Introducción
Los PLC, o controladores lógicos programables, sirven como componentes centrales en el campo de la automatización industrial.
Desempeñan un papel crucial en el control de diversos equipos mecánicos, procesos y sistemas automatizados.
Este artículo presenta 10 consejos prácticos para aplicaciones de PLC que le ayudarán a resolver de manera eficiente los problemas encontrados en las operaciones diarias.
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Problemas de conexión a tierra
Los sistemas PLC tienen estrictos requisitos de conexión a tierra. Es mejor tener un sistema de conexión a tierra exclusivo y asegurarse de que otros equipos relacionados con el PLC-también estén conectados a tierra de manera confiable.
La conexión de varios puntos de conexión a tierra del circuito puede generar corrientes inesperadas, lo que provocará errores lógicos o daños en el circuito.
Los potenciales diferenciales de tierra suelen surgir cuando los puntos de tierra están físicamente separados por distancias significativas. Cuando se conectan equipos muy espaciados mediante cables de comunicación o sensores, las corrientes pueden fluir a través de todo el circuito entre el cable y tierra. Incluso en distancias cortas, las corrientes de carga de equipos grandes pueden provocar cambios de potencial con respecto a tierra, o se pueden generar corrientes impredecibles directamente a través de efectos electromagnéticos. Es posible que fluyan corrientes destructivas capaces de dañar el equipo entre fuentes de energía conectadas a puntos de conexión a tierra incorrectos.
Los sistemas PLC generalmente emplean un único punto-de conexión a tierra. Para mejorar la inmunidad a la interferencia del modo común-, se pueden aplicar técnicas de tierra flotante protegida a las señales analógicas. Esto implica conectar a tierra la capa protectora de los cables de señal en un solo punto mientras se deja el bucle de señal flotante, con una resistencia de aislamiento a tierra mantenida en no menos de 50 MΩ.
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Mitigación de interferencias
Los entornos industriales son hostiles y contienen numerosas interferencias de alta- y baja-frecuencia. Estas interferencias normalmente se introducen en el PLC a través de cables conectados a dispositivos de campo.
Más allá de las medidas de conexión a tierra, se deben implementar precauciones anti-interferencias durante la selección e instalación del cable:
(1) Las señales analógicas son señales pequeñas-y muy susceptibles a interferencias externas; Se deben utilizar cables con doble-apantallamiento.
(2) Las señales de pulso de alta-velocidad (por ejemplo, sensores de pulso, contadores digitales) requieren cables blindados para evitar interferencias externas y mitigar la interferencia de pulsos de alta-velocidad a señales de bajo-nivel;
(3) Los cables de comunicación entre PLC funcionan a frecuencias más altas. Generalmente se recomiendan los cables suministrados por el fabricante-; los cables de par-trenzado blindado pueden ser suficientes para aplicaciones menos críticas;
(4) Las líneas de señal analógica y las líneas de señal de CC no deben tenderse en la misma bandeja de cables que las líneas de señal de CA;
(5) Los cables blindados que entran o salen de los gabinetes de control deben estar conectados a tierra y conectados directamente al equipo sin pasar por bloques de terminales;
(6) Las señales de CA, CC y analógicas no deben compartir el mismo cable. Los cables de alimentación deben tenderse separados de los cables de señal.
(7) Durante el mantenimiento de campo, los métodos de mitigación de interferencias incluyen: reemplazar las líneas afectadas con cables blindados y redireccionarlos; incorporando código de filtrado anti-interferencias en el programa.
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Eliminación de la capacitancia entre-cables para evitar activaciones falsas
Existe capacitancia entre todos los conductores dentro de un cable. Los cables calificados limitan este valor de capacitancia dentro de rangos específicos.
Incluso con cables calificados, cuando la longitud del cable excede un cierto umbral, la capacitancia entre-cables puede superar los límites requeridos. Cuando estos cables se utilizan para entradas de PLC, la capacitancia entre-cables puede provocar fallos de funcionamiento del PLC, lo que da lugar a numerosos fenómenos inexplicables.
