פתרון תקלות PLC במערכות מבוקרות: המדריך הפרקטי
פתרון תקלות PLC מתחיל קודם כל מהבנת הבסיס של המערכת המבוקרת, נכון שבכל קבוצה תמיד עולה אותה השאלה, מאיפה מתחילים בפתרון תקלות במערכת מבוקרת ?
חלק גדול מהבעיה טמון במכללה שבה למדנו, הצפייה היא שנלמד את הבסיס במכללה ובמהלך החיים נלמד באמצעות המעסיק כיצד לתכנן, לבנות ולתחזק מערכות בקרה.
חלק מהתחזוקה היא גם טיפול בתקלות ועל כך אכתוב הפעם.
אפשר לצאת מתוך הנחה כי אם לא התעסקת בשורות הקוד של התוכנה ניתן לסווג את הבעיה כ"בעיית חומרה".
בעיה בתוכנה דורשת ידע נוסף שצריך לבנות אחרי שנכיר את מרכיבי הבקר (כרטיסי הרחבה אנלוגים ודיגיטליים, חיישנים שנמצאים בשטח וסוגים שונים של התניות.
לפני שנתחיל מספר הגדרות בסיסיות "sourcing" מקור הזרם ו "Sinking" צרכן הזרם (מושך הזרם)
במילים פשוטות, מדובר בהגדרת כיוון זרימת הזרם בין שני רכיבים.
אם זרם זורם מרכיב מס' 1 לרכיב מס' 2 נגדיר את רכיב מס' 1 כ מקור לזרם ורכיב מס' 2 הוא הצרכן של הזרם וההפך.
קצת על מבנה הבקר- לשם הדוגמה אשתמש במדריך של חברת רוקוול לבקר המתוכנת ControlLogix ניתן לבקר באתר לצפות במדריכים השונים rockwellautomation.com
מחבר גב המערכת הוא הממשק הפיזי והחשמלי בגב מודול ControlLogix המקשר אותו לשילדה
תפקידי המחבר:
מאפשר את אספקת המתח מיחידת הספק כוח אל המודול, מה שמאפשר את הפעלת האלקטרוניקה הפנימית ותקשורת בין הבקר לכרטיסי ההרחבה (עליהם נרחיב בהמשך)
תקשורת נתונים- מאפשר חיבור תקשורת פנימית להעברת מידע מהיר בין המודול למעבד או למודולים נוספים, מבצע סנכרון ואבחון העברת אותות, מאפשר לבצע תזמון לסנכרון בין מודולים נוספים על הקו להעביר ולדווח נתוני אבחון ותקלות בזמן אמת.
המבנה של ה"מחבר" מאפשר הגנה מכנית וחשמלית על החיבור פינים.ובכך מבטיח התאמה מלאה כדי לאפשר פעולת חיבור וניתוק בשליפה של המודול תחת מתח (ללא הצורך בניתוק והפסקת העבודה בתהליך- כמובן אם היחידה לא קשורה לתהליך).- מסילות הנחייה לכרטיסי ההרחבה, מסילות אלו מבטיחות יישור מכני מדויק בעת חיבור ה-RTB או ה-IFM לחזית המודול.
התפקיד שלהן למנוע את עיקום הפיני בזמן החיבור ובנוסף מקלות על הכנסת הבלוק למקומו במדוייק בזמן ההתקנה. - מחווני מצב, למעשה מדובר בנוריות LED המציגות בזמן אמת את סטטוס הנקודה ותקינות המודול דולק "1" פעיל, כבוי "0" לא פעיל.
הן מראות את מצב רכיבי הקצה ומספקות אינדיקציה מהירה לפתרון תקלות וחריגות. כמובן שנרחיב על כך בהמשך - פיני חיבור, אלו נקודות המגע החשמלי שדרכן עוברים האותות (מבוא, מוצא והארקה).
החיבור הפיזי של חיווט ציוד הקצה למודול מתבצע דרך פינים אלו באמצעות ה-RTB או ה-IFM - לשונית נעילה, תפס מכני המקבע ומעגן את ה-RTB או ה-IFM אל המודול.
הלשונית מונעת ניתוק פיזי מקרי כתוצאה מרעידות בשטח. - חריצי קידוד, מגרעות המאפשרות התאמה מכנית ייחודית בין ה-RTB למודול הספציפי.
הקידוד הפיזי מונע טעויות אנוש קריטיות של חיבור בלוק חיווט לא נכון למודול בעת החלפה
אם שאלתם את עצמכם מה זה ה-RTB או ה-IFM שכתוב כמעט בכל שורה:
RTB: Removable Terminal Block
זהו בלוק חיבורים נשלף, היתרון המרכזי הוא שליפה מהירה לצורך החלפת מודול תקול ללא צורך בניתוק החוטים בנפרד.
