Con il continuo progresso dell'automazione industriale, i PLC sono diventati una parte indispensabile del controllo industriale e sono ampiamente utilizzati nella produzione industriale. Tuttavia, molti ingegneri non sono sicuri delle proprie tecniche di manutenzione, risoluzione dei problemi e operative. Questo articolo riassume alcune esperienze e suggerimenti acquisiti dall'utilizzo dei PLC, che speriamo possano servire da riferimento per i nostri colleghi.
I. Ingressi e uscite del PLC
Un piccolo PLC controlla in modo flessibile un sistema complesso. Ciò che è visibile sono due file di terminali relè di ingresso e uscita sfalsati, gli indicatori luminosi corrispondenti e il numero di serie del PLC-molto simile a un circuito integrato con dozzine di pin. Senza consultare il diagramma schematico, chiunque tentasse di risolvere un problema con un dispositivo difettoso si troverebbe in difficoltà e il processo di identificazione del guasto sarebbe estremamente lento. Data questa situazione, abbiamo creato una tabella basata sullo schema elettrico e l'abbiamo affissa sulla console di controllo o sul quadro elettrico dell'apparecchiatura. Questa tabella elenca i numeri dei terminali per ciascun ingresso e uscita del PLC, insieme ai simboli elettrici e ai nomi cinesi corrispondenti-simili alle descrizioni funzionali dei pin su un circuito integrato.
Con questa tabella I/O, gli elettricisti che comprendono il processo operativo o hanno familiarità con il diagramma ladder del dispositivo possono procedere alla risoluzione dei problemi. Tuttavia, per gli elettricisti che non hanno familiarità con il processo operativo e non sanno leggere gli schemi ladder, è necessario creare una tabella aggiuntiva: la tabella delle funzioni logiche I/O del PLC. Questa tabella illustra efficacemente le relazioni logiche tra i circuiti di ingresso (elementi di attivazione ed elementi associati) e i circuiti di uscita (attuatori) nella maggior parte dei processi operativi. La pratica ha dimostrato che se si riesce a utilizzare abilmente la tabella delle corrispondenze I/O e la tabella delle funzioni logiche I/O, è possibile risolvere facilmente i guasti elettrici, anche senza fare riferimento agli schemi.
II. Risoluzione dei problemi del circuito di ingresso
Per determinare se un circuito di ingresso specifico-come un pulsante, un interruttore di finecorsa o un cablaggio-funziona correttamente, premere il pulsante (o un altro contatto di ingresso) mentre il PLC è acceso (preferibilmente in uno stato non-operativo per evitare l'attivazione involontaria dell'apparecchiatura). Ciò cortocircuiterà-il terminale di ingresso del PLC corrispondente al terminale comune. Se la spia dell'ingresso PLC corrispondente al pulsante si accende, indica che il pulsante e il relativo cablaggio funzionano normalmente. Se l'indicatore non si accende, il pulsante potrebbe essere difettoso, potrebbe esserci uno scarso contatto nel cablaggio o il circuito potrebbe essere interrotto.
III. Risoluzione dei problemi del circuito di uscita
Per i punti di uscita del PLC (qui riferiti solo alle uscite relè), se la spia corrispondente all'oggetto azionato non si accende mentre il PLC è confermato in funzione, ciò indica che la funzione logica di ingresso-uscita del PLC per quell'oggetto azionato non è stata soddisfatta. In altre parole c'è un guasto nel circuito di ingresso; controllare il circuito di ingresso come descritto sopra. Se la spia corrispondente è accesa ma l'attuatore (come un'elettrovalvola o un contattore) non funziona, controllare innanzitutto l'alimentazione di controllo dell'elettrovalvola e i fusibili. Il metodo più semplice consiste nell'utilizzare un tester di tensione per misurare il terminale comune del corrispondente punto di uscita del PLC. Se il tester di tensione non si accende, potrebbe esserci un guasto all'alimentazione, ad esempio un fusibile bruciato. Se il tester di tensione si accende, l'alimentazione è buona e l'elettrovalvola, il contattore o il cablaggio corrispondente sono difettosi. Se il sistema continua a non funzionare normalmente dopo aver risolto i problemi dell'elettrovalvola, del contattore e del cablaggio, utilizzare un multimetro: collegare una sonda al terminale comune di uscita corrispondente e l'altra al punto di uscita PLC corrispondente. Se l'elettrovalvola continua a non funzionare, ciò indica un guasto nel cablaggio di uscita.