Estos fenómenos se manifiestan principalmente como:
- Cableado visiblemente correcto, pero el PLC no detecta ninguna entrada; Las entradas que deberían estar presentes están ausentes, mientras que aparecen entradas no deseadas-que indican interferencia mutua entre las entradas del PLC. Para resolver este problema:
(1) Utilice cables con núcleos trenzados;
(2) Minimizar la longitud del cable;
(3) Cables separados para entradas que interfieran entre sí;
(4) Emplear cables blindados.
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Selección del módulo de salida
Los módulos de salida se clasifican como tipo transistor-, tipo tiristor bidireccional-o tipo contacto-:
(1) Los módulos de tipo transistor-ofrecen la velocidad de conmutación más rápida (normalmente 0,2 ms), pero tienen la capacidad de carga más baja (aproximadamente. 0.2–0,3 A, 24 V CC). Son adecuados para equipos de interconexión de señales y conmutación rápida, comúnmente utilizados con variadores de frecuencia y dispositivos de CC. Se debe prestar atención al impacto de la corriente de fuga del transistor en la carga.
(2) Los módulos tipo tiristor-ofrecen funcionamiento sin contacto y características de carga de CA, aunque su capacidad de carga es limitada.
(3) Las salidas de relé admiten cargas de CA y CC con alta capacidad. Las salidas de contacto de relé suelen ser la primera opción para aplicaciones de control convencionales. Su desventaja es la velocidad de conmutación lenta (alrededor de 10 ms), lo que los hace inadecuados para conmutación de alta-frecuencia.
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Manejo de sobretensión y sobrecorriente del inversor
(1) Al reducir el punto de ajuste para desacelerar el motor, el motor entra en modo de frenado regenerativo. La energía devuelta al inversor es sustancial y se acumula en los condensadores del filtro. Esto hace que el voltaje del capacitor aumente rápidamente, alcanzando a menudo el umbral de protección contra sobretensión de CC y provocando un disparo del inversor.
Solución: Instale una resistencia de frenado externa para disipar la energía regenerativa devuelta al lado de CC.
(2) Cuando se conectan varios motores pequeños al inversor, una falla de sobrecorriente en un motor activa una alarma, lo que hace que el inversor se dispare y detenga todos los motores.
Solución: Instale un transformador de aislamiento 1:1 en el lado de salida del inversor. Cuando uno o más motores pequeños experimentan una falla por sobrecorriente, la corriente de falla impacta al transformador en lugar del inversor, evitando el disparo. Después de las pruebas, el sistema funciona de manera confiable sin incidentes recurrentes de parada de motores normales.
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Marcado de entradas y salidas para resolución de problemas
El PLC controla un sistema complejo, que presenta solo filas escalonadas de terminales de relé de entrada/salida, luces indicadoras correspondientes y números de PLC-que se asemejan a un circuito integrado con docenas de pines. Sin consultar el esquema, la resolución de problemas se vuelve imposible y la detección de fallas es extremadamente lenta.
Para abordar esto, creamos una tabla de referencia basada en el esquema eléctrico. Esta tabla, fijada en la consola o gabinete de control del equipo, asigna cada número de terminal de entrada/salida del PLC a su correspondiente símbolo eléctrico y nombre chino-similar a las descripciones funcionales de cada pin en un circuito integrado.
Con esta tabla de E/S, los electricistas familiarizados con el proceso operativo o el diagrama de escalera del dispositivo pueden proceder con la resolución de problemas.
Sin embargo, para los electricistas que no están familiarizados con el proceso operativo o que no pueden leer diagramas de escalera, se requiere una tabla adicional: el Cuadro de funciones lógicas de entrada/salida del PLC. Este cuadro explica esencialmente la correspondencia lógica entre los circuitos de entrada (componentes de activación, componentes asociados) y los circuitos de salida (componentes de accionamiento) para la mayoría de los procesos operativos.
La práctica lo ha demostrado: si puede utilizar con habilidad tanto la tabla de correspondencia de entrada/salida como la tabla de funciones lógicas de entrada/salida, la resolución de fallas eléctricas se vuelve sencilla-incluso sin esquemas.
