Анализ отказов системы ПЛК
ПЛК в основном состоит из центрального процессора, интерфейса ввода-вывода, интерфейса связи и других частей, при этом ЦП является ядром ПЛК, компонент ввода-вывода подключается к интерфейсной цепи между полевым оборудованием и ЦП, а интерфейс связи используется для связи с программатором и верхним компьютером. В цельнокорпусных ПЛК все компоненты устанавливаются в одном корпусе; в модульных ПЛК каждая функциональная часть упаковывается отдельно, образуя модуль или шаблон, каждый модуль подключается через шину и монтируется на стойку или направляющую.
Неисправности в системе управления ПЛК делятся на программные и аппаратные. Система ПЛК включает в себя центральный процессор, основной блок, блок расширения, модуль ввода/вывода и соответствующее сетевое и внешнее оборудование. Оборудование для управления производством на местах включает в себя порты ввода/вывода и оборудование для тестирования управления на местах, такое как реле, контакторы, клапаны, двигатели и т. д.
1. Сбой программного обеспечения ПЛК
ПЛК обладает функцией самодиагностики. При возникновении ошибки в работе модуля он часто подает сигнал тревоги и реагирует в соответствии с предварительными процедурами, а также может быть определен по индикатору неисправности. При нормальном питании индикаторы также показывают нормальные значения, особенно входной сигнал, но при ненормальной работе системы (отсутствие выходного сигнала или сбои) в соответствии с принципом «сначала простое, потом сложное, затем мягкое, затем жесткое обслуживание» сначала проверяется наличие проблем с пользовательской программой.
Пользовательская программа хранится в оперативной памяти ПЛК и является энергозависимой. При отказе резервной батареи прекращается и питание системы, что значительно повышает вероятность потери или сбоя программы, а также может привести к ошибкам в программировании из-за сильных электромагнитных помех.
2. Аппаратный сбой ПЛК
① Порт ввода/вывода ПЛК неисправен.
Выход из строя модуля ввода-вывода в основном обусловлен влиянием различных внешних помех. Прежде всего, его необходимо использовать в соответствии с требованиями, предъявляемыми к его применению, и нельзя произвольно снижать критическую оценку. Затем следует проанализировать основные факторы помех и выявить или устранить основные источники помех.
② Сбой в работе системы управления ПЛК
А. Система электропитания неисправна. При непрерывной работе источника питания неизбежно происходит перегрев, колебания напряжения и тока.
B. Сбой в работе системы связи. На связь и сеть часто влияют внешние помехи, и внешняя среда является одним из основных факторов, вызывающих сбои во внешнем оборудовании связи. Повреждение системной шины в основном происходит из-за конструкции разъема ПЛК. Длительное использование модулей с возможностью многократного подключения и отключения приводит к повреждению локальных печатных плат или нижней пластины, разъемов и других элементов шины. Под воздействием изменений температуры воздуха, влажности, старения пластика шины, старения печатных линий, окисления контактных точек и т.д. происходит потеря работоспособности системной шины.
③ Отказ оборудования полевого управления
А, реле, контактор. Для уменьшения количества подобных отказов следует использовать высокопроизводительные реле, улучшать условия эксплуатации компонентов и снижать частоту их замены. В суровых условиях эксплуатации контакты контактора легко воспламеняются или окисляются, что приводит к тепловой деформации и делает его непригодным для использования.
B. Клапаны или поршни и другое оборудование. Длительная эксплуатация без технического обслуживания приводит к механическим и электрическим отказам, поскольку ключевые части такого оборудования, как правило, имеют большие относительные перемещения, или же изменение положения клапана или поршня происходит в несколько этапов, например, путем электрического преобразования или использования электропривода для перемещения клапана или поршня. Незначительные несоответствия механических, электрических, гидравлических и других элементов могут привести к ошибкам или отказам.
В случае неисправностей концевых выключателей, концевых выключателей, средств защиты и оборудования, возникающих в процессе эксплуатации, причиной может быть длительный износ, длительная эксплуатация и коррозия. Устранение таких неисправностей оборудования в основном заключается в регулярном техническом обслуживании для поддержания оборудования в исправном состоянии. Для концевых выключателей, особенно на тяжелом оборудовании, помимо регулярного технического обслуживания, в процессе проектирования следует предусмотреть множество защитных мер.
