Introdução
PLCs, ou Controladores Lógicos Programáveis, servem como componentes essenciais no campo da automação industrial.
Eles desempenham um papel crucial no controle de vários equipamentos mecânicos, processos automatizados e sistemas.
Este artigo apresenta 10 dicas práticas para aplicações PLC para ajudá-lo a resolver com eficiência problemas encontrados nas operações diárias.
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Problemas de aterramento
Os sistemas PLC têm requisitos rigorosos de aterramento. É melhor ter um sistema de aterramento dedicado e garantir que outros equipamentos-relacionados ao CLP também estejam aterrados de forma confiável.
Conectar vários pontos de aterramento do circuito pode gerar correntes inesperadas, levando a erros lógicos ou danos ao circuito.
Os potenciais diferenciais de terra normalmente surgem quando os pontos de terra estão fisicamente separados por distâncias significativas. Quando equipamentos amplamente espaçados são conectados através de cabos de comunicação ou sensores, as correntes podem fluir através de todo o circuito entre o cabo e o terra. Mesmo em distâncias curtas, as correntes de carga de equipamentos grandes podem causar possíveis mudanças em relação ao solo, ou correntes imprevisíveis podem ser geradas diretamente através de efeitos eletromagnéticos. Correntes destrutivas capazes de danificar equipamentos podem fluir entre fontes de energia conectadas a pontos de aterramento incorretos.
Os sistemas PLC geralmente empregam aterramento de-ponto único. Para aumentar a imunidade à interferência de modo-comum, técnicas de solo flutuante blindado podem ser aplicadas a sinais analógicos. Isto envolve aterrar a camada de blindagem dos cabos de sinal em um único ponto, deixando o circuito de sinal flutuante, com resistência de isolamento ao aterramento mantida em não menos que 50MΩ.
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Mitigação de interferência
Os ambientes industriais são severos, contendo inúmeras interferências de alta- e baixa{1}}frequência. Estas interferências são normalmente introduzidas no CLP através de cabos conectados a dispositivos de campo.
Além das medidas de aterramento, precauções anti{0}}interferência devem ser implementadas durante a seleção e instalação do cabo:
(1) Sinais analógicos são sinais pequenos-e altamente suscetíveis a interferências externas; devem ser usados cabos com-blindagem dupla.
(2) Sinais de pulso de alta-velocidade (por exemplo, sensores de pulso, contadores digitais) exigem cabos blindados para evitar interferência externa e mitigar a interferência de pulsos de{4}}alta velocidade para sinais de-nível baixo;
(3) Os cabos de comunicação entre CLPs operam em frequências mais altas. Geralmente, são recomendados-cabos fornecidos pelo fabricante; cabos de par trançado blindado-podem ser suficientes para aplicações menos críticas;
(4) As linhas de sinal analógico e as linhas de sinal DC não devem ser roteadas na mesma bandeja de cabos que as linhas de sinal AC;
(5) Os cabos blindados que entram ou saem dos gabinetes de controle devem ser aterrados e conectados diretamente ao equipamento, sem passar pelos blocos terminais;
(6) Sinais AC, sinais DC e sinais analógicos não devem compartilhar o mesmo cabo. Os cabos de alimentação devem ser instalados separadamente dos cabos de sinal.
(7) Durante a manutenção em campo, os métodos de mitigação de interferência incluem: substituição das linhas afetadas por cabos blindados e seu reencaminhamento; incorporação de código de filtragem anti-interferência no programa.
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Eliminação da capacitância entre-fios para evitar falsos disparos
Existe capacitância entre todos os condutores dentro de um cabo. Cabos qualificados limitam esse valor de capacitância dentro de faixas especificadas.
Mesmo com cabos qualificados, quando o comprimento do cabo excede um determinado limite, a capacitância entre-fios pode ultrapassar os limites exigidos. Quando esses cabos são usados para entradas de CLP, a capacitância entre-fios pode causar mau funcionamento do CLP, levando a vários fenômenos inexplicáveis.
