تحليل أعطال نظام PLC
يتكون نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) بشكل أساسي من وحدة معالجة مركزية، وواجهة إدخال، وواجهة إخراج، وواجهة اتصال، وأجزاء أخرى. تُعد وحدة المعالجة المركزية (CPU) جوهر نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة، حيث يتم توصيل مكونات الإدخال/الإخراج بدائرة الربط بين المعدات الميدانية ووحدة المعالجة المركزية، بينما تُستخدم واجهة الاتصال للربط بين المبرمج والحاسوب الرئيسي. في نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة المتكامل، تُركّب جميع المكونات في غلاف واحد. أما في نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة المعياري، فيتم تغليف كل جزء وظيفي بشكل مستقل، ويُسمى وحدة أو قالبًا، ويتم توصيل كل وحدة عبر ناقل بيانات، وتُركّب على رف أو سكة.
ينقسم عطل نظام التحكم PLC إلى جزأين: عطل برمجي وعطل مادي. يتكون نظام PLC من المعالج المركزي، والصندوق الرئيسي، وصندوق التوسعة، ووحدة الإدخال/الإخراج، بالإضافة إلى الشبكة والمعدات الخارجية ذات الصلة. تشمل معدات التحكم في الإنتاج الميداني منافذ الإدخال/الإخراج ومعدات اختبار التحكم الميداني، مثل المرحلات، والموصلات، والصمامات، والمحركات، وغيرها.
1. عطل في برنامج وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)
تتمتع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) بقدرة التشخيص الذاتي، فعند حدوث عطل في وظيفة الوحدة، غالبًا ما تُصدر إنذارًا وتستجيب وفقًا للإجراءات المُسبقة، ويمكن تحديد ذلك من خلال ضوء مؤشر العطل. عندما يكون مصدر الطاقة سليمًا، تكون المؤشرات سليمة أيضًا، وخاصة إشارة الإدخال، ولكن وظيفة النظام غير طبيعية (لا يوجد إخراج أو خلل). تماشيًا مع مبدأ الصيانة التدريجية، يتم التحقق أولًا من وجود مشكلة في برنامج المستخدم.
يُخزَّن برنامج المستخدم في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) الخاصة بوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وهو برنامج متقلب. عند تعطل بطارية النسخ الاحتياطي، أو انقطاع التيار الكهربائي عن النظام، يزداد احتمال فقدان البرنامج أو حدوث خلل فيه، كما أن التداخل الكهرومغناطيسي القوي قد يتسبب في حدوث أخطاء برمجية.
2. عطل في أجهزة PLC
① منفذ الإدخال/الإخراج الخاص بوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) معطل.
إن فشل وحدة الإدخال/الإخراج يرجع أساسًا إلى تأثير التداخل الخارجي المتنوع، أولاً وقبل كل شيء، يجب استخدامها وفقًا لمتطلبات استخدامها، ولا يمكن تقليلها حسب الرغبة، ثم تحليل عوامل التداخل الرئيسية، وعزل مصادر التداخل الرئيسية أو التعامل معها.
② عطل في نظام PLC المضيف
أ. نظام إمداد الطاقة معطل. إن تشغيل نظام إمداد الطاقة بشكل مستمر، وتبديد الحرارة، وتقلبات الجهد والتيار، كلها أمور لا مفر منها.
ب. عطل نظام شبكة الاتصالات. من المرجح أن تتأثر الاتصالات والشبكة بالتشويش الخارجي، وتُعد البيئة الخارجية أحد أكبر العوامل المسببة لعطل معدات الاتصالات الخارجية. يعود تلف ناقل النظام بشكل رئيسي إلى بنية التوصيل والفصل في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، حيث يؤدي الاستخدام طويل الأمد لوحدة التوصيل والفصل إلى تلف لوحة الطباعة المحلية أو اللوحة السفلية، وواجهة التوصيل، وغيرها من أجزاء الناقل. وتُعد تغيرات درجة حرارة الهواء والرطوبة، وتآكل البلاستيك المحيط بالناقل، وتآكل الخطوط المطبوعة، وأكسدة نقاط التلامس، من أسباب فقدان ناقل النظام.
3- عطل في معدات التحكم الميداني
أ، مرحل، موصل. للحد من هذه الأعطال، ينبغي استخدام مرحلات عالية الأداء، وتحسين بيئة استخدام المكونات، وتقليل عدد مرات استبدالها. في حال كانت بيئة الموقع قاسية، فإن ملامس الموصل يكون عرضة للاشتعال أو التأكسد، مما يؤدي إلى تشوهه بفعل الحرارة حتى يصبح غير قابل للاستخدام.
