Сбои инструкций ПЛК: руководство по устранению неисправностей

Тем не менее, если ПЛК Если инструкция не выполняется, вся сборочная линия может остановиться, что приведёт к неисчислимым потерям. В этой короткой статье мы подробно рассмотрим структуру инструкций ПЛК, систематически проанализируем причины ошибок управления и применим клинически эффективный набор методов диагностики и решения проблем.

I. Система инструкций ПЛК: краеугольный камень автоматизированного управления

Прежде чем разбираться с неполадками, важно сначала понять суть инструкций ПЛК. Инструкция ПЛК — это набор команд, предварительно записанных в память ПЛК, которые определяют, как реагировать на входные сигналы и управлять инструментами. Полный и эффективный набор инструкций — важнейший показатель для оценки производительности ПЛК.

1.1 Основные компоненты инструкций ПЛК

Каждая инструкция ПЛК состоит из нескольких основных компонентов, которые работают согласованно для реализации определенной логики управления:

Код функции: Это ядро руководства, определяющее тип операции, которую необходимо выполнить, например, «LD» (загрузка), «AND» (логическое И), «OR» (логическое ИЛИ) и «OUT» (выход).

Операнд: цель действия инструкции, которая может быть физическим портом ввода/вывода, внутренним регистром, таймером или счётчиком. Общие операнды включают:

• «I»: Ввод
• «Q» (или «O»): Выход
• «М»: Внутренняя память (Память).
• «Т»: Таймер.
• «С»: Счетчик.
• «D» (или «DB»): Регистр данных/Блок данных.

Адрес/Данные: используется для определения конкретного местоположения операнда или предоставления необходимых параметров для выполнения инструкции. Например, I0.0 соответствует нулевой точке первого входного модуля. Данные могут быть константой или переменной, хранящейся в регистре данных.

Условие исполнения: необходимое условие для выполнения инструкции. В релейной логике это обычно представляется рядом последовательных или параллельных контактов. Инструкция выполняется только при выполнении этих условий.

Конец инструкции: Обозначает конец сегмента программы или всего цикла сканирования программы, например, направление «END».

1.2 Сравнение типов инструкций и сценариев применения

Для лучшего понимания функций различных инструкций следующая таблица предлагает сравнительный анализ многочисленных основных логических инструкций:

Понимание структуры и функций этих основных инструкций является первым шагом к диагностике и устранению сбоев в инструкциях.

II. Четыре основных «виновника» сбоя инструкций ПЛК

Когда инструкция ПЛК перестаёт работать должным образом, проблема может иметь несколько причин. Мы разделяем эти возможные причины на четыре основные группы и анализируем их вероятность и влияние.

2.1 Отказ питания

Источник питания — важнейший фактор обеспечения стабильной работы системы ПЛК. Сбои в работе источника питания — одна из наиболее частых причин сбоев ПЛК. Этот тип сбоя обычно проявляется полной остановкой работы ПЛК с отключением всех сигнальных ламп.

Анализ причин

• Нестабильное внешнее питание: Колебания напряжения в сети, скачки напряжения и гармонические искажения могут повлиять на изменение электропитания ПЛК.
• Проблемы с подключением к линии: Неплотно прилегающие шнуры питания, плохой контакт или неправильное заземление могут привести к перебоям в подаче электроэнергии или появлению шумовых помех.
• Повреждение модуля питания: Собственный компонент питания ПЛК может выйти из строя из-за перегрузки, кратковременных замыканий или старения элементов.

Согласно информации о коммерческой автоматизации обслуживания, около 20% -30% отказов систем ПЛК напрямую связаны с проблемами электропитания.

2.2 Сбой коммуникации

Современные системы ПЛК практически никогда не работают автономно. Они обмениваются данными с другими ПЛК, HMI-интерфейсы (Человеко-машинные интерфейсы), диски, и датчики через коммерческие сети, такие как Ethernet, Profibus и Modbus. Обрыв связи может привести к невозможности передачи необходимых данных на ПЛК или невозможности отправки управляющих команд.

Анализ причин

• Проблемы с физическим подключением: Наиболее распространенными причинами являются поврежденные кабельные соединения телевизоров, ослабленные адаптеры и недостаточное защитное заземление.
• Неправильная конфигурация сети: Конфликты IP-адресов, неправильные настройки маски подсети или ошибки в скорости передачи данных или настройке номера терминала могут прервать взаимодействие.
• Несоответствие протокола связи: Несоответствия в процедуре связи или структуре данных между ведущими и ведомыми устройствами.
• Электромагнитные помехи (ЭМП): Сильные электромагнитные поля могут создавать помехи сигналам связи, вызывая потерю пакетов данных или ошибки.

На производственном предприятии часто происходили сбои в работе производственной линии. Расследование показало, что экранирующий слой кабеля связи Profinet был прогрызен крысой, что привело к нарушению связи между ПЛК и модулем распределенного ввода-вывода, что привело к цепочке сбоев.

