Guia para reparo de CLPs: Dicas de solução de problemas e análise de custos

Quando um controlador lógico programável (PLC) falha, ele afeta radicalmente as operações de máquinas automatizadas e pode paralisar o fluxo de receita de uma empresa. Para muitos, os riscos e a pressão para que a produção volte a funcionar são extremamente altos. Nesses casos, evitar erros humanos ou erros do operador causados por pânico é vital; é fundamental manter a calma e o foco claro.

Este guia tem como objetivo atingir esse foco. Entre muitas coisas, ele procura fornecer uma abordagem passo a passo para solucionar problemas de um sistema PLC, obter uma base racional para orientar as decisões de reparo/substituição e definir as características de um parceiro adequado a ser contratado para retomar as operações.

Etapas essenciais de solução de problemas do PLC antes de chamar o suporte

O primeiro passo é ajustar sua mentalidade antes mesmo de abrir o gabinete de controle ou pegar um multímetro. Tente não pensar no CLP como uma única “caixa mágica”. Em vez disso, pense nele como um conjunto modular de componentes, composto por quatro áreas funcionais: a fonte de alimentação (o coração), a CPU (o cérebro), os módulos de E/S (as mãos) e os dispositivos de campo (o ambiente). Se você puder isolar mentalmente a falha em um dos quatro domínios, isso ajudará a aliviar a sensação de sobrecarga de olhar para todos os sistemas de controle industrial e permitirá que você realize uma triagem sistemática controlada.

Muitas pessoas relatam uma “falha” do PLC, que não é uma falha de componente, mas sim fatores ambientais que imitam um acidente. A realização das verificações a seguir pode economizar milhares de dólares.

1. Energia e interruptores

Primeiro, verifique o óbvio. Verifique o estado físico do CLP. O interruptor de chave na CPU está fisicamente girado para “STOP” ou “REM” (Remoto)? Se ela tiver batido durante a limpeza ou manutenção, a sequência do programa simplesmente parou de ser executada. Coloque-a em “RUN” (Executar). Em seguida, não confie na luz do gabinete para verificar se a energia está ligada. Use um multímetro para verificar a tensão na fonte de alimentação. Um disjuntor disparado, conexões soltas ou um bloco de terminais solto podem se parecer exatamente com uma CPU destruída. Certifique-se de verificar se há problemas na fonte de alimentação ou flutuações de tensão que possam estar causando falhas intermitentes.

2. Decodificar as luzes de erro

Os LEDs do painel frontal não se comportam de forma aleatória; esses indicadores de status representam informações usando um esquema de codificação primitivo. Se a luz “Fault” (Falha) estiver VERMELHA constante, significa que provavelmente há algum tipo de falha catastrófica de hardware ou que o timer do watchdog expirou e a CPU entrou em um estado de bloqueio para evitar uma parada repentina do processo. Se estiver piscando em VERMELHO, às vezes é possível recuperá-lo e pode representar um erro de estouro matemático com base na entrada incorreta de dados ou na falta de alguma configuração de E/S. É essencial que você se familiarize com esses códigos de erro. Em seguida, verifique a luz BATT. Se ela estiver acesa, NÃO desligue a unidade até que você confirme que há um backup da lógica do programa do PLC. Uma cópia de segurança é necessária porque, se a energia for cortada e a bateria acabar, o programa na RAM volátil levará à perda de dados e não poderá ser recuperado.

3. Inspecione o status da bateria imediatamente

Em muitos sistemas legados, e até mesmo em algumas plataformas atuais, há uma bateria de lítio que mantém o programa lógico ativo durante uma queda de energia. Se o LED BATT estiver aceso, isso significa que a substituição da bateria deve ser a prioridade máxima para evitar a perda permanente de dados. Importante: a maioria dos PLCs espera que você troque a bateria enquanto a energia estiver ligada. Se você desligá-lo para trocar a bateria, apagará a memória. Essa luz nunca deve ser ignorada. Não consulte um manual para verificar seu status de desativação.

