Периодичното самопроизволно движение на плъзгача е събитие, свързано с безопасността на машината

Ос, която се движи без очакваната команда, не е рутинна неизправност при въвеждане в експлоатация. Това е събитие с неконтролирано движение, което може да повреди инструменти, конструкции на машината, обработвани детайли, приспособления и персонал. Рискът става по-труден за управление, когато плъзгачът се държи нормално в продължение на много часове, преди внезапно да се премести с неочаквана скорост или в неочаквана посока.

Машината, разглеждана в този случай, използва Siemens SIMATIC S7-200 CPU 226, модул SIMOVERT MASTERDRIVES за осите на плъзгачите, MICROMASTER 440 за шпиндела и операторски панел TP 170A. Данните за командите и състоянието се предават чрез серийна комуникационна мрежа USS.

Съобщеният проблем възниква при единия или при двата плъзгача. Инцидентът може да се появи веднъж или два пъти в рамките на работния ден, последван от два или три дни нормална работа. Предишните опити включват отделяне на ШИМ регулатора на шпиндела от главния шкаф за управление и подобряване на заземяването. Тези действия не са отстранили неизправността.

Този модел често насърчава спекулативно отстраняване на неизправности. Инженерите може да сменят енкодер, да прекарат кабела по друг маршрут, да регулират параметър на регулатора или да добавят още един заземителен проводник. Една промяна може временно да промени симптома и да създаде впечатление, че проблемът е решен. Събитието обаче се повтаря, защото действителният път на командата никога не е бил доказан.

Надеждното разследване трябва да установи първата точка, в която очакваното поведение става ненормално. Екипът трябва да знае какво е поискал HMI, какво е приел PLC, какво е предал PLC, какво е получил честотният регулатор, какво е активирал регулаторът вътрешно и какво действително е направил двигателят.

Започнете с потвърждаване на всяко инсталирано устройство

Старите системи на Siemens често остават в експлоатация дълго след като първоначалният екип по въвеждането им е напуснал. Чертежите може да съдържат ръкописни промени. Архивите на параметрите може да са непълни. Резервни модули може да са били монтирани, без документацията да бъде актуализирана. Затова идентифицирането на хардуера трябва да предхожда тълкуването на параметрите.

Запишете пълния каталожен номер от всяка табелка. Не разчитайте само на списък на оборудването, въведен ръчно. Съобщеният номер на S7-200 CPU съдържа знаци, които може да са били копирани неправилно. Реалният контролер може да съответства на Siemens 6ES7216-2BD23-0XB0 SIMATIC S7-200 CPU 226, но захранването и вариантът на изходите трябва да бъдат потвърдени директно от инсталирания модул.

Един-единствен неправилен знак може да доведе до грешно ръководство, схема на клемите или резервна част. Буквата O често се бърка с нулата. Числото едно може да се обърка с буквата I. Липсващ суфикс също може да скрие важна хардуерна опция.

Същата дисциплина се прилага и към устройството SIMOVERT MASTERDRIVES. MASTERDRIVES е широко продуктово семейство, а не една фиксирана конструкция на задвижване. Управляващите платки, версиите на софтуера, опциите за енкодер, технологичните платки и конфигурациите Vector Control или Motion Control могат да променят наличните параметри и вътрешното маршрутизиране на сигналите.

Номерът за поръчка на MICROMASTER 440 също трябва да бъде проверен. Въпреки че MM440 управлява шпиндела, а не плъзгачите, той споделя средата в шкафа и може да използва същия комуникационен път USS. Неговите комутационни събития, прокарването на кабелите, конфигурацията на адресите и времето за комуникация могат да влияят на системата като цяло.

Запишете модела на TP 170A, версията на проекта на HMI, комуникационните настройки и адресите на свързания PLC. Панелът може да съдържа събития на бутоните, функции за рецепти, начални стойности или поведение на тегове, които не могат да бъдат идентифицирани само от програмата на PLC.

