Guía para la reparación de PLC: Consejos para solucionar problemas y análisis de costes

Cuando un controlador lógico programable (PLC) deja de funcionar, afecta radicalmente al funcionamiento de la maquinaria automatizada y puede paralizar el flujo de ingresos de una empresa. Para muchos, lo que está en juego y la presión por volver a poner en marcha la producción son extremadamente altos. En estos casos, es vital evitar los errores humanos o los errores de los operarios causados por el pánico; es fundamental mantener la calma y un enfoque claro.

Esta guía pretende alcanzar este objetivo. Entre otras cosas, pretende proporcionar un enfoque paso a paso para solucionar los problemas de un sistema PLC, obtener una base racional para orientar las decisiones de reparación/sustitución y definir las características de un socio adecuado al que contratar para reanudar las operaciones.

Pasos esenciales para solucionar problemas del PLC antes de llamar al servicio de asistencia técnica

El primer paso es adaptar su mentalidad antes incluso de abrir el armario eléctrico o coger un multímetro. Intente no pensar en el PLC como una única “caja mágica”. En su lugar, piense en él como un conjunto modular de componentes, formado por cuatro áreas funcionales: la fuente de alimentación (el corazón), la CPU (el cerebro), los módulos de E/S (las manos) y los dispositivos de campo (el entorno). Si puede aislar mentalmente el fallo en uno de los cuatro ámbitos, le ayudará a aliviar la abrumadora sensación de estar examinando todo el sistema de control industrial y le permitirá realizar un triaje sistemático controlado.

Muchas personas informan de un “fallo” del PLC, que no es un fallo de un componente, sino más bien factores ambientales que imitan un accidente. Realizar las siguientes comprobaciones puede ahorrarle miles de dólares.

1. Alimentación e interruptores

Compruebe primero lo evidente. Verifique el estado físico del PLC. ¿Está el interruptor de llave de la CPU físicamente en “STOP” o “REM” (Remoto)? Si se golpeó durante la limpieza o el mantenimiento, la secuencia del programa simplemente dejó de ejecutarse. Gírelo a “RUN” (Ejecutar). A continuación, no confíe en la luz del armario para verificar el encendido. Utilice un multímetro para verificar el voltaje en la fuente de alimentación. Un disyuntor disparado, conexiones sueltas o un bloque de terminales flojo pueden parecerse exactamente a una CPU destruida. Asegúrese de comprobar si hay problemas con la fuente de alimentación o fluctuaciones de tensión que puedan estar causando fallos intermitentes.

2. Descifrar las luces de error

Los LEDs de la placa frontal no se comportan al azar; estos indicadores de estado representan información usando un esquema de codificación primitivo. Si la luz de “Fallo” está en ROJO fijo, significa que probablemente hay algún tipo de fallo de hardware catastrófico, o que el temporizador de vigilancia se ha agotado, y la CPU ha entrado en un estado de bloqueo para evitar una parada repentina del proceso. Si parpadea en ROJO, a veces es recuperable, y puede representar un error matemático de desbordamiento basado en una entrada de datos incorrecta o falta alguna configuración de E/S. Familiarizarse con estos códigos de error es esencial. A continuación, compruebe la luz BATT. Si está encendida, NO apague la unidad hasta que confirme que hay una copia de seguridad de la lógica del programa del PLC. Una copia de seguridad es necesaria porque si se corta la alimentación y la batería está agotada, el programa en RAM volátil conduce a la pérdida de datos y es irrecuperable.

3. Inspeccione inmediatamente el estado de la batería

Para muchos sistemas heredados, e incluso algunas plataformas actuales, hay una batería de litio que mantiene vivo el programa lógico durante un corte de energía. Si el LED BATT está iluminado, significa que la sustitución de la batería debe ser la máxima prioridad para evitar la pérdida permanente de datos. Importante: La mayoría de los PLCs esperan que cambie la batería mientras está encendido. Si lo apaga para cambiar la batería, borrará la memoria. Esta luz nunca debe ignorarse. No consulte el manual para verificar su estado de desactivación.