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Deducir fallas mediante la lógica del programa
En la actualidad, en la industria se utilizan habitualmente numerosos tipos de PLC. Para los PLC-de gama baja, las instrucciones del diagrama de escalera son muy similares. Para los modelos de gama media-a-alta-como el S7-300, muchos programas se escriben utilizando tablas de idiomas.
Los diagramas de escalera prácticos deben incluir anotaciones de símbolos chinos; de lo contrario, son difíciles de leer. Comprender de antemano el proceso del equipo o la secuencia operativa facilita la interpretación de los diagramas de escalera.
Al realizar un análisis de fallas eléctricas, generalmente se aplica el método de rastreo inverso-también conocido como rastreo hacia atrás-. Esto implica utilizar la tabla de correspondencia de entrada/salida para localizar el relé de salida del PLC correspondiente desde el punto de falla y luego rastrearlo para identificar las relaciones lógicas que causaron su activación.
La experiencia muestra que identificar un solo problema generalmente resuelve la falla, ya que las fallas simultáneas en dos o más puntos son raras.
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Diagnóstico de fallas de hardware del PLC
Generalmente, los PLC son dispositivos altamente confiables con tasas de falla extremadamente bajas. La probabilidad de que se produzcan daños en el hardware del PLC o la CPU, o de errores operativos del software, es prácticamente nula. Los puntos de entrada del PLC rara vez fallan a menos que estén sujetos a una intrusión de alto voltaje-. De manera similar, los contactos normalmente abiertos de los relés de salida del PLC exhiben una vida útil excepcionalmente larga a menos que se vean comprometidos por cortocircuitos de carga externa, un diseño inadecuado o una corriente que exceda los límites nominales.
Por lo tanto, al solucionar problemas eléctricos, la atención debe centrarse en los componentes eléctricos periféricos conectados al PLC. Evite sospechar inmediatamente problemas de programación o hardware del PLC, ya que este enfoque es crucial para una reparación rápida y una rápida restauración de la producción.
En consecuencia, el diagnóstico de fallas eléctricas discutido aquí para los circuitos de control del PLC no enfatiza el PLC en sí, sino los componentes eléctricos periféricos dentro de los circuitos controlados por el PLC.
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Optimización de la utilización de recursos de software y hardware
(1) Las instrucciones que no participan en ciclos de control o aquellas que ya están activadas antes del ciclo no necesitan estar conectadas al PLC;
(2) Cuando varias instrucciones controlan una sola tarea, se pueden conectar en paralelo externamente antes de vincularlas a un único punto de entrada;
(3) Hacer pleno uso de los bloques de funciones internos y los estados intermedios del PLC para garantizar la integridad y coherencia del programa, facilitando el desarrollo. Esto también reduce la inversión en hardware y reduce los costos;
(4) Cuando sea posible, aísle cada canal de salida para facilitar el control y la inspección, mientras protege otros circuitos de salida. Una falla en un punto de salida solo hará que el circuito de salida correspondiente pierda el control;
(5) Para las salidas que controlan cargas directas/inversas, implemente el enclavamiento no solo dentro del programa PLC sino también externamente para evitar que la carga opere en ambas direcciones simultáneamente;
(6) Las paradas de emergencia del PLC deben implementarse mediante interruptores externos para garantizar la seguridad.
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Consideraciones adicionales
(1) Nunca conecte líneas de alimentación de CA a terminales de entrada para evitar daños al PLC;
(2) Los terminales de tierra deben estar conectados a tierra de forma independiente, no conectados en serie con otras tierras del equipo. El área de la sección transversal-del cable de tierra no debe ser inferior a 2 mm²;
(3) La fuente de alimentación auxiliar tiene capacidad limitada y solo puede controlar dispositivos de baja-potencia (por ejemplo, sensores fotoeléctricos);
(4) Algunos PLC tienen terminales de dirección reservados (es decir, terminales de dirección vacíos). No conecte cables a estos terminales;
(5) Cuando los circuitos de salida del PLC carezcan de protección, instale dispositivos de protección como fusibles en serie dentro del circuito externo para evitar daños por cortocircuitos de carga.