Комплексные причины отказа ПЛК

1

Проблемы с заземлением

Требования к заземлению системы ПЛК относительно строгие. Лучше всего иметь независимую выделенную систему заземления. Также следует обратить внимание на надежное заземление другого оборудования, связанного с ПЛК.

Когда несколько точек заземления цепи соединены вместе, могут протекать неожиданные токи, вызывающие логические ошибки или повреждение цепей.

Причиной различных потенциалов земли обычно является то, что точки заземления расположены слишком далеко друг от друга в физической зоне. Когда устройства, находящиеся далеко друг от друга, соединяются кабелями связи или датчиками, ток между кабелем и землей будет течь через всю цепь. Даже на небольшом расстоянии ток нагрузки крупного оборудования может меняться между его потенциалом и потенциалом земли или напрямую генерировать непредсказуемые токи за счет электромагнитных эффектов.

Между источниками питания с неподходящими точками заземления в цепи могут протекать разрушительные токи, выводящие из строя оборудование.

В системах ПЛК обычно используется метод одноточечного заземления. Чтобы улучшить способность противостоять синфазным помехам, для аналоговых сигналов можно использовать технологию экранированного плавающего заземления, то есть экранирующий слой сигнального кабеля заземляется в одной точке, сигнальный контур является плавающим, а сопротивление изоляции с землей должно быть не менее 50 МОм.

2

Обработка помех

Промышленные условия относительно суровы и содержат множество высокочастотных и низкочастотных помех. Эти помехи обычно попадают в ПЛК через кабели, подключенные к полевому оборудованию.

Помимо мер по заземлению, при проектировании, выборе и монтаже кабелей следует принять некоторые меры против помех:

(1) Аналоговые сигналы представляют собой слабые сигналы, на которые легко влияют внешние помехи, поэтому следует использовать кабели с двойным экраном;

(2) Для высокоскоростных импульсных сигналов (таких как импульсные датчики, счетные энкодеры и т. д.) следует использовать экранированные кабели, чтобы предотвратить влияние внешних помех и высокоскоростных импульсных сигналов на сигналы низкого уровня;

(3) Кабель связи между ПЛК имеет высокую частоту. Как правило, следует выбирать кабель, предоставленный производителем. Если требования не высоки, можно выбрать экранированную витую пару.

(4) Линии аналоговых сигналов и линии сигналов постоянного тока не могут прокладываться в том же кабельном канале, что и линии сигналов переменного тока;

(5) Экранированные кабели, входящие в шкаф управления и выходящие из него, должны быть заземлены и не должны напрямую подключаться к оборудованию через клеммы проводки;

(6) Сигналы переменного тока, сигналы постоянного тока и аналоговые сигналы не могут использовать один и тот же кабель, а силовые кабели следует прокладывать отдельно от сигнальных кабелей.

(7) Во время обслуживания на месте для устранения помех можно использовать следующие методы: использование экранированных кабелей для затронутых линий и их повторную прокладку; добавление в программу кодов противопомеховой фильтрации.

3

Устраните межпроводную емкость, чтобы избежать ложного срабатывания.

Между каждым проводником кабеля существует емкость, и квалифицированный кабель может ограничивать эту емкость в определенном диапазоне.

Даже если кабель сертифицирован, когда длина кабеля превышает определенную длину, емкость между линиями превысит требуемое значение. Когда этот кабель используется для входа ПЛК, емкость между линиями может привести к неисправности ПЛК, что приведет к множеству непонятных явлений.

Эти явления в основном проявляются так: проводка правильная, но вход на ПЛК отсутствует; входа, который должен быть у ПЛК, нет, а вход, которого у него не должно быть, есть, то есть входы ПЛК мешают друг другу. Чтобы решить эту проблему, вам следует сделать следующее:

(1) Используйте кабели со витыми жилами;

(2) Попробуйте сократить длину используемого кабеля;

(3) Используйте отдельные кабели для входов, которые мешают друг другу;

(4) Используйте экранированный кабель.

