Руководство по ремонту ПЛК: Советы по устранению неисправностей и анализ затрат

Когда программируемый логический контроллер (ПЛК) выходит из строя, это радикально влияет на работу автоматизированного оборудования и может остановить поток доходов компании. Для многих ставки и необходимость возобновить производство чрезвычайно высоки. В таких случаях крайне важно избежать человеческой ошибки или ошибки оператора, вызванной паникой; необходимо сохранять спокойствие и четкую концентрацию.

Данное руководство направлено на достижение этой цели. Помимо прочего, оно призвано обеспечить пошаговый подход к поиску неисправностей в системе ПЛК, создать рациональную основу для принятия решений о ремонте/замене и определить характеристики подходящего партнера, которого следует привлечь для возобновления работы.

Основные шаги по устранению неисправностей ПЛК перед обращением в службу поддержки

Прежде всего, необходимо перестроить свое мышление еще до того, как вы откроете шкаф управления или возьмете в руки мультиметр. Постарайтесь не думать о ПЛК как о единой “волшебной коробке”. Вместо этого думайте о нем как о модульном наборе компонентов, состоящем из четырех функциональных областей: источник питания (сердце), центральный процессор (мозг), модули ввода/вывода (руки) и полевые устройства (среда). Если вы сможете мысленно отнести неисправность к одной из четырех областей, это поможет облегчить подавляющее ощущение от просмотра всей промышленной системы управления и позволит вам провести контролируемую систематическую сортировку.

Многие люди сообщают о “поломке” PLC, но это не поломка компонента, а факторы окружающей среды, имитирующие аварию. Выполнение следующих проверок может сэкономить вам тысячи долларов.

1. Питание и переключатели

Сначала проверьте очевидное. Проверьте физическое состояние ПЛК. Не повернут ли клавишный переключатель на процессоре в положение “STOP” или “REM” (Remote)? Если он был ударен во время чистки или обслуживания, последовательность программ просто перестала выполняться. Переведите его в положение “RUN”. Далее, не доверяйте лампочке в шкафу, чтобы убедиться, что питание включено. Проверьте напряжение на блоке питания с помощью мультиметра. Сработавший прерыватель, ослабленные соединения или клеммная колодка могут выглядеть точно так же, как разрушенный процессор. Обязательно проверьте, нет ли проблем с блоком питания или перепадов напряжения, которые могут быть причиной периодических сбоев.

2. Расшифровка индикаторов ошибок

Светодиоды лицевой панели ведут себя не случайно; эти индикаторы состояния представляют информацию с помощью примитивной схемы кодирования. Если индикатор “Fault” горит сплошным КРАСНЫМ цветом, это означает, что, скорее всего, произошел какой-то катастрофический аппаратный сбой, или таймер сторожевого таймера вышел из строя, и процессор перешел в состояние блокировки, чтобы предотвратить внезапную остановку процесса. Если он мигает КРАСНЫМ, это иногда можно восстановить, и он может представлять собой математическую ошибку переполнения, основанную на неправильном вводе данных или отсутствии конфигурации ввода/вывода. Ознакомьтесь с этими кодами ошибок. Затем проверьте индикатор BATT. Если он горит, НЕ выключайте питание устройства, пока не убедитесь, что имеется резервная копия логики программы ПЛК. Резервная копия необходима, поскольку при отключении питания и разряде батареи программа в энергонезависимой оперативной памяти приводит к потере данных и не подлежит восстановлению.

3. Немедленно проверьте состояние батареи

Во многих устаревших системах и даже в некоторых современных платформах имеется литиевая батарея, которая поддерживает работу логической программы во время отключения питания. Если горит светодиод BATT, это означает, что замена батареи должна быть первоочередной задачей, чтобы предотвратить необратимую потерю данных. Важно: Большинство ПЛК предполагают замену батареи при включенном питании. Если вы отключите питание, чтобы заменить батарею, вы сотрете память. Этот индикатор ни в коем случае нельзя игнорировать. Не обращайтесь к руководству для проверки его неработающего состояния.