ب، الصمامات أو المكابس وغيرها من المعدات. يُعد الاستخدام طويل الأمد دون صيانة كافية، والأعطال الميكانيكية والكهربائية، السبب الرئيسي للعطل، لأن الأجزاء الرئيسية لهذه المعدات، ذات الإزاحة النسبية الكبيرة عمومًا، أو التي تتطلب عدة خطوات مثل التحويل الكهربائي لإتمام تغيير موضع الصمام أو المكبس، أو استخدام مشغل كهربائي لدفع وسحب الصمام أو المكبس، فإن أي خلل طفيف في الروابط الميكانيكية والكهربائية والهيدروليكية وغيرها سيؤدي إلى حدوث أخطاء أو أعطال.
ج- المفاتيح، ومواضع الحد، وحماية السلامة، والتشغيل الميداني لبعض المكونات أو المعدات، قد يكون السبب هو التآكل طويل الأمد، أو الاستخدام المطول والصدأ. ويتجلى تشخيص أعطال هذه المعدات بشكل أساسي في الصيانة الدورية للحفاظ على المعدات في حالة جيدة باستمرار. بالنسبة لمفاتيح الحد، وخاصة تلك الموجودة في المعدات الثقيلة، بالإضافة إلى الصيانة الدورية، يجب إضافة تدابير وقائية متعددة في عملية التصميم.
د. الأجهزة الفرعية في نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC)، مثل صناديق التوصيل، وموصلات الأسلاك، والمسامير والصواميل، معيبة. ويعود سبب هذا النوع من الأعطال بشكل رئيسي إلى عملية تصنيع الجهاز نفسه، وعملية التركيب، والتعرض الطويل للاشتعال والصدأ. وبحسب الخبرة الهندسية، يصعب عادةً اكتشاف هذا النوع من الأعطال وإصلاحه. لذا، يجب أن يتم تركيب الجهاز وصيانته وفقًا لمتطلبات عملية التركيب، مع الحرص على تجنب أي مخاطر خفية قد تُلحق الضرر بالجهاز.
هـ. عطل في المستشعر والعداد. ينعكس هذا النوع من الأعطال عادةً في إشارة غير طبيعية في نظام التحكم. عند تركيب مثل هذه المعدات، يجب تأريض طبقة الحماية لخط الإشارة بشكل موثوق من طرف واحد، ووضعها بشكل منفصل عن كابل الطاقة قدر الإمكان، وخاصةً كابل خرج العاكس عالي التداخل، كما يجب إجراء ترشيح برمجي داخل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC).
F، انقطاع الطاقة، والأرضي، وضوضاء خط الإشارة (التداخل).
تحليل حالات فشل نظام PLC
1. حالة عطل في أجهزة PLC
① جهاز بتروكيماوي شركة سيمنز بي إل سي (S7-300، CPU315-2DP) توقف فجأة عن العمل أثناء استخدامه.
فحص الأعطال وتحليلها: تم فحص مصباح الإنذار والبرنامج ومصدر الطاقة. عند فحص الإنذار، تبيّن أن بطارية المعالج المركزي (CPU) مضاءة. عند فحص البرنامج، تبيّن عدم وجود آلية لتحديد سبب عطل البطارية. الحل: استبدال بطارية المعالج المركزي ومعالجة مشكلة عطل البطارية في البرنامج.
٢- في إحدى الليالي، انقطع الاتصال فجأة بين وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) الخاصة بالضاغط ووحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة الرئيسية. أظهر نظام التحكم الموزع (DCS) الخاص بالتحكم الرئيسي إنذار انقطاع الاتصال بين الوحدتين، وظهرت إشارة المحرك في غرفة التحكم بالضاغط على نظام التحكم الموزع (DCS) باللون الأحمر (حالة التوقف). كما ظهرت إنذارات ارتفاع وانخفاض لبعض إشارات التدفق والضغط ودرجة الحرارة وغيرها في غرفة التحكم بالضاغط على نظام التحكم الموزع (DCS) الخاص بالتحكم الرئيسي. نتيجةً لانقطاع الاتصال، لم تتمكن بعض أنظمة التعشيق المهمة في غرفة التحكم بالضاغط من الوصول إلى نظام التحكم الرئيسي، مما أدى إلى توقف المصنع بالكامل.
فحص الأعطال وتحليلها: من الناحية النظرية، هناك سببان رئيسيان لانقطاع الاتصال بين وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) الخاصة بالضاغط ووحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة الرئيسية: الأول هو عدم تزامن البرنامج؛ والآخر هو بسبب أعطال في الأجهزة مثل بطاقات CP525 وبطاقات وحدة المعالجة المركزية (CPU).