4. Comprobación de la integridad del cableado y los terminales

Las vibraciones de la electrónica y la maquinaria pueden ser muy perjudiciales. Cuando una máquina vibra continuamente durante un periodo prolongado, pone en peligro la integridad del cableado. Los terminales y tornillos pueden aflojarse, provocando cortocircuitos o conexiones sueltas. Para realizar una “prueba de tirón”, tire simple y suavemente de los cables conectados a la fuente de alimentación y a las tarjetas de entrada/salida. Además, si un cable neutro está suelto, puede causar interrupciones en la alimentación al ciclar la alimentación al sistema, creando la apariencia de una CPU que funciona mal. Además, busque corrosión, especialmente en los terminales. Los terminales corroídos crean resistencia y calor que pueden provocar una caída repentina de la tensión del sistema.

Modos habituales de fallo del PLC y causas eléctricas

Si el problema persiste después de realizar las comprobaciones básicas, tendremos que profundizar para entender por qué fallan los sistemas de control PLC. Los PLC, aunque están diseñados para condiciones severas, siguen siendo componentes electrónicos que contienen componentes sensibles, y pueden ser bastante delicados. Es crucial entender las razones comunes por las que fallan para evitar que se repitan.

Fallos del módulo de alimentación y picos de tensión

Los módulos de fuente de alimentación (PSM) deben hacer frente a las tareas más exigentes del armario eléctrico. El trabajo del PSM es convertir la tensión de línea sucia (120VAC o 24VDC) de varias fuentes eléctricas a los 5VDC claros que necesitan la CPU y los circuitos lógicos. El PSM no funciona por diseño; funciona mal. La razón más común de los fallos del módulo de fuente de alimentación es la energía sucia; concretamente, problemas eléctricos en forma de sobretensión y fluctuaciones de tensión procedentes de la red o de grandes motores de arranque en las proximidades.

Las fuentes de alimentación contienen condensadores especiales llamados electrolíticos, que actúan como bancos para almacenar energía. Con el calor y el paso del tiempo, los condensadores de las fuentes de alimentación siempre se secan. Las fuentes de alimentación pueden almacenar una cantidad importante de energía y si los componentes subdimensionados (expuestos al calor y al paso del tiempo) sufren un pico de tensión importante, puede dispararse el circuito de protección de entrada. La fuente de alimentación que entre en cortocircuito no explotará. Sin embargo, el voltaje caerá a, digamos, 4,5V. Esto no freirá la CPU, pero causará amnesia lógica. Este es el fenómeno en el que la CPU tiene fallos, pierde su comunicación, o se reinicia sin razón aparente, dando lugar a un comportamiento impredecible y un funcionamiento poco fiable, donde ningún software puede ayudar a solucionar el lío.

La estabilidad de su PLC depende de componentes de alta calidad. Si falla la fuente de alimentación, lo único fiable es sustituirla rápidamente. Como fabricante, OMCH considera que la fuente de alimentación es el dispositivo de protección más importante. Nuestro ISO 9001-certificado las fuentes de alimentación industriales garantizan rendimiento constante y cuentan con una seguridad integral -incluida la protección contra cortocircuitos y sobretensiones- para proteger todo su sistema de control de futuras volatilidades eléctricas.

Módulo de E/S quemado y problemas de conexión a tierra

Los dispositivos de entrada y los módulos de salida sirven de interfaz entre lo digital y lo físico y, por tanto, son los más expuestos al estrés eléctrico del mundo exterior. Uno de los fallos más comunes se debe al retorno inductivo que afecta a los dispositivos de salida. Cuando la salida del PLC cierra una válvula solenoide o un contactor de motor, el campo magnético de la bobina se colapsa y se genera una alta tensión (EMF de retorno) que se dispara hacia la tarjeta del PLC.

Si no se protege, este fenómeno ocurrirá miles de veces al día y acabará carbonizando el transistor de salida, provocando el fallo del módulo o haciendo que los sensores no respondan. Además, verifique la correcta conexión a tierra para evitar problemas de conexión a tierra. Si el PLC y un sensor remoto están conectados a tierra en puntos diferentes, se producen bucles de tierra. Estos efectos de bucle de tierra crean un flujo de corriente utilizando el cable de señal. Este ruido hará que el PLC lea la señal incorrectamente (podría leer un ‘1’ como un ‘0’), o el ruido quemará las pequeñas trazas de las placas de circuito delgadas. Esto provocará una pérdida instantánea e irreversible del canal.