Преди да промените който и да е параметър, създайте пълни резервни копия на програмата на PLC, проекта на HMI, набора от параметри на MASTERDRIVES и набора от параметри на MM440. Заснемете кабелните екрани, превключвателите на платките, свързването към клемите и допълнителните модули. Тази изходна база позволява всяка последваща промяна да бъде сравнена и отменена.

Определете какво операторите разбират под „самопроизволно ускоряване“

Думата „самопроизволно ускоряване“ може да описва няколко различни събития. Ускоряването до пълна скорост се различава от краткото непреднамерено ръчно придвижване. Движението по време на стартиране се различава от движението по време на автоматична последователност. Диагностичният подход се променя според точното събитие.

Разпитайте всеки човек, станал свидетел на повредата. Искайте наблюдения, а не заключения. „Енкодерът е отказал“ е заключение. „Плъзгачът се движеше бързо в положителна посока, докато HMI показваше нулева скорост“ е наблюдение.

Запишете коя ос е засегната, посоката, приблизителната скорост, продължителността, началната позиция, режима на машината, състоянието на шпиндела, активната стъпка от програмата и метода, с който е спряно движението. Определете дали движението е започнало от покой или се е развило по време на вече съществуващо движение.

Ако плъзгачът се ускори до максимална скорост, проверете полярността на обратната връзка, активните източници на зададена стойност, последователността на разрешаване и регулирането на задвижването. Ако се премести само на кратко разстояние, проверете битовете за ръчно придвижване, дублираните тригери по фронт, остарелите команди и преходите между състоянията на последователността.

Ако събитието се появява само в автоматичен режим, логиката на последователността става по-значима. Ако се появява и в ръчен режим, съсредоточете се върху арбитрирането на командите, споделено от двата режима. Ако оста се движи при включване на захранването, преход на CPU, нулиране на задвижването или повторно свързване на HMI, инициализацията при стартиране заслужава незабавно внимание.

Поведението при спиране предоставя ценни доказателства. Ако премахването на сигнала за разрешаване на задвижването от PLC спира оста, силовият модул все още може да реагира на очаквания път за разрешаване. Ако движението продължава, докато основното захранване не бъде изолирано, проверете апаратурата на задвижването, външното окабеляване за разрешаване, поведението на контакторите и източниците на команди извън PLC.

Определете също дали задвижването е генерирало предупреждение или неизправност. Събитие без неизправност не доказва, че задвижването е било изправно, но подсказва, че то може да е приело командата и обратната връзка за валидни.

Разглеждайте машината като цялостна командна верига

Командата за движение може да започне от операторския панел TP 170A. Бутон, цифров вход, рецепта, събитие от екрана или автоматична последователност задава стойност в паметта на PLC. S7-200 валидира тази заявка и изчислява задание за скорост или движение. След това комуникационна USS процедура изгражда телеграма, съдържаща управляващи данни и технологични данни.

Устройството MASTERDRIVES приема телеграмата и предава управляващия сигнал и заданието през вътрешната си структура от сигнали. Крайната активна команда може да включва и фиксирани скорости, аналогови входове, команди от клеми, допълнителни задания, входове за бавен ход или вътрешни функционални блокове.

Пътят на обратната връзка е също толкова важен. Двигателят или товарът може да използва инкрементален енкодер, резолвер, тахометър или друго устройство за обратна връзка. Задвижването интерпретира този сигнал като скорост или позиция. След това някои действителни стойности могат да бъдат предадени към PLC.

Механични крайни изключватели, датчици за нулева позиция, превключватели за надход, контактори, спирачки и контакти за готовност на задвижването създават допълнителни пътища. Всеки път може да повлияе дали движението започва, продължава или спира.