4. Verificação da integridade da fiação e dos terminais

As vibrações de eletrônicos e máquinas podem ser muito prejudiciais. Quando uma máquina vibra continuamente por um longo período, isso ameaça a integridade da fiação. Os terminais e os parafusos podem se soltar, causando curtos-circuitos ou conexões soltas. Para realizar um “teste de puxão”, puxe de forma simples e suave os fios conectados à fonte de alimentação e às placas de entrada/saída. Além disso, se um fio neutro estiver solto, ele poderá causar interrupções de energia ao ligar o sistema de forma cíclica, criando a aparência de uma CPU com mau funcionamento. Além disso, procure por corrosão, especialmente nos terminais. Terminais corroídos criam resistência e calor que podem levar a uma queda repentina na tensão do sistema.

Modos de falha comuns do PLC e causas elétricas

Se o problema persistir depois de passar pelas verificações básicas, teremos que nos aprofundar para entender por que os sistemas de controle PLC falham. Os PLCs, embora projetados para condições severas, ainda são eletrônicos que contêm componentes sensíveis e podem ser bastante sensíveis. É fundamental entender os motivos comuns das falhas para evitar que se repitam.

Falhas no módulo da fonte de alimentação e picos de tensão

Os PSMs (Power Supply Modules, módulos de fonte de alimentação) devem lidar com as tarefas mais desafiadoras do gabinete de controle. O trabalho do PSM é converter a tensão de linha suja (120 VCA ou 24 VCC) de várias fontes elétricas para os 5 VCC necessários para a CPU e os circuitos lógicos. O PSM não funciona por design; ele apresenta problemas de funcionamento. O motivo mais comum de falhas no módulo da fonte de alimentação é a energia suja; especificamente, problemas elétricos na forma de picos de energia e flutuações de tensão da rede ou de grandes motores de partida nas proximidades.

As fontes de alimentação contêm capacitores especiais chamados eletrolíticos, que funcionam como bancos para armazenar energia. Com o calor e o envelhecimento, os capacitores nos PSMs sempre secarão. As fontes de alimentação podem armazenar energia significativa e, se componentes subdimensionados (expostos ao calor e ao envelhecimento) sofrerem um grande pico de tensão, o circuito de proteção de entrada poderá ser acionado. A fonte de alimentação que sofrer um curto-circuito não explodirá. Entretanto, a tensão cairá para, digamos, 4,5V. Isso não fritará a CPU, mas causará amnésia lógica. Esse é o fenômeno em que a CPU apresenta falhas, perde a comunicação ou é reinicializada sem motivo aparente, levando a um comportamento imprevisível e a uma operação não confiável, em que nenhum software pode ajudar a solucionar a confusão.

A estabilidade de seu CLP depende de componentes de alta qualidade. Se a fonte de alimentação falhar, a única solução confiável é a substituição imediata. Como fabricante, OMCH considera a fonte de alimentação como o dispositivo de proteção mais importante. Nossos ISO 9001-certificado fontes de alimentação industriais garantem desempenho estável e apresentam segurança abrangente - incluindo proteção contra curto-circuito e surtos - para proteger todo o seu sistema de controle contra futuras volatilidades elétricas.

Problemas de aterramento e queima do módulo de E/S

Os dispositivos de entrada e os módulos de saída servem como uma interface entre o digital e o físico e, portanto, são os mais expostos ao estresse elétrico do mundo externo. Uma das falhas mais comuns se deve ao Kickback indutivo que afeta os dispositivos de saída. Quando a saída do PLC desliga uma válvula solenoide ou um contator de motor, o campo magnético da bobina entra em colapso e uma alta tensão (back EMF) é gerada e atinge a placa do PLC.

Se não estiver protegido, esse fenômeno ocorrerá milhares de vezes por dia e acabará por carbonizar o transistor de saída, levando à falha do módulo ou causando a falta de resposta dos sensores. Além disso, verifique o aterramento adequado para evitar problemas de aterramento. Se o PLC e um sensor remoto forem aterrados em pontos diferentes, ocorrerão loops de aterramento. Esses efeitos de loop de terra criam um fluxo de corrente usando o fio de sinal. Esse ruído fará com que o CLP leia o sinal incorretamente (ele pode ler um ‘1’ como um ‘0’), ou o ruído queimará os pequenos traços das placas de circuito finas. Isso levará à perda instantânea e irreversível do canal.

