Análisis de fallas del sistema PLC
El PLC se compone principalmente de una unidad central de procesamiento (UC), una interfaz de entrada, una interfaz de salida, una interfaz de comunicación y otras partes. La CPU es el núcleo del PLC. El componente de E/S se conecta al circuito de interfaz entre el equipo de campo y la CPU. La interfaz de comunicación se utiliza para conectar con el programador y la computadora superior. En los PLC integrales, todos los componentes se instalan en la misma carcasa. En los PLC modulares, cada componente funcional se empaqueta de forma independiente, denominado módulo o plantilla. Cada módulo se conecta mediante un bus y se monta en un rack o riel.
Las fallas del sistema de control PLC se dividen en fallas de software y fallas de hardware. El sistema PLC incluye el procesador central, la caja principal, la caja de expansión, el módulo de E/S y los equipos de red y externos relacionados. Los equipos de control de producción en campo incluyen puertos de E/S y equipos de prueba de control en campo, como relés, contactores, válvulas, motores, etc.
1. Fallo del software del PLC
El PLC cuenta con capacidad de autodiagnóstico. Cuando se produce un error en el funcionamiento del módulo, suele emitir una alarma y responder según el procedimiento previo, lo cual se puede determinar mediante la luz indicadora de fallo. Cuando la alimentación es normal, los indicadores también lo son, especialmente la señal de entrada, pero el funcionamiento del sistema es anormal (no hay salida o es caótico). Siguiendo el principio de mantenimiento “primero fácil tras difícil, primero suave tras difícil”, primero se debe verificar si existe algún problema con el programa de usuario.
El programa de usuario se almacena en la RAM del PLC y es volátil. Cuando falla la batería de respaldo o la alimentación del sistema, existe una alta probabilidad de pérdida o fallo del programa, y las interferencias electromagnéticas fuertes también pueden causar errores.
2. Fallo del hardware del PLC
① El puerto de E/S del PLC está defectuoso.
La falla del módulo de E/S es principalmente la influencia de varias interferencias externas, en primer lugar, debe usarse de acuerdo con los requisitos de su uso y no se puede reducir a voluntad, y luego analizar los principales factores de interferencia y aislar o tratar las principales fuentes de interferencia.
② Fallo del sistema host del PLC
A. El sistema de alimentación presenta fallas. El funcionamiento continuo de la fuente de alimentación provoca disipación de calor y fluctuaciones de voltaje y corriente inevitables.
B. Fallo del sistema de red de comunicación. La comunicación y la red son propensas a verse afectadas por interferencias externas, y el entorno externo es uno de los principales factores que causan fallos en los equipos de comunicación externos. El daño del bus del sistema se debe principalmente a la estructura enchufable del PLC. El uso prolongado del módulo de conexión y desconexión puede causar daños en la placa de impresión local, la placa inferior, la interfaz enchufable y otros componentes del bus. Las variaciones de temperatura y humedad, el envejecimiento del plástico del bus, el envejecimiento de la línea de impresión y la oxidación del punto de contacto, entre otras causas, son las pérdidas del bus del sistema.
③ Falla del equipo de control de campo
A, relé, contactor. Para reducir estas fallas, se recomienda utilizar relés de alto rendimiento, optimizar el entorno de uso de los componentes y reducir la frecuencia de reemplazo. En condiciones ambientales adversas, el contactor se inflama u oxida con facilidad, deformándose por calor hasta que no se pueda usar.
B, válvulas, arietes y otros equipos. El uso prolongado y la falta de mantenimiento, junto con las fallas mecánicas y eléctricas, son la principal causa de fallas. Esto se debe a que las piezas clave de estos equipos tienen un desplazamiento relativo generalmente grande. Además, se requieren varios pasos, como la conversión eléctrica para completar la conversión de la posición de la válvula o el ariete, o el uso de un actuador eléctrico para empujar y tirar de la válvula o el ariete. Las fallas mecánicas, eléctricas, hidráulicas, etc., que pueden ser leves, pueden causar errores o fallas.
C. Interruptores, posiciones límite, protección de seguridad y funcionamiento in situ de algunos componentes o fallas del equipo. La causa puede ser el desgaste prolongado, el uso prolongado y la oxidación. La solución de estos fallos se refleja principalmente en el mantenimiento regular para mantener el equipo en buen estado en todo momento. En el caso de los interruptores de límite, especialmente en equipos pesados, además del mantenimiento regular, se deben incorporar diversas medidas de protección durante el proceso de diseño.