4

Выбор модуля вывода

Модули вывода делятся на транзисторные, двунаправленные тиристорные и контактные:

(1) Транзисторный тип имеет самую высокую скорость переключения (обычно 0,2 мс), но наименьшую нагрузочную способность, около 0,2–0,3 А, 24 В постоянного тока. Подходит для оборудования с быстрым переключением и подключением сигналов. Обычно он подключается к таким сигналам, как преобразователи частоты и устройства постоянного тока. Следует обратить внимание на влияние тока утечки транзистора на нагрузку.

(2) Преимущества тиристорного типа заключаются в том, что он не имеет контактов, имеет характеристики нагрузки переменного тока и небольшую нагрузочную способность.

(3) Релейный выход имеет характеристики нагрузки переменного и постоянного тока и большую нагрузочную способность. При обычном управлении в первую очередь обычно используется выход релейного типа. Недостаток заключается в том, что скорость переключения низкая, обычно около 10 мс, и она не подходит для высокочастотных приложений переключения.

5

Обработка повышенного напряжения и сверхтока инвертора

(1) Когда заданная скорость снижается для замедления двигателя, двигатель переходит в состояние рекуперативного торможения, и энергия, возвращаемая двигателем обратно в инвертор, также увеличивается. Эта энергия сохраняется в конденсаторе фильтра, в результате чего напряжение на конденсаторе увеличивается и быстро достигает значения настройки защиты от перенапряжения постоянного тока, что приводит к отключению инвертора.

Решение состоит в том, чтобы добавить тормозной резистор вне инвертора и использовать его для потребления рекуперативной электрической энергии, возвращаемой двигателем на сторону постоянного тока.

(2) Инвертор подключен к нескольким небольшим двигателям. Когда в одном из малых двигателей возникает перегрузка по току, инвертор выдает сигнал тревоги из-за перегрузки по току, что приводит к отключению инвертора и, таким образом, к прекращению работы других обычных малых двигателей.

Решение: Установите изолирующий трансформатор 1:1 на выходной стороне инвертора. Когда в одном или нескольких небольших двигателях происходит перегрузка по току, ток неисправности напрямую воздействует на трансформатор, а не на инвертор, тем самым предотвращая отключение инвертора. После эксперимента все работает хорошо и предыдущей неисправности нормальной остановки двигателей не возникло.

6

Входы и выходы маркированы для удобства обслуживания.

ПЛК управляет сложной системой. Все, что вы видите, — это два ряда расположенных в шахматном порядке входных и выходных релейных клемм, соответствующие световые индикаторы и номера ПЛК, как интегральная схема с десятками контактов. Тот, кто не взглянет на принципиальную схему для ремонта неисправного устройства, будет беспомощен, и скорость поиска неисправности будет очень низкой. Учитывая эту ситуацию, мы рисуем таблицу на основе электрической принципиальной схемы и прикрепляем ее на консоль или шкаф управления оборудования, указывая электрический символ и китайское название, соответствующее каждому номеру входной и выходной клеммы ПЛК, что аналогично функциональное описание каждого вывода интегральной схемы.

С помощью этой таблицы входов и выходов электрики, понимающие процесс работы или знакомые с лестничной схемой этого оборудования, могут приступить к техническому обслуживанию.

Однако для тех электриков, которые не знакомы с процессом работы и не умеют читать лестничные схемы, необходимо составить еще одну таблицу: таблицу функций входной и выходной логики ПЛК. Эта таблица фактически объясняет логическое соответствие между входной схемой (триггерный элемент, связанный элемент) и выходной схемой (исполнительный механизм) в большинстве рабочих процессов.

Практика доказала, что если умело пользоваться таблицей соответствия ввода-вывода и таблицей логических функций ввода-вывода, то можно легко устранить неисправности электрооборудования без чертежей.