Corrupção da CPU e dependências da bateria

Em geral, a unidade de processamento central (CPU) é a unidade mais potente e versátil; no entanto, as falhas costumam ser as mais prejudiciais. Como em qualquer outro sistema operado por bateria, o módulo de controle do PLC pode perder toda a memória funcional. Além disso, a CPU é muito suscetível a ruídos elétricos e superaquecimento. Uma forte interferência externa de inversores de frequência (VFDs) ou equipamentos de soldagem pode causar interferência eletromagnética (EMI) ou interferência de radiofrequência. Essa interferência de ruído elétrico pode induzir correntes desordenadas nos cabos de comunicação, derrubando pacotes e causando “falhas no processador”, falhas no software ou até mesmo a corrupção total do software.

Além disso, o gerenciamento térmico é fundamental. Os ambientes industriais geralmente apresentam fatores ambientais, como poeira e altas temperaturas. Se os ventiladores de resfriamento do gabinete falharem, o calor se acumula. Os componentes eletrônicos se degradam exponencialmente com o calor. Uma CPU executada em temperaturas extremas (por exemplo, 10°C mais quente do que a especificação) terá sua vida útil operacional reduzida para 50%, enquanto os danos térmicos aos fios de ligação internos causarão corrupção irrecuperável da CPU. Nesse ponto, a CPU se torna não confiável e deve ser removida do gabinete.

Estratégias de proteção proativas para evitar falhas futuras

Depois que um sistema é consertado, o alvo se torna permanente, ou seja, você não conserta o mesmo problema duas vezes. O reparo não deve ser a norma; a manutenção elétrica regular é fundamental. Garantir a saúde do sistema requer uma mitigação que não seja uma reflexão tardia. A tabela a seguir descreve técnicas específicas, incluindo a proteção contra surtos e o uso de transformadores de isolamento, com o objetivo de blindar o seu sistema de controle.

Análise de custos: Reparo de PLCs versus substituição do sistema

Quando ocorrem falhas no sistema, a decisão é binária: consertar o CLP antigo ou fazer o upgrade para um novo. Essa é uma decisão financeira crítica que exige um cálculo do ROI. Os serviços de reparo do CLP são a maneira mais eficaz de gastar seu orçamento?

Um reparo padrão, de acordo com o setor, custará entre 20%-40% do preço de um novo. O setor também tem um padrão, a Regra 50%. Essa regra diz que, se você acha que os serviços de reparo custarão 50%-60% da substituição, você deve sempre substituí-lo para obter maior vida útil e garantia adicional.

Toda a situação muda drasticamente se uma peça for considerada “obsoleta” ou “em fim de vida útil”. Se não for possível comprar uma nova, suas opções são excedentes/usados de alto risco ou o que chamamos de reparo profissional. Um provedor de serviços de manutenção qualificado pode oferecer um “reparo profissional” que basicamente reinicia o relógio do hardware.

Além disso, não se esqueça do custo oculto de engenharia da substituição. O software também precisa ser reescrito e testado novamente, o que é necessário para substituir uma unidade antiga em uma nova plataforma e, muitas vezes, é um custo que ofusca o hardware. A solução de vários problemas por meio de um reparo no $800 com instalação “Plug and Play” geralmente é mais inteligente do que uma substituição no $500, que incorre em $5.000 em tempo de engenharia.

Entendendo o processo de reparo profissional em nível de componente

É possível que o eletricista de seu local de trabalho simplesmente solde um novo capacitor na placa? Por que é necessário um serviço profissional? A diferença é encontrar a verdadeira causa raiz e a raiz do problema. Em um reparo do tipo "faça você mesmo", o processo de reforma profissional é feito em uma clínica de reparos.

• Limpeza ultrassônica

Contaminantes visíveis em placas de circuito industrial, bem como pó de carbono queimado e produtos químicos condutores. Os resíduos condutores podem causar curto-circuito na placa de circuito. As lojas profissionais mergulham as placas em limpadores ultrassônicos que usam solventes seguros para eletrônicos.