D. Los subdispositivos del sistema PLC, como cajas de conexiones, terminales de cable, pernos y tuercas, presentan fallas. La causa principal de este tipo de falla es el proceso de producción del equipo, la instalación y la oxidación prolongada. Según la experiencia de ingeniería, este tipo de falla suele ser difícil de detectar y reparar. Por lo tanto, la instalación y el mantenimiento del equipo deben realizarse de acuerdo con el proceso de instalación y los requisitos de instalación, evitando así cualquier riesgo oculto.
E. Fallo del sensor y medidor. Este tipo de fallo generalmente se refleja en una señal anormal en el sistema de control. Al instalar este tipo de equipo, el blindaje de la línea de señal debe estar conectado a tierra de forma fiable en un solo extremo y, en la medida de lo posible, debe tenderse separado del cable de alimentación, especialmente del cable de salida del inversor con alta interferencia. Además, el PLC debe contar con un filtro de software.
F, falla de ruido (interferencia) en la línea de señal, tierra y energía.
Análisis de caso de falla del sistema PLC
1. Instancia de falla del hardware del PLC
① un dispositivo petroquímico PLC Siemens (S7-300, CPU315-2DP) dejó de funcionar repentinamente cuando estaba en uso.
Comprobación y análisis de fallos: Revise la luz de alarma, el programa y la fuente de alimentación. Al revisar la alarma, se observa que la batería de la CPU está activada. Al revisar el programa, se observó que no se encontró solución para el fallo de la batería. Solución: Reemplace la batería de la CPU y solucione el problema en el programa.
② Una noche, la comunicación entre el PLC del compresor y el PLC de control principal se interrumpió repentinamente. El DCS de control principal mostró una alarma de interrupción de comunicación. La señal del motor de la sala de control del compresor en el DCS de síntesis de control principal se mostró en rojo (estado de parada). Algunas señales de caudal, presión, temperatura y otras señales en la sala de control del compresor se mostraron en el DCS de síntesis de control principal. Las alarmas de alta y baja tensión se mostraron en el DCS de síntesis de control principal. Debido a la interrupción de la comunicación, algunos enclavamientos importantes de la sala de control del compresor no pudieron enviarse al control principal, lo que provocó el apagado de toda la planta.
Inspección y análisis de fallas: Teóricamente hablando, hay dos razones principales para la interrupción de la comunicación entre el PLC del compresor y el PLC de control principal: una es que el software no está sincronizado; la otra se debe a fallas de hardware como tarjetas CP525 y tarjetas CPU.
En primer lugar, desde el punto de vista del software, se realizó una sincronización en el PLC de control principal, y se forzó la comunicación en el bit 14 de la palabra de datos DW13. Sin embargo, la comunicación no se estableció. Parece que la sincronización no se debió al PLC de control principal. Posteriormente, se sincronizó en el PLC del compresor, forzando la comunicación en el bit 14 de la palabra de datos MW10, lo que resultó en el establecimiento de la comunicación. Por lo tanto, se confirma que la interrupción de la comunicación entre el PLC y el PLC de control principal del compresor se debe a la falta de sincronización del programa del compresor, y que esta falta de sincronización se debe a una interferencia electromagnética externa.
Solución de problemas: Para evitar que se repitan tales fallas, se debe reforzar el blindaje de la sala de control y se prohíbe el uso de herramientas de comunicación como teléfonos móviles en la sala de control.
③ Alarma de luz SF del PLC Siemens (S7-300)
Inspección y análisis de fallas: La alarma de la lámpara SF indica que el punto de entrada está defectuoso. Solución de problemas: Verifique el funcionamiento de cada punto de entrada. Durante la inspección, se detectó que un transmisor de temperatura en sitio no tenía señal de entrada y la falla desapareció después del procesamiento.
④ El exterior de un punto de entrada del PLC no está conectado (incluso si la línea de conexión en el terminal de entrada está desmontada), pero el punto de entrada se ha conectado realmente y la luz indicadora de entrada correspondiente está fija en el análisis de fallas: Determine que los terminales adyacentes del terminal se han conectado y que hay limaduras de hierro entre los terminales de entrada del PLC, lo que hace que el punto de entrada se conecte o que el punto de entrada se haya dañado.
Solución de problemas: Desmonte el cableado de todos los terminales de entrada del PLC, encuentre que hay muchos chips de hierro en el bloque de terminales de entrada, sople los chips de hierro en los terminales y luego restaure el cableado, se elimina la falla.
5. La luz SF de la tarjeta de entrada digital del PLC del sistema de control se volvió roja
Inspección y análisis de fallas: Tras restablecer la alimentación de la tarjeta, la falla persiste. Tras reiniciar el PLC, el indicador de falla permanece en rojo. Por lo tanto, tras verificar las señales in situ recibidas por la tarjeta, se detectó un interruptor de señal anormal. Tras medir con un multímetro, se observó que la resistencia de bucle es infinita, lo que indica que el interruptor de retorno está roto y es detectado por la tarjeta de entrada digital. Solución de problemas: Tras reemplazar la pieza de repuesto, el indicador de falla se apaga.