Всеки етап трябва да има измерима стойност. В PLC записвайте необработената заявка от HMI, избрания режим на работа, състоянието на последователността, крайното валидирано задание, посоката, командата за разрешаване и резултата от комуникацията. В задвижването наблюдавайте получения управляващ сигнал, полученото задание, активното вътрешно задание, действителната скорост, състоянието на обратната връзка, тока, предупрежденията и неизправностите.

Нула, показана на HMI, не доказва, че PLC е предал нула. Нула в един регистър на PLC не доказва, че друг източник на команда е бил неактивен. Коректна USS телеграма не доказва, че задвижването е конфигурирано да използва именно тази телеграма като единствен източник на задание.

Разследването трябва да установи първото място, където очакваната стойност и записаната стойност се разминават. Тази точка разделя проблема на логика на HMI, приложение на PLC, комуникация, конфигурация на задвижването, обратна връзка, силова апаратура или механика.

Най-важното диагностично разграничение

Първият технически въпрос е прост: получи ли задвижването легитимна команда за движение?

Сравнете четири стойности по време на събитието:

• Крайното задание за движение от PLC.
• Заданието, получено от задвижването.
• Активното вътрешно задание на задвижването.
• Фактически измереното движение на двигателя или плъзгача.

Ако крайното задание за движение от PLC стане ненулево и задвижването го следва, задвижването може да работи правилно. Нежеланото движение е генерирано по-рано във веригата. Проверете събитията в HMI, логиката на последователността, запазените стойности, преходите между режимите и множеството записи в крайното задание.

Ако крайното задание от PLC остане нулево, но задвижването получи ненулева стойност, проверете изграждането на телеграмата, картографирането на паметта, мащабирането, обработката на буфера и изпълнението на комуникационния блок. Точната неочаквана стойност може да идентифицира механизма. Повтаряща се фиксирана стойност често показва запазени или остарели данни. Крайна положителна или отрицателна стойност може да показва проблем със знаково число или разменен ред на байтовете.

Ако задвижването получава нулева стойност, но активното му вътрешно задание стане ненулево, проверете конфигурацията на задвижването. Възможно е да са активни фиксирана скорост, аналогова задаваща стойност, функция за подготвително движение, вход от клема, допълнително задание, моторизиран потенциометър или технологична опция.

Ако заданието от PLC, полученото задание и вътрешното задание останат нулеви, докато двигателят ускорява, събитието е по-сериозно. Проверете поведението на обратната връзка, регулирането на задвижването, захранването на управляващата платка, хардуера на задвижването, поведението на изходния каскад и механичната връзка.

Този метод с четири сигнала предотвратява неконтролирана подмяна на части. Той също така създава техническо заключение, което може да бъде обосновано. Неизправността се отнася към конкретна причина въз основа на записаните доказателства, а не на предположения.

Обратната връзка е приоритетен заподозрян, но не и автоматично заключение

Периодична неизправност на енкодер или тахометър е напълно възможна, особено когато събитието се променя при вибрации, промяна на температурата, движение на кабела или промяна на позицията на плъзгача. Предположението обаче, че всяка загуба на обратна връзка автоматично води до максимална скорост, е твърде общо.

Правилно конфигурираното задвижване обикновено трябва да открива липсваща или неправдоподобна обратна връзка и да реагира съгласно настройките си за наблюдение и неизправности. Точната реакция зависи от версията на управлението, опцията за обратна връзка, конфигурацията и приложението.

Опасно поведение все още може да възникне, когато сигналът за обратна връзка е наличен, но неправилен. Обърнат поляритет, неправилна последователност на фазите, нестабилна амплитуда на сигнала, повредени канали, неправилен тип енкодер, неправилно мащабиране, разхлабени съединители или неподходяща конфигурация на регулатора могат да накарат задвижването да реагира в неправилната посока.

Периодично прекъсващ кабел рядко отказва като напълно прекъсната верига. Един проводник може да се отделя само когато кабелът се огъва. Контактен щифт в конектор може да губи контакт само при силни вибрации. Захранването на енкодера може да спадне при задействане на контактор. Токът по екранировката може да изкриви единия диференциален канал, без напълно да премахне сигнала.