Se a questo punto l'elettrovalvola funziona, il problema risiede nel punto di uscita del PLC. Poiché a volte il tester di tensione può fornire letture errate, è possibile utilizzare un altro metodo per l'analisi: impostare il multimetro sull'intervallo di tensione e misurare la tensione tra il punto di uscita del PLC e il terminale comune. Se la tensione è zero o prossima allo zero, il punto di uscita del PLC è normale e il guasto risiede nel circuito periferico. Se la tensione è alta, significa che la resistenza di contatto di questo terminale è troppo alta ed è danneggiata. Inoltre, se la spia non si accende ma l'elettrovalvola, il contattore, ecc. corrispondente funziona, ciò potrebbe indicare che il terminale di uscita è stato bruciato a causa di un sovraccarico o di un cortocircuito. In questo caso, scollegare il cablaggio esterno dal terminale di uscita e utilizzare un multimetro impostato sulla gamma di resistenza per misurare la resistenza tra il terminale di uscita e il terminale comune. Se la resistenza è bassa indica che il contatto è difettoso; se la resistenza è infinita, indica che il contatto è intatto e probabilmente il problema è la spia dell'uscita corrispondente.
IV. Deduzione logica del programma
Esistono numerosi tipi di PLC comunemente utilizzati nell'industria. Per i PLC-di fascia bassa, le istruzioni del diagramma ladder sono in gran parte simili; per i modelli di fascia medio-e-alta-come l'S7-300, molti programmi sono scritti in tabelle linguistiche. I diagrammi ladder pratici devono includere annotazioni con simboli cinesi; in caso contrario, sono difficili da leggere. Se si ha una conoscenza generale del processo dell'apparecchiatura o delle procedure operative prima di esaminare il diagramma a contatti, sarà più facile interpretarlo. Quando si esegue l'analisi dei guasti elettrici, viene generalmente applicato il metodo di tracciamento inverso-noto anche come metodo di backtracking. Ciò comporta l'utilizzo della tabella di corrispondenza I/O per individuare il relè di uscita del PLC corrispondente al punto di guasto e quindi risalire alle relazioni logiche che ne attivano il funzionamento. L'esperienza dimostra che una volta identificato un singolo problema, in genere è possibile escludere il guasto, poiché è raro che due o più punti difettosi si presentino contemporaneamente su un singolo apparecchio.
Diagnosi dei malfunzionamenti del PLC
In generale, i PLC sono dispositivi estremamente affidabili con un tasso di guasto molto basso; tuttavia, anche fattori esterni possono causarne il malfunzionamento.
Un interruttore di prossimità con alimentazione a 220 V aveva i due fili di contatto del segnale di ingresso che condividevano un cavo a 4 conduttori con le linee di alimentazione a 220 V dell'interruttore. Quando l'interruttore si è guastato e un elettricista lo ha sostituito, ha erroneamente scambiato il filo neutro dell'alimentatore con il filo di ingresso comune al PLC. Ciò ha causato la bruciatura di tre punti di ingresso del PLC al ripristino dell'alimentazione.
In un'altra occasione, la corrosione ha causato un'interruzione della linea neutra del trasformatore di alimentazione del sistema, con conseguente aumento dell'alimentazione da 220 V al PLC a 380 V, bruciando il modulo di alimentazione nella parte inferiore del PLC. Durante la successiva rettifica è stato aggiunto un trasformatore di controllo di isolamento da 380/220 V.
Sul PLC Siemens S7-200, i terminali comuni per le uscite sono etichettati 1L, 2L, ecc., mentre i terminali funzionanti sono indicati come AC L1 N. L'alimentatore +24V è indicato come L+M. Ciò può facilmente creare confusione per i principianti o per coloro con esperienza limitata. Se L+M viene erroneamente trattato come terminali di alimentazione a 220 V, l'alimentazione a 24 V del PLC verrà danneggiata nel momento in cui viene applicata l'alimentazione.
La probabilità di danni hardware al PLC, alla CPU o a componenti simili o di errori di runtime del software è praticamente pari a zero. È improbabile che anche i punti di ingresso del PLC subiscano danni, a meno che non siano causati da intrusioni di alta-tensione. I contatti normalmente aperti dei relè di uscita del PLC hanno una durata molto lunga, a condizione che non vi siano cortocircuiti nel carico periferico o difetti di progettazione che facciano sì che la corrente di carico superi l'intervallo nominale. Pertanto, durante la risoluzione dei problemi elettrici, l'attenzione dovrebbe essere posta sui componenti elettrici periferici del PLC. Non dare per scontato che il guasto sia dovuto all'hardware o al programma del PLC. Questo è fondamentale per riparare rapidamente le apparecchiature difettose e riprendere la produzione. Di conseguenza, quando si ricercano guasti elettrici in un circuito di controllo PLC, l'attenzione non dovrebbe essere posta sul PLC stesso, ma piuttosto sui componenti elettrici periferici all'interno del circuito di controllo.