⑥ La tarjeta de entrada analógica del sistema de control PLC del peletizador recibió la señal de campo en el DCS que indica infinito
Inspección y análisis de fallas: El análisis podría indicar que el cable de comunicación conectado entre el transmisor de presión de campo y la caja de conexiones presenta fallas, por lo que se reemplaza el cable de comunicación, pero el problema persiste. Tras una inspección y análisis minuciosos de todo el circuito, se observan tres puntos vulnerables: el transmisor de presión, el cable de comunicación, la abrazadera, el transmisor de presión y el cable de comunicación. Al desmontar la tarjeta, se observó que un pequeño bloque integrado en su interior se había quemado. Solución de problemas: Reemplace la tarjeta.
⑦ De los dos controladores PLC de repuesto en caliente mutuo, solo uno puede ejecutarse, el otro siempre está detenido
Inspección y análisis de fallos: Apague todo el armario de control, inicie dos hosts PLC simultáneamente tras la transmisión de energía o solo uno de ellos esté en funcionamiento. Tras consultar los datos relevantes, se detecta que los dos bloques de función del sistema, OB70 y OB72, son responsables de los fallos de redundancia. Si no se insertan los dos bloques de función, se pierde la redundancia del sistema; es decir, solo puede funcionar una CPU. Solución de problemas: Tras insertar los dos bloques de función del sistema, el sistema de control vuelve a la normalidad.
2. Instancia de falla suave del PLC
Un sistema de control PLC que ha estado apagado durante un período de tiempo no puede iniciarse después de encenderse
Inspección y tratamiento de fallas: el personal de mantenimiento piensa que el programa está mal después de la inspección, es natural insertar la tarjeta EPROM en el PLC, limpiar siempre el programa de copia, reiniciar después de la finalización, la falla persiste, porque el programa no es grande, lea el programa en la EPROM uno por uno, y las instrucciones en el manual se encuentran exactamente iguales después de verificar, y la copia repetida se considera una falla del hardware del PLC.
El programa de respaldo es ejecutado por el PG y comparado con el programa en la EPROM. El resultado muestra que la tabla de comandos es la misma, pero la dirección de almacenamiento del programa ha cambiado. Tras enviar el programa de respaldo al PLC, el dispositivo funciona con normalidad. Se observa que el programa en la EPROM también presenta un error; borrar y reescribir el problema lo solucionó.
La probabilidad de daños en el hardware del PLC o errores de operación del software es muy baja. Verifique la falla, enfocándose en los componentes eléctricos periféricos del PLC. Las fallas del PLC suelen ser fallas de la señal de la interfaz periférica. Durante el mantenimiento, siempre que el PLC controle parcialmente su operación normal, no hay necesidad de dudar de problemas en el programa del PLC. Confirme que el programa de operación tenga salida y que la interfaz del PLC no tenga salida; esto se debe a una falla en el circuito de la interfaz. Las fallas de hardware del sistema PLC son más comunes que las de software, y se deben principalmente a una señal externa insatisfactoria o a un fallo del componente de ejecución, más que a un problema del sistema PLC.
La falla se puede determinar según el estado de entrada y salida del PLC. Las señales de entrada y salida del PLC se transmiten a través del canal de E/S. Algunas fallas se reflejan en el canal de interfaz de E/S. En ocasiones, observando el estado de la interfaz de E/S, se puede determinar la causa.
El PLC cuenta con una función de autodiagnóstico que, basándose en la información de la alarma, verifica la falla, identifica la causa y determina su ubicación. Este es también el método básico para verificar y eliminar fallas del PLC. Primero, determine si la falla es global o local. La computadora superior muestra que varios componentes de control no funcionan correctamente, lo que genera una gran cantidad de información de alarma. Es necesario verificar el módulo de la CPU, el módulo de memoria, el módulo de comunicación, la fuente de alimentación y otros componentes comunes.
La experiencia demuestra que la mayoría de las fallas del sistema de control PLC se detectan mediante el programa PLC. Las acciones del sistema de control PLC se ejecutan en un orden determinado. Al observar el proceso de acción del sistema, comparar la falla con la situación normal, se pueden resolver la mayoría de las dudas y determinar la causa de la falla.
Algunas fallas se pueden mostrar directamente en la pantalla como motivos de alarma, aunque algunas tienen información de alarma, pero no reflejan directamente la causa de la alarma; Algunas fallas no producen información de alarma, pero algunas acciones no se ejecutan; En los dos casos anteriores, el seguimiento del funcionamiento del programa PLC es una forma eficaz de verificar la falla.
