Razões abrangentes de falha do PLC

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Problemas de aterramento

Os requisitos de aterramento para o sistema PLC são relativamente rigorosos. É melhor ter um sistema de aterramento dedicado e independente. Além disso, deve-se prestar atenção ao aterramento confiável de outros equipamentos relacionados ao CLP.

Quando vários pontos de aterramento do circuito são conectados entre si, podem fluir correntes inesperadas, causando erros lógicos ou danificando os circuitos.

A razão para diferentes potenciais de aterramento é geralmente que os pontos de aterramento estão muito separados na área física. Quando dispositivos distantes são conectados por cabos de comunicação ou sensores, a corrente entre o cabo e o terra fluirá por todo o circuito. Mesmo a uma curta distância, a corrente de carga de grandes equipamentos pode variar entre o seu potencial e o potencial de terra, ou gerar diretamente correntes imprevisíveis através de efeitos eletromagnéticos.

Entre fontes de alimentação com pontos de aterramento inadequados, correntes destrutivas podem fluir no circuito, destruindo equipamentos.

Os sistemas PLC geralmente usam um método de aterramento de ponto único. A fim de melhorar a capacidade de resistir à interferência de modo comum, a tecnologia de aterramento flutuante blindado pode ser usada para sinais analógicos, ou seja, a camada de blindagem do cabo de sinal é aterrada em um ponto, o loop de sinal é flutuante e a resistência de isolamento com o solo não deve ser inferior a 50MΩ.

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Tratamento de interferência

O ambiente do campo industrial é relativamente severo, com muitas interferências de alta e baixa frequência. Estas interferências geralmente são introduzidas no CLP através dos cabos conectados aos equipamentos de campo.

Além das medidas de aterramento, algumas medidas anti-interferência devem ser tomadas durante o projeto, seleção e instalação dos cabos:

(1) Os sinais analógicos são sinais pequenos e são facilmente afetados por interferências externas, portanto devem ser usados cabos com blindagem dupla;

(2) Cabos blindados devem ser usados para sinais de pulso de alta velocidade (como sensores de pulso, codificadores de contagem, etc.) para evitar que interferências externas e sinais de pulso de alta velocidade interfiram nos sinais de baixo nível;

(3) O cabo de comunicação entre PLCs possui alta frequência. Geralmente, o cabo fornecido pelo fabricante deve ser selecionado. Se os requisitos não forem elevados, um cabo de par trançado blindado pode ser selecionado.

(4) As linhas de sinal analógico e as linhas de sinal DC não podem ser roteadas no mesmo duto que as linhas de sinal AC;

(5) Os cabos blindados que entram e saem do gabinete de controle devem ser aterrados e não devem ser conectados diretamente ao equipamento através dos terminais de fiação;

(6) Sinais CA, sinais CC e sinais analógicos não podem compartilhar o mesmo cabo e os cabos de alimentação devem ser colocados separadamente dos cabos de sinal.

(7) Durante a manutenção no local, os seguintes métodos podem ser usados para resolver interferências: utilização de cabos blindados para as linhas afetadas e sua recolocação; adicionando códigos de filtragem anti-interferência ao programa.

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Elimine a capacitância entre fios para evitar operação falsa

Existe capacitância entre cada condutor do cabo e um cabo qualificado pode limitar essa capacitância dentro de uma determinada faixa.

Mesmo que o cabo seja qualificado, quando o comprimento do cabo exceder um determinado comprimento, a capacitância entre as linhas excederá o valor exigido. Quando este cabo é usado para entrada do CLP, a capacitância entre as linhas pode causar mau funcionamento do CLP, resultando em muitos fenômenos incompreensíveis.

Esses fenômenos se manifestam principalmente como: a fiação está correta, mas não há entrada para o CLP; a entrada que o PLC deveria ter não está lá, mas a entrada que ele não deveria ter está lá, ou seja, as entradas do PLC interferem entre si. Para resolver este problema, você deve fazer o seguinte:

(1) Utilize cabos com núcleos trançados;

(2) Tente diminuir o comprimento do cabo utilizado;

(3) Utilize cabos separados para entradas que interfiram entre si;

(4) Use cabo blindado.