D. Вспомогательные элементы системы ПЛК, такие как распределительные коробки, клеммы, болты и гайки, могут быть неисправны. Причинами таких неисправностей в основном являются производственный процесс самого оборудования, процесс монтажа, а также длительное воздействие огня и коррозии. Согласно инженерному опыту, такие неисправности, как правило, трудно обнаружить и устранить. Поэтому монтаж и техническое обслуживание оборудования должны проводиться в соответствии с требованиями к монтажу, исключая скрытые опасности для оборудования.
E. Неисправность датчика и измерительного прибора. Этот вид неисправности обычно проявляется в ненормальном сигнале в системе управления. При установке такого оборудования экранирующий слой сигнальной линии должен быть надежно заземлен на одном конце и, по возможности, проложен отдельно от силового кабеля, особенно от выходного кабеля инвертора с высоким уровнем помех, а программная фильтрация должна осуществляться внутри ПЛК.
F, сбой, связанный с помехами (шумом) в питании, заземлении и сигнальной линии.
Анализ причин сбоев в работе системы ПЛК
1. Сбой в работе оборудования ПЛК.
① нефтехимическое устройство ПЛК Siemens (S7-300, CPU315-2DP) внезапно перестал работать во время использования.
Проверка и анализ неисправностей: проверьте индикатор тревоги, программу и блок питания. При проверке тревоги обнаружено, что батарея на процессоре включена. При проверке программы обнаружено отсутствие средств устранения неисправности, связанной с батареей. Устранение неисправности: замените батарею процессора и устраните неисправность батареи в программе.
② Однажды ночью связь между ПЛК компрессора и главным управляющим ПЛК внезапно прервалась, на главном управляющем DCS отобразилась тревога о прерывании связи между ПЛК компрессора и главным управляющим ПЛК, в диспетчерской компрессора на главном управляющем синтезированном DCS сигналы двигателя отобразились красным цветом (состояние остановки), на главном управляющем синтезированном DCS отобразились сигналы о превышении и понижении уровня в диспетчерской компрессора. Из-за прерывания связи некоторые важные блокировки в диспетчерской компрессора не могли быть переданы на главный пульт управления, что привело к остановке всей установки.
Проверка и анализ неисправностей: Теоретически, существует две основные причины прерывания связи между ПЛК компрессора и главным управляющим ПЛК: первая — это несинхронизация программного обеспечения; вторая — это аппаратные сбои, такие как неисправности плат CP525 и процессорных плат.
Сначала рассмотрим программную часть проблемы. Была выполнена операция синхронизации в главном управляющем ПЛК, и 14-й разряд информационного слова DW13 был принудительно включен в обмен данными, но связь так и не установилась. По-видимому, синхронизация не была вызвана главным управляющим ПЛК. Затем была выполнена синхронизация в работе ПЛК компрессора, при этом 14-й разряд информационного слова MW10 был принудительно включен в обмен данными, в результате чего связь установилась. Таким образом, подтверждено, что причиной прерывания связи между ПЛК и главным управляющим ПЛК компрессора является несинхронизация программы компрессора, а причиной несинхронизации программы являются внешние электромагнитные помехи.
Устранение неполадок: Во избежание повторения подобных сбоев следует усилить экранирование диспетчерской и запретить использование средств связи, таких как мобильные телефоны, в диспетчерской.
③ Световая сигнализация ПЛК Siemens (S7-300) SF
Проверка и анализ неисправностей: Сигнализация лампы SF указывает на неисправность входной точки. Поиск и устранение неисправностей: Проверка рабочего состояния каждой входной точки. В ходе проверки обнаружено, что датчик температуры на объекте не получает входного сигнала, и неисправность исчезает после обработки.
④ Внешняя часть входного контакта ПЛК не подключена (даже если соединительная линия на входном терминале разобрана), но входной контакт фактически подключен, и соответствующий индикатор входа горит постоянно при анализе неисправностей: Определите, что соседние клеммы терминала подключены, и между входными клеммами ПЛК находятся железные опилки, что приводит к подключению входного контакта, или входной контакт поврежден.
Поиск и устранение неисправностей: Разберите проводку всех входных клемм ПЛК, обнаружьте множество металлических стружек на клеммной колодке, продуйте их, а затем восстановите проводку. Неисправность устранена.
⑤ В системе управления ПЛК на цифровой входной плате индикатор SF загорелся красным.
Проверка и анализ неисправности: После повторного включения питания платы неисправность сохраняется; после перезапуска ПЛК индикатор неисправности остается красным. Поэтому после проверки сигналов, принимаемых платой на месте, было обнаружено неисправное переключение сигнала. После измерения мультиметром было установлено, что сопротивление контура бесконечно, что указывает на обрыв возвратного выключателя, обнаруженный цифровой входной платой. Поиск и устранение неисправности: После замены запасной части индикатор неисправности гаснет.