Сравнете действителната скорост, отчетена от задвижването, с независимо измерване. Ръчен тахометър, временно монтиран проверен сензор или подходящо измерване с осцилоскоп може да установи дали вътрешната действителна стойност съответства на физическото движение.

Ако задвижването отчита нулева скорост, докато валът се върти, пътят на обратната връзка е подозрителен. Ако задвижването отчита правилната скорост, докато командата стане неправилна, обратната връзка може да работи нормално.

Никога не извършвайте тест на обратната връзка, като излагате персонала на движещ се плъзгач. Използвайте прегради, намалена скорост, контролирани условия на изпитване и независим метод за спиране.

Проверете цялата верига за обратна връзка

Системата за обратна връзка включва повече от енкодера. Сензорът, механичният съединител, кабелът, конекторът, захранването, екранировката, заземяването, входната платка и конфигурацията на задвижването допринасят за измерената стойност.

Започнете с механичната връзка. Уверете се, че валът на енкодера, ремъкът, предавката или гъвкавият съединител не могат да приплъзват. Проверете главините на съединителя, шпонките, фиксиращите винтове, пукнатините, замърсяването и разцентровката. Механично разкачен енкодер може да продължи да генерира сигнал, който вече не отразява действителното движение на товара.

Проверете всеки конектор при добро осветление и с увеличение. Търсете избутани назад контакти, слаби кримпвания, огънати щифтове, корозия, замърсяване с масло, счупена защита от опън и опъване на кабела. Потвърдете, че резервните конектори използват правилния тип контакти.

Проверете непрекъснатостта при изолирана машина, но не разчитайте само на статичен тест за съпротивление. Прекъснат проводник може да дава контакт, когато е изправен, и да прекъсва при огъване. При одобрен тест с нисък риск наблюдавайте сигнала за обратна връзка, докато кабелният носач преминава през нормалния си ход.

Измерете захранването на енкодера при самия енкодер и при работно натоварване. Стабилното напрежение в шкафа не доказва, че напрежението остава стабилно при сензора. Запишете минималната стойност по време на ускоряване на шпиндела, смяна на посоката на оста, спиране и задействане на контактор.

При инкрементален енкодер проверете амплитудата на каналите, симетрията на каналите, фазовата зависимост и индексния импулс, ако се използва. Диференциалните двойки трябва да останат балансирани. Импулсни шумове, липсващи импулси или намаляваща амплитуда може да показват проблеми с кабела, екранировката, захранването или сензора.

Проверете типа на енкодера, броя импулси, полярността, мащабирането и източника на обратна връзка в инсталирания набор от параметри на задвижването. Не приемайте, че номер на параметър от друго ръководство за MASTERDRIVES е приложим към тази управляваща платка.

Грешките на USS не трябва да се свеждат до случайни промени на битове

Комуникацията по USS се осъществява чрез структурирана телеграма. Протоколът включва проверка за грешки, затова повредена телеграма обикновено трябва да бъде отхвърлена, а не приета като несвързана валидна зададена скорост.

Това не означава, че USS може да бъде пренебрегнат. Проблемите с комуникацията все пак могат да допринесат за неконтролирано движение поради поведението на приложението. PLC може да формира неправилната дума с процесни данни. Знакова стойност може да бъде интерпретирана неправилно. Старшият и младшият байт могат да бъдат разменени. Стари данни може да останат в буфер за предаване. Липсващ отговор може да остави предишната зададена стойност активна.

Дублираните адреси на подчинени устройства също могат да причинят объркващо поведение. Всеки честотен регулатор в мрежата трябва да използва уникален адрес. Последователността на запитванията от PLC трябва да свързва всеки отговор с правилното подчинено устройство и правилната област от паметта.