IFM: Interface Module
רכיב עצמאי המותקן על פס דין בלוח החשמל ומתממשק אל ה-PLC לכרטיס ה I/O אך יכול גם להתחבר עם כבל ייעוד אל ה-RTB
נועד להחליף את פסי המהדקים בלוח, מתחבר אל מודול ה-PLC מראש ומפשט את החיווט כך שנוכל לצמצם טעויות אנוש בהרכבה.
חלק מדגמי ה-IFM כוללים רכיבים מובנים כמו נתיכים (Fuses) להגנה, ממסרים או נוריות חיווי.
סיווג רכיבי קצה עבור פתרון תקלות PLC
הכרנו את נקודת החיבור בבקר, עכשיו נבין מה מחברים מהשטח. יש לציין את ההבדלים בין רכיבים עם 2 מוליכים ו-3 מוליכים:
רכיבי מבוא בעלי 2 מוליכים: משמשים לרוב כמפסק דיגיטלי לקבלת מצב 0 או 1 כגון מפסק גבול או לחצן. החיווט מבוצע באמצעות מוליך יציאה מהבקר אל כניסת הרכיב ומוליך חזרה מהרכיב אל הבקר.
מרביתם פסיביים ואינם דורשים מתח להפעלה אלא רק פותחים וסוגרים את המעגל החשמלי. הגדרתם כ-Sinking או Sourcing נקבעת לפי האופן שבו נחווט אותם בשטח למוליך החיובי או למוליך השלילי.
קיימים גם רכיבים אקטיביים בעלי 2 מוליכים הדורשים מתח להפעלה ועשויים להיות תלויים בקוטביות.
רכיבי מבוא בעלי 3 מוליכים: רכיבים אקטיביים המכילים מעגל פנימי ודורשים מתח הפעלה רציף. דוגמאות נפוצות הן חיישני קרבה ומפסקים פוטו-אלקטריים. חיווט הרכיב מתבצע לפי תקן צבעים בינלאומי קבוע:
חוט חום מתחבר לאספקה החיובית (+24VDC).
חוט כחול מתחבר לחזרת ספק הכוח (0V).
חוט שחור משמש כמוצא האות ומספק את כניסת המידע לכרטיס ה-PLC.
חיישן אקטיבי מסוג PNP (Sourcing) ממתג פלוס ומתחבר למודול כניסות Sinking.
חיישן אקטיבי מסוג NPN (Sinking) ממתג מינוס ומתחבר למודול כניסות Sourcing.
מרבית הרכיבים בעלי 2 חוטים הם פסיביים כלומר הם אינם דורשים מתח להפעלה ופשוט פותחים או סוגרים מעגל. דוגמאות כוללות לחצנים מפסקי גבול ורכיבים מכניים אחרים. ניתן להחשיב רכיבים פסיביים בעלי 2 חוטים כ-sinking או כ-sourcing.
קיימים גם רכיבים אקטיביים בעלי 2 חוטים הדורשים מתח להפעלה ועשויים להיות תלויים בקוטביות. רכיבים בעלי 3 חוטים הם חלק ממשפחת הרכיבים האקטיביים הדורשים מתח להפעלה. דוגמאות כוללות חיישני קרבה ומפסקים פוטו-אלקטריים.
צבעי החוטים תואמים לתקן. החוט החום מתחבר לאספקה החיובית בדרך כלל +24 וולט DC. החוט הכחול מתחבר לחזרת ספק הכוח. החוט השחור משמש כמוצא האות ומספק כניסה לרכיב אחר כמו מודול כניסות של PLC.
רכיבים אקטיביים בעלי 3 חוטים הם מסוג sinking או sourcing. חיוני לוודא שרכיבים בעלי 3 חוטים תואמים למודולי הכניסה המיועדים. חיישן sourcing בעל 3 חוטים הנקרא גם חיישן PNP חייב להתחבר למודול כניסות מסוג sinking.
חיישן sinking בעל 3 חוטים הנקרא גם חיישן NPN חייב להתחבר למודול כניסות מסוג sourcing.
שימוש בנורות LED לפתרון תקלות PLC
אנשי בקרה הנדרשים לטפל בתקלות PLC לרוב נעזרים בנוריות ה-LED של מודול הכניסות.
עם זאת, חיוני להבין מה נוריות ה-LED אומרות לך וכיצד הן יכולות להטעות.