⑥ На аналоговой входной плате системы управления ПЛК гранулятора сигнал поля на АСУ ТП отображается как бесконечность
Проверка и анализ неисправности: Анализ показал, что неисправен коммуникационный кабель, соединяющий датчик давления на месте установки и распределительную коробку. Замена кабеля не помогла, но проблема осталась. После тщательной проверки и анализа всей системы было обнаружено три наиболее вероятных места неисправности: сам датчик давления, коммуникационный кабель, зажим, датчик давления и коммуникационный кабель. При разборке платы было обнаружено, что внутри сгорел небольшой интегральный блок. Устранение неисправности: Замена платы.
⑦ При наличии двух контроллеров ПЛК с возможностью взаимной резервирования, может работать только один, а другой постоянно остановлен.
Проверка и анализ неисправностей: Отключите питание всего шкафа управления, запустите одновременно два ПЛК после подачи питания или запустите только один ПЛК. После проверки соответствующих данных выясняется, что причиной сбоев резервирования являются два системных функциональных блока OB70 и OB72. Если эти два функциональных блока не будут установлены, резервирование системы будет потеряно, то есть сможет работать только один ЦП. Поиск и устранение неисправностей: После установки двух системных функциональных блоков система управления вернется в нормальное состояние.
2. Пример программной ошибки ПЛК
Система управления ПЛК, которая была выключена в течение некоторого времени, не может быть запущена после включения питания.
Диагностика и устранение неисправностей: после проверки обслуживающий персонал считает, что программа неисправна, и, естественно, вставляет карту EPROM в ПЛК, очищает скопированную программу и перезапускает систему. Если неисправность сохраняется, поскольку программа невелика, считывают программы с карты EPROM по одной, и, проверив, обнаруживают, что инструкции в руководстве полностью совпадают, повторное копирование рассматривается как аппаратная неисправность ПЛК.
Резервная программа запускается ПЛК и сравнивается с программой на EPROM. Результат показывает, что таблица команд совпадает, но адрес хранения программы изменился. После отправки резервной программы на ПЛК устройство работает нормально. Видно, что в программе на EPROM также есть ошибка; удаление и перезапись решают проблему.
Вероятность повреждения оборудования ПЛК или ошибки в работе программного обеспечения очень низка, поэтому при проверке неисправностей следует сосредоточиться на периферийных электрических компонентах ПЛК. Чаще всего неисправности ПЛК связаны с отказом сигнала периферийного интерфейса. Если ПЛК частично работает в обычном режиме, нет причин сомневаться в проблемах с программой ПЛК. Убедитесь, что программа выдает выходные данные, а интерфейс ПЛК не выдает выходных данных – это неисправность цепи интерфейса. Аппаратные сбои системы ПЛК встречаются чаще, чем программные, и чаще всего вызваны несоответствием внешних сигналов или неисправностью исполнительного компонента, а не проблемами самой системы ПЛК.
Неисправность можно определить по состоянию входных и выходных сигналов ПЛК. Входные и выходные сигналы ПЛК передаются через каналы ввода/вывода, некоторые неисправности отражаются в интерфейсе ввода/вывода, иногда, наблюдая за состоянием интерфейса ввода/вывода, можно определить причину сбоя.
ПЛК обладает функцией самодиагностики, проверяя неисправности на основе информации об аварийных сигналах, определяя причину и местоположение неисправности. Это также является основным средством и методом проверки и устранения неисправностей ПЛК. В первую очередь необходимо определить, является ли неисправность глобальной или локальной. На экране компьютера отображается сообщение о некорректной работе ряда управляющих компонентов и выдается множество аварийных сигналов. Необходимо проверить модуль ЦП, модуль памяти, модуль связи, блок питания и другие компоненты.
Опыт показывает, что большинство сбоев в системе управления ПЛК выявляются с помощью программы ПЛК. Действия системы управления ПЛК выполняются в определенной последовательности; наблюдая за процессом работы системы, сравнивая неисправность и нормальное состояние, можно выявить большинство проблем и определить причину сбоя.
Некоторые неисправности могут отображаться непосредственно на экране в виде причин срабатывания сигнализации, хотя некоторые содержат информацию о тревоге, но не отражают напрямую причину срабатывания; некоторые неисправности не вызывают срабатывания сигнализации, но при этом не выполняются определенные действия; в двух вышеуказанных случаях отслеживание работы программы ПЛК является эффективным способом проверки неисправности.