4. Проверка целостности проводов и клемм

Вибрации электроники и оборудования могут быть очень вредными. Если машина вибрирует непрерывно в течение длительного времени, это угрожает целостности проводки. Клеммы и винты могут ослабнуть, что приведет к короткому замыканию или ослаблению соединений. Чтобы провести “тест на перетягивание”, просто и мягко потяните за провода, подключенные к источнику питания и входным/выходным платам. Кроме того, если ослаблен нейтральный провод, это может вызвать перебои в подаче питания в систему, создавая видимость неисправности процессора. Кроме того, обратите внимание на коррозию, особенно на клеммах. Корродирующие клеммы создают сопротивление и нагреваются, что может привести к внезапному падению напряжения в системе.

Распространенные способы отказа ПЛК и электрические причины

Если после выполнения основных проверок проблема не исчезла, нам придется углубиться в причины отказа систем управления ПЛК. ПЛК, хотя и предназначены для работы в жестких условиях, все же являются электроникой, содержащей чувствительные компоненты, и могут быть довольно чувствительными. Очень важно понять распространенные причины их отказа, чтобы предотвратить повторение.

Отказы модулей питания и скачки напряжения

Модули питания (PSM) должны решать самые сложные задачи в шкафу управления. Задача PSM - преобразовать грязное сетевое напряжение (120 или 24 В постоянного тока) от различных источников электроэнергии в чистое 5 В постоянного тока, необходимое центральному процессору и логическим схемам. По своей конструкции PSM не работает, он неисправен. Наиболее распространенная причина отказов модулей питания - грязное питание; в частности, электрические проблемы в виде скачков и колебаний напряжения в сети или от крупных пусковых двигателей, расположенных поблизости.

Источники питания содержат специальные конденсаторы, называемые электролитическими, которые действуют как банки для хранения энергии. При нагревании и старении конденсаторы в PSM всегда высыхают. Источники питания могут накапливать значительную энергию, и если на негабаритных компонентах (подверженных нагреву и старению) произойдет сильный скачок напряжения, могут сработать схемы защиты входа. Источник питания, в котором произошло замыкание, не взорвется. Однако напряжение упадет, скажем, до 4,5 В. Это не поджарит процессор, но вызовет логическую амнезию. Это явление, когда процессор глючит, теряет связь или перезагружается без видимых причин, что приводит к непредсказуемому поведению и ненадежной работе, когда никакое программное обеспечение не может помочь устранить неполадки.

Стабильность работы вашего ПЛК зависит от высококачественных компонентов. Если источник питания выходит из строя, единственным надежным способом является его скорейшая замена. Как производитель, ОМЧ рассматривает источник питания как наиболее важное устройство защиты. Наш сайт ISO 9001-сертифицировано промышленные источники питания обеспечивают стабильная работа и оснащены комплексной защитой, включая защиту от короткого замыкания и перенапряжения, чтобы защитить всю систему управления от будущих электрических неустойчивостей.

Перегорание модуля ввода/вывода и проблемы с заземлением

Устройства ввода и модули вывода служат интерфейсом между цифровыми и физическими данными и поэтому наиболее подвержены электрическому воздействию из внешнего мира. Один из наиболее распространенных отказов связан с индуктивной отдачей, воздействующей на выходные устройства. Когда выход ПЛК отключает электромагнитный клапан или контактор двигателя, магнитное поле катушки разрушается, генерируется высокое напряжение (обратная ЭДС), которое скачком направляется к плате ПЛК.

Если не обеспечить защиту, это явление будет происходить тысячи раз в день и в конце концов приведет к засорению выходного транзистора, что приведет к выходу модуля из строя или к невосприимчивости датчиков. Кроме того, проверьте правильность заземления, чтобы избежать проблем с заземлением. Если ПЛК и удаленный датчик заземлены в разных точках, возникают контуры заземления. Эти контуры заземления создают ток, протекающий по сигнальному проводу. Этот шум приводит к тому, что ПЛК неправильно считывает сигнал (может считать ‘1’ за ‘0’), или шум сжигает мелкие дорожки на тонких печатных платах. Это приведет к мгновенной и необратимой потере канала.