1. Análise de assinaturas e teste de componentes

É fácil não perceber as queimaduras, por isso os técnicos não fazem apenas uma análise visual. Eles usam dispositivos de reposicionamento de análise de assinatura lógica para sondar chips para testes passivos. Eles testam os capacitores quanto à ESR (Equivalent Series Resistance, resistência equivalente em série). Um capacitor pode parecer fisicamente perfeito. Nós filtramos a tensão e depois o queimamos.

• Perfilamento e retrabalho de BGA

Os CLPs modernos usam chips BGA (Ball Grid Array), que têm centenas de contatos na superfície inferior. É impossível soldá-los manualmente. As estações de retrabalho por infravermelho são equipamentos de nível profissional, e essas fitas servem para nivelar com precisão microscópica, levantar e substituir processadores.

• A etapa crucial: Teste de carga

É nesse ponto que os reparos DIY falham. Uma saída de PLC pode facilmente acionar um LED em uma bancada de trabalho. No entanto, quando é chamada para controlar uma válvula solenoide de 2 ampères, ela pode falhar devido à fragilidade dos drivers internos. As lojas profissionais utilizam os chamados bancos de carga dinâmicos. Eles são usados para operar os CLPs reparados com uma carga elétrica contínua, como a que pode ser encontrada em uma fábrica real, às vezes por 24 a 48 horas. Esse processo de burn-in detecta falhas de mortalidade infantil enquanto a unidade ainda está na oficina profissional, e não depois de ter sido enviada de volta às instalações do usuário.

Critérios para selecionar um fornecedor confiável de reparos de PLC

Nem todos os serviços de reparo de PLC são criados da mesma forma. A barreira para a entrada é baixa, mas a barreira para a excelência é alta. Ao avaliar um prestador de serviços de manutenção para lidar com seus ativos críticos de automação, procure estes três critérios não negociáveis:

1. A estrutura de garantia: Uma garantia de pelo menos 12 meses é a garantia mínima aceitável. Uma loja que tem apenas 90 dias de garantia tem muito pouca confiança em sua mão de obra.
2. Equipamentos de teste ativos: Pergunte a eles em particular: “Vocês têm um rack e uma CPU para testar meu modelo exato?” Há muitos corretores que afirmam ser oficinas de reparos, mas, na verdade, terceirizam todo o trabalho. Sem bancada de teste, não há conhecimento.
3. Capacidade de Rush: Dias de folga podem ser caros. Um bom parceiro para sua empresa deve ser capaz de oferecer a opção ‘Rush’ em 24 a 48 horas para suas solicitações urgentes.

Considerando esses critérios, a tabela a seguir fornece uma rápida análise comparativa dessas empresas de renome.

Considerações finais sobre a maximização do tempo de atividade dos equipamentos industriais

Independentemente do dano, os reparos sempre serão necessários. Mas essa é a abordagem da ‘ambulância’ depois que você cai em um penhasco. Em última análise, cada falha do PLC indica uma realidade preocupante: seu ambiente de controle continua altamente instável. Você pode continuar a reparar os danos causados por outros reparos ou pode atenuar essas falhas fortalecendo o sistema do gabinete para suportar o ruído elétrico, o calor e os picos de energia que destruirão os componentes frágeis.

Como um fabricante com 38 anos de experiência em produção, passamos a apreciar as dificuldades de trabalhar em um ambiente de fábrica. Nosso compromisso de fornecer componentes industriais estáveis continua firme. Com mais de 72.000 clientes em 100 países, temos uma grande quantidade de conhecimento de diferentes setores para nos ajudar a construir um entendimento completo da fábrica. Nossos engenheiros com mais de 20 anos de experiência estão ansiosos para ajudá-lo a encontrar as soluções mais precisas e profissionais para os seus problemas de automação.

Não espere pelo próximo colapso. Forneça aos seus sistemas a energia limpa e o isolamento de sinal que eles merecem. Explore o catálogo da OMCHe hoje para encontrar as fontes de alimentação industriais, relés e componentes de proteção que transformam um sistema frágil em uma fortaleza.