Управляващата дума заслужава същото внимание като зададената скорост. Честотният регулатор може да остане разрешен, докато програмата на PLC приема, че е спрян. Потвърждението на грешки, командите ON/OFF, битовете за посока и логиката за рестартиране могат да бъдат обработени неправилно по време на възстановяване на комуникацията.

Пребройте успешните транзакции, таймаутите, отхвърлените кадри, последователните грешки и събитията за възстановяване. Един бит за „комуникационна грешка“ предоставя твърде малко информация. Диагностичните данни трябва да показват кой подчинен адрес е бил запитван и коя транзакция е била неуспешна.

При MICROMASTER 440 P2010 се отнася до конфигурацията на скоростта на предаване по USS. Той не трябва да се приема като обща настройка за таймаут на телеграмата. P2011 обикновено се свързва с адреса по USS. Значенията на всички параметри все пак трябва да се проверят в правилното ръководство за MM440 и спрямо конфигурацията на интерфейса.

По-дългият таймаут не е автоматично по-безопасен. Ако честотният регулатор продължава да използва предишната ненулева зададена стойност, докато изчаква изтичането на таймаута, увеличаването на това закъснение може да удължи нежеланото движение. Първо определете необходимата реакция при загуба на комуникация.

Физическият слой на RS-485 все още има значение

Дори когато повредените кадри се отхвърлят, нестабилната мрежа RS-485 може да причини многократни повторни опити, остарели данни, пропуснати актуализации на състоянието и непостоянно времетраене на приложението. Затова физическата мрежа изисква пълен одит.

Документирайте шината от комуникационния порт на S7-200 до всеки честотен регулатор. Потвърдете, че окабеляването използва правилна линейна топология. Дългите разклонения тип „звезда“ могат да създават отражения и трябва да се избягват, освен ако документацията на инсталирания интерфейс изрично не ги допуска.

Проверете дали всички устройства използват съвпадащи комуникационни настройки. Те включват скорост на предаване, четност, структура на телеграмата, дължина на процесните данни и адрес на подчиненото устройство. Запишете настройките, вместо да ги променяте по памет.

Терминирането трябва да отговаря на изискванията на конкретните интерфейси и конектори на Siemens. Не трябва автоматично да се добавя стандартен резистор от 120 ома. Неправилното терминиране или поляризация може да влоши сигнала.

Проверете типа на комуникационния кабел, непрекъснатостта на екрана, свързването на конекторите към маса и прокарването. Кабелът RS-485 не трябва да минава на дълги разстояния успоредно на изходни кабели на двигатели, проводници към спирачни резистори, окабеляване на контактори или други високочестотни силови вериги.

Когато разделянето е ограничено, пресичайте силовите и сигналните кабели приблизително под прав ъгъл. Поддържайте умишлено изравняване на потенциалите между шкафовете и секциите на машината. Избягвайте дълги опашки на екрана, които намаляват ефективността при високи честоти.

При необходимост използвайте подходящ диференциален сондаж за осцилоскоп, за да проверите формата на сигнала. Търсете отражения, прекомерно синфазно напрежение, звънене, бавни фронтове, кратки шумови импулси и промени в амплитудата при ускоряване на шпиндела или спиране на ос.

Свързан лаптоп или USB преобразувател може да промени заземяването и натоварването на шината. Запишете дали повредата се променя, когато е свързано диагностично оборудване.

Компонентите, използвани в индустриалните комуникации и мрежи, трябва да се оценяват заедно с топологията, екранирането, терминирането, адресирането и обработката на транзакциите от PLC. Подмяната на един конектор няма да коригира нестабилна крайна машина за комуникация.

Преглед на програмата на S7-200 като крайна машина

Периодичните повреди при пускане в експлоатация често се появяват по време на преходи, а не при установена работа. Машината може да работи правилно при непрекъсната работа, но да отказва при превключване между ръчен и автоматичен режим, завършване на връщането в начална позиция, възстановяване след аларма, смяна на рецепта или възстановяване на комуникацията.