أولاً، من الناحية البرمجية، يجب معالجة المشكلة. تم تنفيذ عملية المزامنة في وحدة التحكم الرئيسية (PLC)، وتم إدخال الرقم 14 من كلمة البيانات DW13 قسراً، لكن الاتصال لم يتم، ويبدو أن المزامنة لم تكن السبب في عدم تزامن وحدة التحكم الرئيسية. ثم تمت المزامنة في وحدة التحكم الخاصة بالضاغط، حيث تم إدخال الرقم 14 من كلمة البيانات MW10 قسراً، وتم الاتصال بنجاح. لذلك، تأكد أن سبب انقطاع الاتصال بين وحدة التحكم الرئيسية ووحدة التحكم الخاصة بالضاغط هو عدم تزامن برنامج الضاغط، وهذا التزامن ناتج عن تداخل كهرومغناطيسي خارجي.
استكشاف الأخطاء وإصلاحها: لتجنب تكرار مثل هذه الأعطال، يجب تعزيز حماية غرفة التحكم، ويُحظر استخدام أدوات الاتصال مثل الهواتف المحمولة في غرفة التحكم.
③ جهاز إنذار ضوئي من سيمنز PLC (S7-300) SF
فحص الأعطال وتحليلها: يشير إنذار مصباح SF إلى وجود عطل في نقطة الإدخال. استكشاف الأخطاء وإصلاحها: تم فحص حالة عمل كل نقطة إدخال. أثناء الفحص، تبين أن جهاز إرسال درجة الحرارة في الموقع لا يستقبل إشارة دخل، وقد اختفى العطل بعد المعالجة.
④ في تحليل الأعطال: إذا لم يكن الجزء الخارجي من نقطة إدخال وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) متصلاً (حتى لو تم فصل خط التوصيل على طرف الإدخال)، ولكن نقطة الإدخال متصلة بالفعل وضوء مؤشر الإدخال المقابل ثابت: فحدد ما إذا كانت الأطراف المجاورة للطرف متصلة، وهناك برادة حديد بين أطراف إدخال وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، مما يؤدي إلى اتصال نقطة الإدخال، أو أن نقطة الإدخال قد تضررت.
استكشاف الأخطاء وإصلاحها: قم بفك أسلاك جميع أطراف الإدخال الخاصة بوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، ستجد أن هناك العديد من رقائق الحديد على كتلة طرف الإدخال، قم بنفخ رقائق الحديد الموجودة على الأطراف، ثم أعد توصيل الأسلاك، وسيتم التخلص من العطل.
⑤ نظام التحكم PLC، بطاقة الإدخال الرقمي، أضاء مؤشر SF باللون الأحمر
فحص العطل وتحليله: بعد إعادة تشغيل مصدر طاقة البطاقة، استمر العطل؛ وبعد إعادة تشغيل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، ظل مؤشر العطل مضاءً باللون الأحمر. لذلك، وبعد فحص الإشارات الواردة من البطاقة واحدة تلو الأخرى، تبيّن وجود خلل في مفتاح الإشارة. وبعد القياس باستخدام جهاز قياس متعدد، تبيّن أن مقاومة الدائرة لا نهائية، مما يشير إلى أن مفتاح الإرجاع معطل وقد تم اكتشافه بواسطة بطاقة الإدخال الرقمي. استكشاف الأخطاء وإصلاحها: بعد استبدال القطعة التالفة، انطفأ مؤشر العطل.
⑥ استقبلت بطاقة الإدخال التناظري لنظام التحكم PLC الخاص بآلة التكوير إشارة المجال على نظام التحكم الموزع (DCS) التي تشير إلى اللانهاية.
فحص الأعطال وتحليلها: قد يكون التحليل أن كابل الاتصال الواصل بين جهاز إرسال ضغط الحقل وصندوق التوصيل معيب، لذا تم استبدال كابل الاتصال، لكن المشكلة لا تزال قائمة. بعد فحص وتحليل الدائرة بأكملها بدقة، وُجدت ثلاثة مواضع يُحتمل أن تكون سبب العطل فيها: جهاز إرسال الضغط نفسه، وكابل الاتصال، والمشبك. عند فك اللوحة، وُجد أن وحدة تحكم صغيرة داخلية محترقة. الحل: استبدال اللوحة.
⑦ وحدة التحكم الاحتياطية الساخنة المتبادلة PLC: لا يمكن تشغيل سوى واحدة منها، بينما تتوقف الأخرى دائمًا.
فحص الأعطال وتحليلها: يتم إيقاف تشغيل لوحة التحكم بالكامل، ثم تشغيل مضيفَي PLC في الوقت نفسه بعد انقطاع التيار الكهربائي، أو تشغيل مضيف PLC واحد فقط. بعد الاستعلام عن البيانات ذات الصلة، تبيّن أن وحدتَي وظائف النظام OB70 وOB72 مسؤولتان عن أعطال التكرار. في حال عدم إدخال هاتين الوحدتين، يفقد النظام خاصية التكرار، أي أنه لا يمكن تشغيل سوى وحدة معالجة مركزية واحدة. استكشاف الأخطاء وإصلاحها: بعد إدخال وحدتَي وظائف النظام، يعود نظام التحكم إلى وضعه الطبيعي.