Esses fenômenos se manifestam principalmente como:
- Fiação visivelmente correta, mas nenhuma entrada detectada pelo PLC; As entradas que deveriam estar presentes estão ausentes, enquanto entradas indesejadas aparecem-indicando interferência mútua entre as entradas do CLP. Para resolver esse problema:
(1) Utilize cabos com núcleos trançados;
(2) Minimizar o comprimento do cabo;
(3) Cabos separados para entradas que interferem entre si;
(4) Utilize cabos blindados.
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Seleção do módulo de saída
Os módulos de saída são categorizados como tipo-transistor, tipo tiristor bidirecional-ou tipo-de contato:
(1) Módulos-do tipo transistor oferecem a velocidade de comutação mais rápida (normalmente 0,2 ms), mas têm a capacidade de carga mais baixa (aproximadamente. 0.2–0,3 A, 24 VCC). Eles são adequados para equipamentos de comutação rápida e interconexão de sinais, comumente usados com inversores de frequência variável e dispositivos CC. Deve-se prestar atenção ao impacto da corrente de fuga do transistor na carga.
(2) Módulos do tipo-tiristor oferecem operação sem contato e características de carga CA, embora sua capacidade de carga seja limitada.
(3) As saídas de relé suportam cargas CA e CC com alta capacidade. As saídas de contato de relé são normalmente a primeira escolha para aplicações de controle convencionais. Sua desvantagem é a velocidade de comutação lenta (cerca de 10 ms), tornando-os inadequados para comutação de alta-frequência.
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Sobretensão do inversor e tratamento de sobrecorrente
(1) Ao reduzir o setpoint para desacelerar o motor, o motor entra no modo de frenagem regenerativa. A energia realimentada ao inversor é substancial, acumulando-se nos capacitores do filtro. Isto faz com que a tensão do capacitor aumente rapidamente, muitas vezes atingindo o limite de proteção contra sobretensão CC e provocando um desarme do inversor.
Solução: Instale um resistor de frenagem externo para dissipar a energia regenerativa realimentada para o lado CC.
(2) Quando vários motores pequenos estão conectados ao inversor, uma falha de sobrecorrente em um motor aciona um alarme, fazendo com que o inversor desarme e pare todos os motores.
Solução: Instale um transformador de isolação 1:1 no lado de saída do inversor. Quando um ou mais motores pequenos sofrem uma falha de sobrecorrente, a corrente de falha impacta o transformador em vez do inversor, evitando o desarme. Após o teste, o sistema opera de forma confiável, sem incidentes recorrentes de parada normal dos motores.
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Marcando entradas e saídas para solução de problemas
O CLP controla um sistema complexo, apresentando apenas linhas escalonadas de terminais de relé de entrada/saída, luzes indicadoras correspondentes e números de CLP-semelhantes a um circuito integrado com dezenas de pinos. Sem consultar o esquema, a solução de problemas torna-se impossível e a detecção de falhas é extremamente lenta.
Para resolver isso, criamos uma tabela de referência baseada no esquema elétrico. Esta tabela, afixada no console ou gabinete de controle do equipamento, mapeia cada número do terminal de entrada/saída do CLP ao seu símbolo elétrico correspondente e nome chinês-semelhante às descrições funcionais de cada pino em um circuito integrado.
Com esta tabela de E/S, eletricistas familiarizados com o processo operacional ou com o diagrama ladder do dispositivo podem prosseguir com a solução de problemas.
Porém, para eletricistas não familiarizados com o processo operacional ou incapazes de ler diagramas ladder, uma tabela adicional é necessária: o Gráfico de Funções Lógicas de Entrada/Saída do CLP. Este gráfico explica essencialmente a correspondência lógica entre circuitos de entrada (componentes de disparo, componentes associados) e circuitos de saída (componentes de atuação) para a maioria dos processos operacionais.
A prática comprovou: se você puder utilizar habilmente a tabela de correspondência de entrada/saída e a tabela de funções lógicas de entrada/saída, a solução de falhas elétricas se tornará fácil,-mesmo sem esquemas.