Потърсете в кръстосаните препратки на програмата всяка инструкция, която записва в крайните променливи за скорост, посока и разрешаване. По-старите програми често записват в една и съща V-паметна дума в няколко мрежи. Резултатът се определя от последния изпълнен запис, което може да създаде поведение, изглеждащо случайно.

Създайте един ясен етап за арбитриране на командите. Ръчното придвижване, автоматичното движение, връщането в начална позиция, функциите за настройка и командите за техническа поддръжка трябва да постъпват в този етап като отделни заявки. Крайната зададена стойност трябва да се генерира едва след проверка на режима, ограниченията, обратната връзка, комуникацията и разрешаващите сигнали за безопасност.

Прегледайте логиката за еднократно задействане и откриване на фронт. Команда, предназначена да действа само за един скан, може да остане активна, защото паметта за фронта е използвана повторно, запазена или презаписана. Командата може също да се задейства повторно при промяна на бит за режима.

Проверете всяка защипка. Определете условието, което я задава, и всички условия, които я нулират. Защипка за движение, зависеща само от по-късна стъпка в последователността, може да остане активна, когато последователността бъде прекъсната от повреда.

Проверете обработката на знакови данни. Отрицателно цяло число, интерпретирано като беззнакова дума, може да се превърне в голяма положителна стойност. При умножение може да възникне препълване. Дума, копирана в неправилен байтов ред, може да създаде екстремна зададена стойност.

Проверете мащабирането от инженерни единици към стойността на USS процеса. Прилагайте положителните и отрицателните ограничения след окончателното изчисление, а не само при въвеждане на стойността в HMI.

Старите системи за управление Siemens SIMATIC S7 могат да работят надеждно в продължение на десетилетия, но приложенията им често съдържат модификации от няколко етапа на въвеждане в експлоатация. Структурираната проверка на кръстосаните препратки е по-ценна от предположението, че хардуерът на CPU е станал нестабилен.

Състоянията при стартиране и възстановяване изискват отделно тестване

Неинициализирани или запазени данни могат да предизвикат рядко движение след прекъсвания на захранването, изтегляне на софтуер, преминаване на CPU от STOP към RUN, нулиране на задвижването или повторно свързване на HMI.

Идентифицирайте всяка област от ретентативната памет, използвана от програмата за движение. Определете началната стойност на командата за скорост, посоката, разрешаването, режима, стъпката на последователността, битовете за кратко включване и състоянието на комуникацията след всеки вид рестартиране.

Рутината за стартиране трябва принудително да задава нула на всички заявки за движение. Тя трябва да изчиства чакащите команди за кратко включване и автоматичните команди, да проверява обратната връзка, да потвърждава състоянието на крайните изключватели, да установява комуникация и да изисква умишлена нова последователност за разрешаване.

Запазена ненулева зададена стойност никога не трябва да стане активна само защото задвижването е готово, преди PLC да завърши инициализацията.

Тествайте студен старт, топъл рестарт, преминаване на CPU от STOP към RUN, нулиране на задвижването, повторно свързване на HMI и възстановяване на отказал USS slave. Извършвайте тези тестове при механично обезопасена машина и намалена налична скорост.

Наблюдавайте управляващото захранване от 24 V по време на събития, свързани със захранването. PLC, енкодерът, HMI, комуникационният интерфейс, контакторите и управляващата електроника на задвижването може да се нулират при различни прагове на напрежението. Кратък спад на напрежението може да остави едно устройство да работи, докато друго се рестартира.

Запишете последователността на управляващото захранване, PLC в режим RUN, изправната комуникация, готовността на задвижването, освобождаването на спирачката и разрешаването на движението. Този ред трябва да бъде изрично определен и повторяем.