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Seleção do módulo de saída

Os módulos de saída são divididos em transistor, tiristor bidirecional e tipo de contato:

(1) O tipo transistor tem a velocidade de comutação mais rápida (geralmente 0,2 ms), mas a menor capacidade de carga, cerca de 0,2 ~ 0,3 A, 24 VCC. É adequado para equipamentos com comutação rápida e conexão de sinal. Geralmente é conectado a sinais como conversão de frequência e dispositivos DC. Deve-se prestar atenção ao impacto da corrente de fuga do transistor na carga.

(2) As vantagens do tipo tiristor são que ele não possui contatos, possui características de carga CA e possui uma pequena capacidade de carga.

(3) A saída do relé possui características de carga CA e CC e grande capacidade de carga. No controle convencional, a saída do tipo contato de relé geralmente é usada primeiro. A desvantagem é que a velocidade de comutação é lenta, geralmente em torno de 10ms, e não é adequada para aplicações de comutação de alta frequência.

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Sobretensão do inversor e processamento de sobrecorrente

(1) Quando a velocidade especificada é reduzida para desacelerar o motor, o motor entra no estado de frenagem regenerativa e a energia devolvida ao inversor pelo motor também é alta. Essa energia é armazenada no capacitor do filtro, fazendo com que a tensão no capacitor aumente e atinja rapidamente o valor de ajuste da proteção contra sobretensão CC, causando o desarme do inversor.

A solução é adicionar um resistor de frenagem fora do inversor e usar o resistor para consumir a energia elétrica regenerativa realimentada ao lado CC pelo motor.

(2) O inversor está conectado a vários motores pequenos. Quando ocorre uma falha de sobrecorrente em um dos motores pequenos, o inversor emitirá um alarme de falha de sobrecorrente, fazendo com que o inversor desarme, fazendo com que outros motores pequenos normais parem de funcionar.

Solução: Instale um transformador de isolamento 1:1 no lado de saída do inversor. Quando um ou mais motores pequenos apresentam uma falha de sobrecorrente, a corrente de falha impactará diretamente o transformador em vez do inversor, evitando assim o disparo do inversor. Após o experimento, ele funciona bem e a falha anterior de parada normal dos motores não ocorreu.

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As entradas e saídas são etiquetadas para facilitar a manutenção

O PLC controla um sistema complexo. Tudo o que você pode ver são duas fileiras de terminais de relé de entrada e saída escalonados, luzes indicadoras correspondentes e números de PLC, como um circuito integrado com dezenas de pinos. Quem não olhar o diagrama esquemático para reparar um dispositivo defeituoso ficará desamparado e a velocidade de localização da falha será muito lenta. Diante desta situação, traçamos uma tabela com base no diagrama esquemático elétrico e colamos no console ou gabinete de controle do equipamento, indicando o símbolo elétrico e o nome chinês correspondente a cada número do terminal de entrada e saída do PLC, que é semelhante a a descrição funcional de cada pino do circuito integrado.

Com esta tabela de entradas e saídas, eletricistas que entendem do processo de operação ou estão familiarizados com o diagrama ladder deste equipamento podem iniciar a manutenção.

Porém, para os eletricistas que não estão familiarizados com o processo de operação e não conseguem ler diagramas ladder, eles precisam desenhar outra tabela: tabela de funções lógicas de entrada e saída do PLC. Na verdade, esta tabela explica a correspondência lógica entre o circuito de entrada (elemento de disparo, elemento associado) e o circuito de saída (atuador) na maioria dos processos de operação.

A prática provou que se você puder usar habilmente a tabela de correspondência de entrada-saída e a tabela de funções lógicas de entrada-saída, poderá reparar facilmente falhas elétricas sem desenhos.