7

Выявление неисправностей с помощью логики программы

Сегодня в промышленности широко используются различные типы ПЛК. Для ПЛК начального уровня инструкции лестничной диаграммы аналогичны. Для машин среднего и высокого класса, таких как S7-300, многие программы написаны с использованием языковых таблиц.

Практические лестничные схемы должны иметь аннотации к китайским символам, иначе их будет трудно читать. Если вы сможете иметь общее представление о процессе работы оборудования или процессе работы, прежде чем читать лестничную схему, это покажется проще.

Если необходимо выполнить анализ электрической неисправности, обычно используется метод обратного поиска или метод обратного рассуждения, то есть в соответствии с таблицей соответствия ввода-вывода соответствующее выходное реле ПЛК находится из точки неисправности, а затем логическое отношение, удовлетворяющее его действию, меняется на противоположное.

Опыт показывает, что при обнаружении одной проблемы неисправность в принципе можно устранить, поскольку в оборудовании редко возникают одновременно две и более точек неисправности.

8

Решение о самоошибке ПЛК

Вообще говоря, ПЛК — чрезвычайно надежное устройство с очень низким уровнем отказов. Вероятность повреждения оборудования, такого как ПЛК и ЦП, или ошибок программного обеспечения практически равна нулю. Входная точка ПЛК вряд ли будет повреждена, если только это не будет вызвано сильным электрическим током. Нормально разомкнутая точка выходного реле ПЛК будет иметь длительный срок службы контактов, если только периферийная нагрузка не закорочена или неразумна конструкция и ток нагрузки не превышает номинальный диапазон.

Поэтому, когда мы ищем точки электрических неисправностей, нам следует сосредоточиться на периферийных электрических компонентах ПЛК и не всегда подозревать, что существует проблема с аппаратным обеспечением или программой ПЛК. Это очень важно для быстрого ремонта неисправного оборудования и возобновления производства.

Таким образом, проверка электрических неисправностей и ремонт схемы управления ПЛК, обсуждаемые автором, фокусируются не на самом ПЛК, а на периферийных электрических компонентах в цепи, управляемой ПЛК.

9

Полное и разумное использование программных и аппаратных ресурсов.

(1) Инструкции, которые не участвуют в цикле управления или были введены до цикла, не нуждаются в подключении к ПЛК;

(2) Когда задачей управляют несколько инструкций, их можно соединить параллельно вне ПЛК, а затем подключить к точке входа;

(3) В полной мере использовать внутренние функциональные программные компоненты ПЛК и полностью вызывать промежуточное состояние, чтобы сделать программу полной, последовательной и простой в разработке. В то же время это также снижает инвестиции в оборудование и снижает затраты;

(4) Если позволяют условия, лучше всего сделать каждый выход независимым, что удобно для контроля и проверки, а также защищает другие выходные цепи; выход из строя выходной точки приведет только к потере управления соответствующей выходной цепью;

(5) Если на выходе используется нагрузка, управляемая в прямом/обратном направлении, необходимо не только заблокировать внутреннюю программу ПЛК, но также необходимо принять меры вне ПЛК, чтобы предотвратить перемещение нагрузки в обоих направлениях;

(6) Для обеспечения безопасности аварийная остановка ПЛК должна отключаться с помощью внешнего выключателя.

10

Другие соображения

(1) Не подключайте шнур питания переменного тока к входной клемме, чтобы не сжечь ПЛК;

(2) Клемма заземления должна быть заземлена независимо, а не соединена последовательно с клеммой заземления другого оборудования. Площадь сечения заземляющего провода не должна быть менее 2 мм²;

(3) Вспомогательный источник питания небольшой и может управлять только маломощными устройствами (фотоэлектрическими датчиками и т. д.);

(4) Некоторые ПЛК имеют определенное количество занятых точек (т. е. пустых адресных клемм), не подключайте провода;

(5) Если в выходной цепи ПЛК нет защиты, защитное устройство, такое как предохранитель, должно быть подключено последовательно во внешнюю цепь, чтобы предотвратить повреждение, вызванное коротким замыканием нагрузки.