HMI може да генерира команди, които вече не са видими

Проектът за TP 170A трябва да бъде прегледан заедно с програмата на PLC. HMI команда може да бъде записана при натискане на бутон, отпускане на бутон, отваряне на екран, затваряне на екран, изтегляне на рецепта, актуализиране на таг или възстановяване на комуникацията.

Бутонът за кратко включване може да създаде опасно състояние, когато действието при натискане задава бит, а действието при отпускане го изчиства. Ако комуникацията прекъсне, докато бутонът е натиснат, командата за изчистване може никога да не достигне до PLC.

Операторът по-късно вижда ненатиснат бутон, но битът в PLC остава активен. Следващ преход на режима или разрешаващ сигнал може да позволи на остарялата заявка за ръчно придвижване да достигне до крайната команда за движение.

Надеждната функция за ръчно придвижване не трябва да разчита само на двойка действия „натискане и отпускане“. PLC трябва да изисква непрекъснато обновяване на командата, да прилага кратко време за изтичане, да валидира работния режим и да премахва командата, когато комуникацията стане невалидна.

Проверете всяко HMI събитие, свързано с ръчно придвижване, въвеждане на скорост, посока, нулиране, избор на режим, връщане в изходно положение и управление на автоматичния цикъл. Потърсете дублиращи се тагове, сочещи към един и същ PLC адрес.

Числовите входове изискват проверка на диапазона както в панела, така и в PLC. PLC трябва да отхвърля стойности извън допустимия инженерно зададен диапазон, дори когато полето на HMI изглежда правилно конфигурирано.

Старите системи Siemens SIMATIC HMI може да съдържат поведение на ниво екран, което не се вижда в логиката на PLC. Отделното регистриране на необработения HMI таг и на валидираната PLC команда помага да се установи истинският източник на командата.

MM440 може да влияе върху събитието, без да управлява плъзгача

MICROMASTER 440 управлява шпиндела, но все пак може да влияе върху средата за управление на плъзгача. Неговият входен изправител, постояннотоковото звено, изходът към двигателя, спирачната схема и честотата на превключване могат да създават проведени или излъчени смущения.

Най-силното смущение може да възникне при ускоряване, забавяне, пикове на тока или спиране на шпиндела, а не при установена работа. Сравнете времевите отпечатъци на самопроизволните движения със състоянието на шпиндела.

Регистрирайте стартирането и спирането на шпиндела, промяната на скоростта, тока, състоянието на DC шината, историята на неизправностите и активността на спирането. Определете дали всяко събитие възниква по време на сходен преход на шпиндела.

Ако модулите MM440 и MASTERDRIVES споделят USS шината, шпинделът също влияе върху времето за комуникация. PLC трябва предвидимо да извиква всеки подчинен модул и да обработва всеки отговор в правилната структура на паметта.

Проверете дали областите с USS данни за шпиндела и плъзгача не се припокриват. В компактните приложения със S7-200 понякога се използва повторно V-памет без ясно разделяне. Блок, записан за шпиндела, може да презапише част от командата за плъзгача.

Преместването на MM440 извън шкафа не елиминира напълно влиянието му. Моторните кабели, заземителните пътища, маршрутизирането на комуникациите и общите захранвания може да останат свързани.

Използвайте измервания, а не повтарящо се преместване. Проверете разделянето на кабелите, свързването на екранировката, мрежовите дросели или филтрите, посочени за задвижването, свързването към корпуса, свързването на моторния кабел и времевата зависимост между събитията на превключване и комуникационните грешки.

Одит на MASTERDRIVES по функция на сигнала

Одитът на параметрите на MASTERDRIVES трябва да следва пълния път на сигнала. Не започвайте със списък от номера на параметри, копиран от друга инсталация.

Първо проверете инсталираната версия на управлението, софтуерното издание, управляващата платка и опцията за обратна връзка. След това прегледайте режима на управление, данните за двигателя, типа обратна връзка, мащабирането на обратната връзка и източника на обратната връзка.