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Inferindo Falhas através da Lógica do Programa

Existem muitos tipos de PLCs comumente usados na indústria hoje. Para CLPs de baixo custo, as instruções do diagrama ladder são semelhantes. Para máquinas de médio a alto padrão, como o S7-300, muitos programas são escritos usando tabelas de linguagem.

Os diagramas de escada práticos devem ter anotações de símbolos chineses, caso contrário, serão difíceis de ler. Se você puder ter uma compreensão geral do processo do equipamento ou do processo de operação antes de ler o diagrama ladder, parecerá mais fácil.

Se for necessária uma análise de falha elétrica, geralmente é utilizado o método de busca reversa ou método de raciocínio reverso, ou seja, de acordo com a tabela de correspondência de entrada-saída, o relé de saída do PLC correspondente é encontrado a partir do ponto de falha e, em seguida, o lógico relação que satisfaz sua ação é invertida.

A experiência mostra que se um problema for encontrado, a falha pode ser basicamente eliminada, pois é raro que dois ou mais pontos de falha ocorram simultaneamente no equipamento.

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Julgamento de auto-falha do PLC

De modo geral, o PLC é um dispositivo extremamente confiável com uma taxa de falhas muito baixa. A probabilidade de danos ao hardware como PLC e CPU ou erros de software é quase zero. O ponto de entrada do PLC dificilmente será danificado, a menos que seja causado por forte intrusão elétrica. O ponto normalmente aberto do relé de saída do CLP terá uma longa vida útil de contato, a menos que a carga periférica esteja em curto-circuito ou o projeto não seja razoável e a corrente de carga exceda a faixa nominal.

Portanto, quando procuramos pontos de falha elétrica, devemos focar nos componentes elétricos periféricos do CLP e nem sempre suspeitar que há um problema com o hardware ou programa do CLP. Isto é muito importante para reparar rapidamente equipamentos defeituosos e retomar a produção.

Portanto, a inspeção e reparo de falhas elétricas do circuito de controle do CLP discutida pelo autor não se concentra no CLP em si, mas nos componentes elétricos periféricos do circuito controlado pelo CLP.

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Faça uso total e razoável dos recursos de software e hardware

(1) As instruções que não participam do ciclo de controle ou foram inseridas antes do ciclo não precisam ser conectadas ao PLC;

(2) Quando múltiplas instruções controlam uma tarefa, elas podem ser conectadas em paralelo fora do PLC e então conectadas a um ponto de entrada;

(3) Faça pleno uso dos componentes funcionais internos do PLC e chame totalmente o estado intermediário para tornar o programa completo, coerente e fácil de desenvolver. Ao mesmo tempo, também reduz o investimento em hardware e reduz custos;

(4) Se as condições permitirem, é melhor tornar cada saída independente, o que é conveniente para controle e inspeção e também protege outros circuitos de saída; quando um ponto de saída falha, isso apenas fará com que o circuito de saída correspondente perca o controle;

(5) Se a saída for uma carga controlada para frente/reverso, não apenas o programa interno do PLC deve ser interligado, mas também devem ser tomadas medidas fora do PLC para evitar que a carga se mova em ambas as direções;

(6) A parada de emergência do PLC deve ser interrompida usando um interruptor externo para garantir a segurança.

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Outras considerações

(1) Não conecte o cabo de alimentação CA ao terminal de entrada para evitar queimar o PLC;

(2) O terminal de aterramento deve ser aterrado de forma independente e não conectado em série com o terminal de aterramento de outro equipamento. A área da seção transversal do fio terra não deve ser inferior a 2mm²;

(3) A fonte de alimentação auxiliar é pequena e só pode acionar dispositivos de baixa potência (sensores fotoelétricos, etc.);

(4) Alguns PLCs possuem um certo número de pontos ocupados (ou seja, terminais de endereço vazios), não conectam os fios;

(5) Quando não há proteção no circuito de saída do PLC, um dispositivo de proteção, como um fusível, deve ser conectado em série no circuito externo para evitar danos causados por curto-circuito na carga.