Corrupción de la CPU y dependencia de la batería

En general, la unidad central de procesamiento (CPU) es la unidad más potente y versátil; sin embargo, los fallos suelen ser los más perjudiciales. Como ocurre con cualquier otro sistema alimentado por batería, el módulo de control del PLC puede perder toda la memoria de funcionamiento. Además, la CPU es muy susceptible al ruido eléctrico y al sobrecalentamiento. Las fuertes interferencias externas procedentes de variadores de frecuencia (VFD) o equipos de soldadura pueden causar interferencias electromagnéticas (EMI) o interferencias de radiofrecuencia. Estas interferencias de ruido eléctrico pueden inducir corrientes parásitas en los cables de comunicación, dejando caer paquetes y causando “Fallos de Procesador”, fallos de software o incluso la corrupción total del software.

Además, la gestión térmica es primordial. Los entornos industriales suelen presentar factores ambientales como polvo y altas temperaturas. Si los ventiladores de refrigeración del armario fallan, el calor se acumula. La electrónica se degrada exponencialmente con el calor. Una CPU que funcione a temperaturas extremas (por ejemplo, 10 °C más de lo especificado) verá reducida su vida útil a 50%, mientras que los daños térmicos en los cables de unión internos provocarán una corrupción irrecuperable de la CPU. Llegados a este punto, la CPU deja de ser fiable y debe retirarse de la caja.

Estrategias de protección proactivas para evitar futuros fallos

Una vez reparado un sistema, el objetivo pasa a ser permanente, por lo que no se arregla el mismo problema dos veces. La reparación no debe ser la norma; el mantenimiento eléctrico regular es clave. Garantizar la salud del sistema requiere una mitigación que no sea una ocurrencia tardía. En la tabla siguiente se describen técnicas específicas, como la protección contra sobretensiones y el uso de transformadores de aislamiento, destinadas a blindar su sistema de control.

Análisis de costes: Reparación de PLC frente a sustitución del sistema

Cuando se producen fallos en el sistema, la decisión es binaria: reparar el PLC antiguo o actualizarlo por uno nuevo. Se trata de una decisión financiera crítica que requiere un cálculo del retorno de la inversión. Son los servicios de reparación de PLC la forma más eficaz de gastar su presupuesto?

Una reparación estándar, según la industria, costará entre 20%-40% del precio de una nueva. El sector también tiene una norma, la Regla 50%. Según esta norma, si cree que los servicios de reparación van a costar 50%-60% de lo que costaría uno nuevo, debería sustituirlo siempre para aumentar la vida útil y la garantía.

Toda la situación cambia radicalmente si una pieza se considera “Obsoleta” o “Fin de vida útil”. Si no puede comprar una nueva, sus opciones son los excedentes/usados de alto riesgo o, lo que llamamos una reparación profesional. Un proveedor de servicios de mantenimiento cualificado puede ofrecer una “reparación profesional” que esencialmente pone a cero el reloj del hardware.

Además, no hay que olvidar el coste de ingeniería oculto de la sustitución. También hay que reescribir y volver a probar el software, lo que es necesario para sustituir una unidad antigua en una plataforma nueva y suele ser un coste que eclipsa al del hardware. Solucionar varios problemas mediante una reparación $800 con instalación “Plug and Play” suele ser más inteligente que una sustitución $500 que conlleva $5.000 en tiempo de ingeniería.

Comprender el proceso profesional de reparación de componentes

¿Es posible que el electricista de su obra se limite a soldar un condensador nuevo en la placa? ¿Por qué es necesario un servicio profesional? La diferencia estriba en encontrar la verdadera causa y la raíz del problema. En una reparación de bricolaje, el proceso de reparación profesional se realiza en una clínica de reparaciones.

• Limpieza por ultrasonidos

Contaminantes visibles en placas de circuitos industriales, así como polvo de carbón quemado y productos químicos conductores. Los residuos conductores pueden provocar un cortocircuito en la placa de circuito. Los talleres profesionales sumergen las placas en limpiadores ultrasónicos con disolventes seguros para la electrónica.

