200F的安全应用FAQ（109479531）中，均是接成单回路（1oo1）即可达到SIL3。

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图1 安全继电器3SK2的接线图

图2 S7-1200F的设置

       为此，我们跟德国总部进行了进一步的确认，我们主要的疑问在于：

1）  对于其他的安全功能（例如急停），有的安全继电器也具有Cross-circuit detection功能，但单回路接线（1oo1）时仍然是SIL2，只有双回路接线（1oo2）时才是SIL3。

2）  为什么之前的手册或者应用文档中， PLC的接线都是双回路的?

        较终，经过多次的沟通，我们得到的答复是：

        1）对于安全继电器而言，是由于新的安全继电器在2Hand功能上具有了Cross-circuit detection 功能，因此采用单回路接线时依然可以保证DC（诊断覆盖率），从而使得系统达到SIL3。

        2）而对于安全PLC来讲，由于历史原因，一直都是双回路（1oo2）的接线方法，但其实是可以采用单回路接线即可达到SIL3。

        无论如何，这里需要明确几点：

1）  只有双手按钮有这样的情况：每个按钮按照单回路的方法接线就可以达到SIL3的安全等级，其他的安全功能没有这样的情况。

2）  此时，应该使用相应订货号的产品及严格按照接线图进行接线处理。

1                          脉冲频率改变减少IGBT温度变化

1.1                     介绍

在“浅谈温度对IGBT的影响”的微信推文中我们介绍了温度对IGBT的影响，本文主要介绍依据电流更改脉冲频率以达到减少IGBT温度波动而增加IGBT寿命。如果正确的设置脉冲频率，功率单元会有更长的寿命。温度的波动ΔTchip能够通过依据电流，在不同的脉冲频率之间切换来减小，这是因为装置运行在高电流低脉冲频率时温升较小，而装置运行在低电流，高脉冲频率温度降落的较小。通过依据电流的曲线切换不同的脉冲频率，它能减少温度的影响因此而增加IGBT使用寿命。

图1用一个的负载周期为2分钟，负载电流在Imin和Imax波动的例子说明了相互关系

图1-1依据电流曲线切换脉冲频率

黑色的温度曲线是ΔTchip1（t），装置运行在固定脉冲频率1.25k。依据电流切换1.25KHz和2.5KHz的脉冲频率的结果产生的温度变化绿色曲线ΔTchip2（t），在Imax的负载区间选择低的脉冲频率1.25k，在Imin的负载区间选择高的脉冲频率2.5k，温度波动ΔTchip2（t）低于ΔTchip1（t），证明了相应影响功率单元里的IGBT的使用寿命是真实的。实践中证实不同的温度波动能差别5°，增加IGBT的寿命系数2~3.

1.2                     设置方法

依靠电流切换不同的脉冲频率可以通过简单编程实现，比如，使用自有功能块，切换不同的DDS。为此，整流或者逆变的输出电流可以通过限幅功能块LIM，如果电流值**过1.2倍的Imin，输出图2中的r20232切换DDS将脉冲频率由2.5K设置为1.25K。如果电流低于1.2倍的Imin高脉冲频率2.5K的DDS激活。

图2-1自由功能块限制器通过电流切换脉冲频率

1.3                     注意事项

需要注意的是**不能在使用过载反应减少脉冲频率（P290=2.3）。而在一些减少电机噪音的应用中也可以应用。通过改变不同的频率减少噪音。

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