Нарушение работы процессора и зависимость от батареи

В целом, центральный процессор (ЦП) является самым мощным и универсальным устройством, однако его отказы обычно наносят наибольший ущерб. Как и в любой другой системе, работающей от батареи, модуль управления ПЛК может потерять всю функционирующую память. Кроме того, центральный процессор очень чувствителен к электрическим помехам и перегреву. Сильные внешние помехи от частотно-регулируемых приводов (ЧРП) или сварочного оборудования могут вызвать электромагнитные помехи (ЭМИ) или радиочастотные помехи. Эти электрические помехи могут вызывать несанкционированные токи в кабелях связи, отбрасывая пакеты и вызывая “сбои процессора”, программные сбои или даже полное повреждение программного обеспечения.

Кроме того, первостепенное значение имеет терморегулирование. В промышленной среде часто присутствуют такие факторы окружающей среды, как пыль и высокие температуры. Если вентиляторы охлаждения корпуса выходят из строя, тепло накапливается. Электроника деградирует в геометрической прогрессии. Срок службы процессора, работающего при экстремальных температурах (например, на 10 °C выше спецификации), сократится до 50%, а термическое повреждение внутренних соединительных проводов приведет к невосстановимому повреждению процессора. В этот момент процессор становится ненадежным и должен быть извлечен из корпуса.

Стратегии проактивной защиты для предотвращения будущих сбоев

Как только система отремонтирована, цель становится постоянной, и вы не сможете устранить одну и ту же проблему дважды. Ремонт не должен быть нормой; регулярное обслуживание электрооборудования - ключевой момент. Для обеспечения работоспособности системы требуется смягчение последствий, которое не является чем-то второстепенным. В следующей таблице описаны конкретные методы, включая защиту от перенапряжения и использование разделительных трансформаторов, направленные на защиту вашей системы управления.

Анализ затрат: Ремонт ПЛК по сравнению с заменой системы

При возникновении сбоев в системе необходимо принять двоякое решение: отремонтировать старый ПЛК или перейти на новый. Это критическое финансовое решение, требующее расчета окупаемости инвестиций. Являются ли услуги по ремонту ПЛК наиболее эффективным способом расходования бюджета?

Стандартный ремонт, по мнению специалистов, стоит от 20%-40% от цены нового. В отрасли также существует стандарт - Правило 50%. Это правило гласит: если вы считаете, что ремонт обойдется в 50%-60% от стоимости замены, вам всегда следует заменить его, чтобы получить увеличенный срок службы и дополнительную гарантию.

Ситуация кардинально меняется, если деталь считается “устаревшей” или “отслужившей свой срок”. Если вы не можете приобрести новую деталь, ваш выбор - это рискованные излишки/использованные детали или так называемый профессиональный ремонт. Квалифицированный поставщик услуг по техническому обслуживанию может предложить “профессиональный ремонт”, который, по сути, переводит время работы оборудования.

Также не забывайте о скрытых инженерных затратах на замену. Программное обеспечение также необходимо переписать и протестировать, что требуется для замены старого устройства на новой платформе, и эти расходы часто превышают стоимость аппаратного обеспечения. Устранение различных проблем с помощью ремонта $800 с установкой “Plug and Play” часто оказывается более разумным, чем замена $500, требующая $5 000 инженерного времени.

Понимание процесса профессионального ремонта на уровне компонентов

Может ли ваш электрик просто припаять новый конденсатор к плате? Почему необходим профессиональный сервис? Разница заключается в поиске истинной первопричины и корня проблемы. При ремонте "сделай сам" профессиональный ремонт выполняется в ремонтной клинике.

• Ультразвуковая очистка

Видимые загрязнения на промышленных печатных платах, а также сгоревшая угольная пыль и токопроводящие химикаты. Токопроводящие остатки могут привести к короткому замыканию печатной платы. Профессиональные мастерские погружают платы в ультразвуковые очистители с использованием безопасных для электроники растворителей.