1. Análisis de firmas y pruebas de componentes

Las quemaduras son fáciles de pasar por alto, por lo que los técnicos no se limitan a analizarlas visualmente. Utilizan dispositivos de reposicionamiento de análisis de firmas lógicas para sondear los chips y realizar pruebas pasivas. Comprueban la resistencia serie equivalente (ESR) de los condensadores. Un condensador puede parecer físicamente perfecto. Filtramos la tensión y luego lo quemamos.

• Perfilado y reprocesado de BGA

Los PLC modernos utilizan chips BGA (Ball Grid Array), que tienen cientos de contactos en la superficie inferior. Es imposible soldarlos a mano. Las estaciones de retrabajo por infrarrojos son equipos de grado profesional, y estas son cintas son para nivelar precisión microscópica, levantar y reemplazar procesadores.

• El paso crucial: Pruebas de carga

Aquí es donde fallan las reparaciones de bricolaje. La salida de un PLC puede activar fácilmente un LED en un banco de trabajo. Sin embargo, cuando se le pide que controle una electroválvula de 2 amperios, puede fallar debido a la fragilidad de los controladores internos. Los talleres profesionales aplican lo que se denominan bancos de carga dinámica. Se utilizan para hacer funcionar los PLC reparados con una carga eléctrica sostenida como la que podría encontrarse en una fábrica real, a veces durante 24 a 48 horas. Este proceso de rodaje detecta fallos de mortalidad infantil mientras la unidad está todavía en el taller profesional, en lugar de después de haber sido enviada de vuelta a las instalaciones del usuario.

Criterios para seleccionar un proveedor de reparaciones de PLC fiable

No todos los servicios de reparación de PLC son iguales. La barrera de entrada es baja, pero la de la excelencia es alta. A la hora de seleccionar un proveedor de servicios de mantenimiento que se encargue de sus activos de automatización críticos, busque estos tres criterios no negociables:

1. La estructura de la garantía: Una garantía de al menos 12 meses es la garantía mínima aceptable. Un taller que solo tiene una garantía de 90 días tiene muy poca fe en su mano de obra.
2. Bancos de pruebas activos: Pregúnteles en concreto: “¿Disponen de bastidor y CPU para probar mi modelo exacto?”. Hay muchos intermediarios que dicen ser talleres de reparación, pero en realidad subcontratan todo el trabajo. Sin banco de pruebas no hay conocimientos.
3. Capacidad de prisa: Los días libres pueden ser costosos. Un buen socio para su empresa debería poder ofrecer una opción ‘Rush’ en 24-48 horas para sus solicitudes urgentes.

Teniendo en cuenta estos criterios, el siguiente cuadro ofrece un rápido análisis comparativo de estas reputadas empresas.

Reflexiones finales sobre cómo maximizar el tiempo de actividad de los equipos industriales

Independientemente de los daños, siempre habrá que hacer reparaciones. Pero éste es el planteamiento de la ‘ambulancia’ después de haber caído por un precipicio. En última instancia, cada fallo del PLC indica una realidad preocupante: su entorno de control sigue siendo muy inestable. Puede seguir reparando los daños causados por otras reparaciones, o puede mitigar estos fallos reforzando su sistema de armarios para soportar el ruido eléctrico, el calor y las subidas de tensión que destruirán los componentes frágiles.

Como fabricante con 38 años de experiencia en producción, hemos llegado a apreciar las dificultades de trabajar en un entorno de fábrica. Nuestro compromiso de suministrar componentes industriales estables sigue siendo firme. Con más de 72.000 clientes en 100 países, contamos con una gran cantidad de conocimientos de diferentes industrias que nos ayudan a construir una comprensión completa de la fábrica. Nuestros ingenieros, con más de 20 años de experiencia, están deseando ayudarle a encontrar las soluciones más precisas y profesionales para sus problemas de automatización.

No esperes a la próxima avería. Proporcione a sus sistemas la potencia limpia y el aislamiento de señal que se merecen. Explorar el catálogo OMCHe hoy mismo para encontrar las fuentes de alimentación industriales, los relés y los componentes de protección que convierten un sistema frágil en una fortaleza.