2. حالة عطل برمجي في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة
لا يمكن تشغيل نظام التحكم PLC الذي تم إيقاف تشغيله لفترة من الوقت بعد إعادة تشغيله.
فحص الأعطال ومعالجتها: يعتقد فنيو الصيانة أن البرنامج خاطئ بعد الفحص، ومن الطبيعي إدخال بطاقة EPROM في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وتنظيف البرنامج المنسوخ، وإعادة التشغيل بعد الانتهاء، ولكن العطل لا يزال قائماً، ولأن البرنامج ليس كبيراً، يتم قراءة البرنامج الموجود على بطاقة EPROM واحداً تلو الآخر، وتبين أن التعليمات الموجودة في الدليل متطابقة تماماً بعد التحقق، ويعتبر النسخ المتكرر عطلاً في أجهزة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC).
يتم استدعاء برنامج النسخ الاحتياطي بواسطة وحدة المعالجة المركزية (PG) ومقارنته بالبرنامج الموجود على ذاكرة EPROM. تُظهر النتيجة أن جدول الأوامر متطابق، لكن عنوان تخزين البرنامج قد تغير. بعد إرسال برنامج النسخ الاحتياطي إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، يعمل الجهاز بشكل طبيعي. يتضح أن البرنامج الموجود على ذاكرة EPROM يحتوي أيضًا على خطأ، وقد تم حل المشكلة بمسحه وإعادة كتابته.
إن احتمالية تلف مكونات وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أو حدوث خطأ في تشغيل برامجها ضئيلة للغاية. عند فحص العطل، ينبغي التركيز على المكونات الكهربائية الطرفية لوحدة التحكم. غالبًا ما يكون عطل وحدة التحكم ناتجًا عن فشل إشارة الواجهة الطرفية. في حال استمرار عمل جزء من وحدة التحكم بشكل طبيعي، فلا داعي للشك في وجود مشاكل في برنامجها. تأكد من وجود مخرجات في برنامج التشغيل، وإذا لم تكن هناك مخرجات من واجهة وحدة التحكم، فهذا يشير إلى وجود عطل في دائرة الواجهة. إن أعطال مكونات نظام وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة أكثر شيوعًا من أعطال البرامج، وغالبًا ما يكون سببها عدم كفاية الإشارة الخارجية أو عطل في مكون التنفيذ، وليس بالضرورة وجود مشكلة في نظام وحدة التحكم نفسه.
يمكن تحديد العطل بناءً على حالة مدخلات ومخرجات وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). تمر إشارات المدخلات والمخرجات عبر قناة الإدخال/الإخراج، وقد تنعكس بعض الأعطال في هذه القناة. أحيانًا، من خلال مراقبة حالة هذه القناة، يمكن تحديد سبب العطل.
تتمتع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) بوظيفة التشخيص الذاتي، حيث تتحقق من الأعطال بناءً على معلومات الإنذار، وتحدد سببها وموقعها، وتُعد هذه الوظيفة الوسيلة الأساسية لفحص أعطال وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة وإصلاحها. في البداية، يجب تحديد ما إذا كان العطل عامًا أم محليًا. إذا أظهر الحاسوب الرئيسي أن عددًا من مكونات التحكم لا تعمل بشكل طبيعي، مع ظهور العديد من معلومات الإنذار، فيجب فحص وحدة المعالجة المركزية، ووحدة الذاكرة، ووحدة الاتصال، ومصدر الطاقة، وغيرها من الأجزاء العامة.
تُظهر التجربة أن معظم أعطال نظام التحكم PLC يتم اكتشافها بواسطة برنامج PLC نفسه. تُنفذ إجراءات نظام التحكم PLC بترتيب معين، لذا يُراقب مسار عمل النظام، ويُقارن بين حالة العطل والحالة الطبيعية، ما يُساعد في تحديد معظم الشكوك، ومن ثم تحديد سبب العطل.
يمكن عرض بعض الأعطال مباشرةً على شاشة أسباب الإنذار، على الرغم من أن بعضها يحتوي على معلومات إنذار، إلا أنها لا تعكس سبب الإنذار بشكل مباشر؛ بعض الأعطال لا تُنتج معلومات إنذار، ولكن بعض الإجراءات لا تُنفذ؛ في الحالتين السابقتين، يُعد تتبع تشغيل برنامج PLC طريقة فعالة للتحقق من العطل.