חיישני Sinking בשילוב פתרון תקלות PLC
נתחיל בחיישן sourcing המחובר לכניסה 0 במודול כניסות sinking. נשתמש במודול המבוא הדיגיטלי AB 1756-IB16 כדוגמה.
לכל מעגל כניסה יש נורת LED מסוג ST משויכת המיועדת לציין את מצב הכניסה. אם נורת LED 0 דולקת זה מרמז שרכיב המבוא מסוג sourcing מספק +24 וולט להדק כניסה 0 של המודול. המודול יפרש מתח זה כ-"1" לוגי וישתמש בו לפעולה בתוך תוכנית ה-PLC.
אם נורת LED 0 כבויה לרוב מניחים שרכיב המבוא מסוג sourcing מספק 0 וולט להדק כניסה 0 של המודול מה שתוכנית ה-PLC תפרש כ-"0" לוגי.
אך כולנו מבינים מה המשמעות של להניח. אמרנו קודם שנוריות ה-LED יכולים להטעות. מדוע זה כך?
ובכן נורת ה-LED עשויה להיות דולקת אך המתח הקיים עשוי שלא להיות מה שאתה מצפה לו. הדבר נכון גם כאשר נורת ה-LED כבויה.
הדרך היחידה להיות בטוחים היא למדוד את המתח בהדק מודול הכניסה. לפי מפרט הכניסות של 1756-IB16 כל מתח כניסה מעל סף של 10 וולט יזוהה כ-ON על ידי המודול.
כניסה של 15 וולט תפורש כ-"1" לוגי בתוכנית ה-PLC. עם זאת הדבר עלול להצביע על בעיות ברכיב השדה בחיווט או על קורוזיה אפשרית.
כניסה מתחת ל-5 וולט תזוהה כ-OFF על ידי המודול. כיצד ייתכן שהמתח בכניסת המודול קרוב ל-5 וולט כאשר חיישן ה-sourcing כבוי?
חיישן sourcing נכבה על ידי פתיחת מגע פנימי ולא על ידי חיבורו לאדמה. כניסת המודול צפה מה שהופך אותה לרגישה למתחים הנגרמים מזרם זליגה רגיל של החיישן.
חיישני sinking עם כניסות PLC מסוג sourcing כעת נדבר על שילוב פחות נפוץ של חיישן sinking המחובר למודול כניסות מסוג sourcing. נשתמש במודול המבוא הדיגיטלי AB 1756-IV16 כדוגמה.
אם נורת LED 0 דולקת זה מצביע על כך שרכיב המבוא מסוג sinking מספק 0 וולט או אדמה להדק כניסה 0 של המודול. המודול מפרש זאת כ-"1" לוגי וישתמש בו לפעולה בתוך תוכנית ה-PLC.
אם נורת LED 0 כבויה מוצא רכיב המבוא מסוג sinking פתוח למעשה מה שגורם למודול הכניסה לצוף ותוכנית ה-PLC תפרש זאת כ-"0" לוגי.
אם תחליט למדוד את מתחי הכניסה עבור מצבי LED דולק וכבוי אל תלך שולל. הם הפוכים משילוב חיישן sourcing/כניסת PLC מסוג sinking עליו דנו קודם לכן.
כאשר נורת ה-LED דולקת מתח הכניסה יהיה קרוב ל-0. כשהיא כבויה מתח הכניסה יהיה כ-+24 וולט. לפי מפרט הכניסות של 1756-IV16 מתח כניסה העולה על 5 וולט לא ייחשב עוד כ-ON ויזוהה כ-OFF.
כיצד מתח כניסה יכול לעלות מעל 5 וולט כאשר הוא מחובר לאדמה ולאפס דרך חיישן ה-sinking?
זה נגרם לרוב מבעיות התנגדות גבוהה כמו קורוזיה בנקודות חיבור לאדמה או כבלי אדמה ארוכים מאוד.
סיכום ומסקנות לביצוע פתרון תקלות PLC
כפי שאמרנו קודם מרבית תקלות ה-PLC מקורן ברכיבי השדה בחיווט ה-I/O ומדי פעם במודול עצמו.
התוכנה או ה"קוד" של ה-PLC עצמה אשמה לעיתים רחוקות. נוריות LED הם ללא ספק מועילים, אך מדידת מתח הכניסה בפועל היא הדרך האמינה היחידה לוודא מה קורה.
הבנת כניסות sinking ו-sourcing וטווחי המתח הצפויים במודולים תקדם אותך רבות בתהליך פתרון התקלות שלך