2.3 Ошибки программы

Ошибки в программах — ещё одна важная категория распространённых сбоев, особенно при назначении новых проектов или модификации старых систем. Эти ошибки могут быть неявными: сам ПЛК может продолжать работать, но поведение системы не соответствует ожиданиям.

Анализ причин

• Логические ошибки: Логика программирования нестрогая и не охватывает все возможные условия эксплуатации, что приводит к ненормальному выполнению программы при определённых условиях. Например, может отсутствовать необходимое условие блокировки.
• Неправильное использование инструкций: Неправильные настройки критериев для сложных инструкций или вызов определенных блоков функций в неподходящее время.
• Переполнение данных или несоответствие типов: В ходе математических процедур или обработки информации результат выходит за пределы возможностей хранения регистра или типы информации несовместимы.
• Проблемы со сканированием программы: Сегмент программы непреднамеренно пропущен (например, помещен после указания JUMP), или важные рассуждения помещены в режим обслуживания прерываний, что приводит к хаотичной синхронизации выполнения.

Применение модульного метода программирования, включающего разбиение сложных программ на независимые функциональные блоки, помогает снизить количество ошибок и упрощает последующее обслуживание. Кроме того, комплексное использование программного обеспечения для моделирования ПЛК для автономного тестирования позволяет выявлять большинство неисправностей ещё до загрузки программы в оборудование.

2.4 Оборудование и экологические аспекты

ПЛК, будучи промышленным компьютером, гораздо надёжнее обычного компьютера. Однако в сложных промышленных условиях отказы оборудования всё равно неизбежны.

Анализ причин

• Сбой модуля ввода-вывода: Спеченные контакты на входном компоненте или поврежденное реле/транзистор на результирующем модуле могут помешать правильному считыванию или отправке сигналов.
• Сбой модуля ЦП: Основной блок обработки может выйти из строя из-за перегрева, неисправного электропитания или старения внутренних компонентов, что часто является фатальной ошибкой.
• Нарушение памяти: Повреждение микросхем памяти, в которых хранятся программы или данные, может привести к потере программ или повреждению данных.
• Факторы окружающей среды: Чрезмерная температура, влажность, грязь или едкие газы могут ускорить старение оборудования и даже стать причиной коротких замыканий или плохого звонка.

В следующей таблице обобщены характеристики 4 основных классификаций нарушений и проблемы их устранения:

III. Эффективное устранение неполадок и решение проблем: системный подход

Когда управление ПЛК перестаёт работать, случайные попытки устранить неполадки лишь попусту тратят время. Соблюдение научного подхода может дать гораздо более точные результаты.

3.1 Шаг 1: Сбор информации и предварительная диагностика

1. Наблюдайте за индикаторами состояния ПЛК:

• Индикатор «PWR» (питание): постоянный зеленый свет указывает на нормальное питание.
• Индикатор «RUN»: постоянный или мигающий зеленый свет указывает на то, что ЦП находится в режиме работы.
• Индикатор «ERR» (ошибка) или «FAULT»: постоянный или мигающий красный индикатор указывает на ошибку ЦП или программы.
• Индикаторы «I/O»: Наблюдайте, соответствует ли положение индикаторных ламп для эквивалентных точек входа и выхода фактическим сигналам.

2. Проверьте сообщения о тревогах HMI: Пользовательский интерфейс «человек-машина» обычно предлагает одно из самых прямых описаний ошибок, например: «Двигатель XX не запустился» или «Потеряна связь с приводом».

3. Обратитесь к операторам на месте: Разберитесь в ситуации до и после сбоя. Спросите, какие операции были выполнены и были ли замечены какие-либо отклонения в работе устройств или звуки.

3.2 Шаг 2: Систематическое исследование

На основе предварительной диагностики придерживайтесь концепции «внешнее прежде внутреннего, аппаратное обеспечение прежде программного обеспечения» для проведения пошагового расследования.

Схема устранения неполадок 

3.3 Действие 3: Глубокий анализ и решение с использованием инструментов

1. Онлайн-мониторинг с помощью программного обеспечения: Это лучший инструмент для диагностики ошибок программы. Благодаря онлайн-мониторингу вы можете отслеживать состояние выполнения программы в режиме реального времени и корректировки значений переменных, чтобы быстро определить проблему.
2. Диагностический буфер: Когда ПЛК обнаруживает внутреннюю ошибку, он записывает подробную информацию об ошибке (например, тип ошибки, время возникновения и связанный компонент) в диагностический буфер. Чтение этой информации с помощью программного обеспечения для программирования критически важно для устранения сбоев оборудования и ошибок на системном уровне.
3. Мультиметр и осциллограф: При проблемах на аппаратном уровне мультиметр является основным инструментом для проверки напряжения питания и состояния сигналов ввода-вывода. При диагностике высокоскоростных сигналов или помех связи осциллограф может обеспечить более точную оценку.