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Deduzindo Falhas Através da Lógica do Programa
Vários tipos de PLC são comumente usados na indústria hoje. Para CLPs-de baixo custo, as instruções do diagrama ladder são bastante semelhantes. Para modelos de médio-a{4}}alto-como o S7-300, muitos programas são escritos usando tabelas de linguagem.
Os diagramas de escada práticos devem incluir anotações de símbolos chineses; caso contrário, eles serão difíceis de ler. Compreender antecipadamente o processo do equipamento ou a sequência operacional facilita a interpretação dos diagramas ladder.
Ao realizar a análise de falhas elétricas, o método de rastreamento reverso-também conhecido como retrocesso-normalmente é aplicado. Isto envolve usar a tabela de correspondência de entrada/saída para localizar o relé de saída do CLP correspondente a partir do ponto de falha e, em seguida, rastrear para identificar as relações lógicas que causaram sua ativação.
A experiência mostra que a identificação de um único problema geralmente resolve a falha, pois são raras as falhas simultâneas em dois ou mais pontos.
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Diagnosticando Falhas de Hardware PLC
Geralmente, os CLPs são dispositivos altamente confiáveis com taxas de falhas extremamente baixas. A probabilidade de danos de hardware ao PLC ou CPU, ou erros operacionais de software, é praticamente zero. Os pontos de entrada do CLP raramente falham, a menos que estejam sujeitos a intrusões de alta-tensão. Da mesma forma, os contatos normalmente abertos dos relés de saída do CLP apresentam vida útil excepcionalmente longa, a menos que sejam comprometidos por curtos-circuitos de carga externa, projeto inadequado ou corrente que exceda os limites nominais.
Portanto, ao solucionar falhas elétricas, o foco deve estar nos componentes elétricos periféricos conectados ao CLP. Evite suspeitar imediatamente de problemas de hardware ou programação do PLC, pois esta abordagem é crucial para um reparo rápido e uma rápida restauração da produção.
Consequentemente, o diagnóstico de falhas elétricas discutido aqui para circuitos de controle PLC enfatiza não o PLC em si, mas os componentes elétricos periféricos dentro dos circuitos controlados pelo PLC.
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Otimizando a utilização de recursos de software e hardware
(1) Instruções não envolvidas nos ciclos de controle ou já ativadas antes do ciclo não precisam ser conectadas ao CLP;
(2) Quando múltiplas instruções controlam uma única tarefa, elas podem ser conectadas externamente em paralelo antes de serem vinculadas a um único ponto de entrada;
(3) Fazer pleno uso dos blocos funcionais internos e estados intermediários do PLC para garantir a integridade e coerência do programa, facilitando o desenvolvimento. Isto também reduz o investimento em hardware e reduz os custos;
(4) Sempre que possível, isole cada canal de saída para facilitar o controle e a inspeção, protegendo ao mesmo tempo outros circuitos de saída. Uma falha em um ponto de saída apenas fará com que o circuito de saída correspondente perca o controle;
(5) Para saídas que controlam cargas diretas/reversas, implemente o intertravamento não apenas dentro do programa PLC, mas também externamente para evitar que a carga opere em ambas as direções simultaneamente;
(6) As paradas de emergência do PLC devem ser implementadas através de interruptores externos para garantir a segurança.
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Considerações Adicionais
(1) Nunca conecte linhas de alimentação CA aos terminais de entrada para evitar danos ao PLC;
(2) Os terminais de aterramento devem ser aterrados de forma independente e não conectados em série com outros aterramentos do equipamento. A área da seção transversal-do fio terra não deve ser inferior a 2mm²;
(3) A fonte de alimentação auxiliar tem capacidade limitada e só pode acionar dispositivos-de baixa potência (por exemplo, sensores fotoelétricos);
(4) Alguns CLPs possuem terminais de endereço reservados (ou seja, terminais de endereço vazios). Não conecte fios a estes terminais;
(5) Quando os circuitos de saída do CLP não possuem proteção, instale dispositivos de proteção, como fusíveis, em série dentro do circuito externo para evitar danos causados por curtos-circuitos na carga.