1. Анализ сигнатур и тестирование компонентов

Ожоги легко пропустить, поэтому специалисты проводят не только визуальный анализ. Они используют устройства для перестановки логических сигнатур, чтобы прощупать микросхемы для пассивного тестирования. Они проверяют конденсаторы на эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Физически конденсатор может выглядеть идеально. Мы фильтруем напряжение, а затем пережигаем его.

• Профилирование и обработка BGA

В современных ПЛК используются микросхемы Ball Grid Array (BGA), которые имеют сотни контактов на нижней поверхности. Паять их вручную невозможно. Инфракрасные станции доработки - это оборудование профессионального уровня, и именно эти ленты позволяют с микроскопической точностью выравнивать, поднимать и заменять процессоры.

• Решающий шаг: Нагрузочное тестирование

Именно здесь ремонт "сделай сам" не удается. Выход ПЛК может легко запустить светодиод на верстаке. Однако, когда он должен управлять 2-амперным электромагнитным клапаном, он может выйти из строя из-за хрупких внутренних драйверов. Профессиональные мастерские применяют так называемые динамические нагрузочные устройства. Они используются для запуска отремонтированных ПЛК с длительной электрической нагрузкой, как на реальном заводе, иногда в течение 24-48 часов. Такой процесс "прожига" позволяет выявить неисправности в младенческом возрасте, пока устройство еще находится в профессиональной мастерской, а не после того, как оно будет отправлено обратно на предприятие пользователя.

Критерии выбора надежного поставщика услуг по ремонту ПЛК

Не все сервисы по ремонту ЛКП созданы одинаковыми. Барьер для входа низок, но барьер для достижения совершенства высок. Когда вы выбираете поставщика услуг по техническому обслуживанию для работы с вашими критически важными средствами автоматизации, обратите внимание на эти три неоспоримых критерия:

1. Структура гарантии: Гарантия не менее 12 месяцев - это минимально допустимая гарантия. Магазин, дающий гарантию всего на 90 дней, очень слабо верит в качество своей работы.
2. Активные испытательные стенды: Спросите их, в частности: “Есть ли у вас стойка и процессор, чтобы протестировать именно мою модель?”. Есть много брокеров, которые утверждают, что являются ремонтными мастерскими, но на самом деле они отдают всю работу на аутсорсинг. Отсутствие тестового стенда означает отсутствие знаний.
3. Способность к спешке: Выходные дни могут стоить дорого. Хороший партнер для вашей компании должен быть в состоянии предоставить опцию ‘Rush’ в течение 24-48 часов для ваших срочных запросов.

Учитывая эти критерии, в следующей таблице представлен краткий сравнительный анализ этих авторитетных компаний.

Заключительные мысли о максимальном увеличении времени безотказной работы промышленного оборудования

Независимо от повреждений, ремонт всегда будет необходим. Но это подход ‘скорой помощи’ после падения с обрыва. В конечном итоге каждый отказ ПЛК свидетельствует о том, что ваша среда управления остается крайне нестабильной. Вы можете продолжать устранять повреждения, вызванные другими ремонтами, или смягчить последствия этих отказов, усилив систему шкафов, чтобы противостоять электрическому шуму, нагреву и скачкам напряжения, которые разрушают хрупкие компоненты.

Как производитель с 38-летним опытом производства, мы по достоинству оценили трудности работы в заводских условиях. Наше стремление обеспечить стабильность промышленных компонентов остается неизменным. Имея более 72 000 клиентов в 100 странах, мы обладаем обширными знаниями из различных отраслей промышленности, которые помогают нам создать полное представление о заводе. Наши инженеры с более чем 20-летним опытом работы готовы помочь вам найти наиболее точные и профессиональные решения для ваших проблем автоматизации.

Не ждите следующей поломки. Обеспечьте своим системам чистое питание и изоляцию сигналов, которых они заслуживают. Изучите каталог OMCHe сегодня, чтобы найти промышленные источники питания, реле и компоненты защиты, которые превратят хрупкую систему в крепость.