Идентифицирайте всеки източник, който може да управлява командите за включване/изключване на задвижването. Те могат да включват USS управляващи думи, клемни входове, фиксирани команди, вътрешни бинеакторни връзки или технологични функции.

Идентифицирайте всеки източник, който може да допринася за крайната зададена стойност на скоростта или позицията. Проверете основната зададена стойност, допълнителните зададени стойности, фиксираните скорости, функциите за толчково движение, аналоговите входове, функциите на моторизирания потенциометър и вътрешните функционални блокове.

Прегледайте положителните и отрицателните ограничения на скоростта, рампите за ускорение, рампите за забавяне, ограниченията на тока, ограниченията на въртящия момент и ограниченията за посоката. Консервативните временни настройки могат да намалят диагностичния риск, но не представляват самостоятелна защита на безопасността.

Проверете наблюдението на обратната връзка и реакцията при неизправност. Определете какво е конфигурирано да прави задвижването, когато обратната връзка липсва, е нестабилна, обърната или неправдоподобна.

Прочетете историята на предупрежденията и неизправностите на задвижването, преди да я изчистите. Предупреждение, което изглежда несвързано, може да е регистрирало момента, в който управляващото условие се е променило.

Използвайте инсталирания инженерингoв метод, като DriveMonitor, PMU, OP1S или друг одобрен интерфейс, за да наблюдавате вътрешните конектори и действителните стойности. Избирайте стойностите според конкретната версия на управлението.

Този функционален подход се прилага към стари и съвременни системи на Siemens за задвижване и управление на движенията. Управляващият софтуер, опциите за обратна връзка и вътрешното маршрутизиране могат да се различават, дори когато две задвижвания изглеждат физически еднакви.

Изградете записващ модул за събития със задействане

Събитие, което възниква веднъж дневно, не може да бъде диагностицирано чрез непрекъснато наблюдение на HMI. Системата се нуждае от диагностичен записващ модул, който заснема периода преди и след необичайното движение.

Създайте кръгов PLC буфер, съдържащ необработената HMI команда, валидираната команда, крайната зададена стойност за скоростта, посоката, разрешаването, режима, състоянието на последователността, входовете за крайни положения, състоянието „задвижването е готово“, резултата от USS транзакцията и брояч на пробите.

В задвижването заснемайте получения управляващ код, получената зададена стойност, активната вътрешна зададена стойност, действителната скорост, състоянието на обратната връзка, изходния ток, токообразуващия въртящ момент, когато е наличен, предупрежденията и неизправностите.

Задействането може да се базира на действителна скорост над малък праг, докато крайната PLC команда е нула. Друго задействане може да открива движение извън одобрено състояние на последователността. Несъответствие между зададената и измерената посока също може да задейства записа.

Запазете данните отпреди задействането. Ако записването започне едва след като плъзгачът е потеглил, задействащото условие може вече да е изчезнало.

Комуникационната диагностика трябва да различава успешните транзакции, пропуснатите отговори, отхвърлените съобщения, последователните откази и събитията по възстановяване. Записвайте кой slave е бил активен по време на грешката.

Поддържайте диагностичната логика компактна. S7-200 разполага с ограничена памет и ограничен капацитет за сканиране. Потвърдете, че регистрирането не нарушава времето на изпълнение на съществуващите USS процедури.

Експортирайте данните след всяко събитие. Съхранявайте ги с датата, състоянието на машината, доклада на свидетеля и всички физически наблюдения. Поредица от няколко събития може да разкрие модел, който едно събитие не би могло.

Използвайте диагностични броячи, които отговарят на конкретни въпроси

Броячите са полезни само когато значението им е ясно. Общият брояч на командите и общият брояч на обратната връзка могат да се разминават по много нормални причини.

Бройте всяка приета от HMI заявка за движение. Бройте всяка команда за движение, приета от окончателното арбитриране в PLC. Бройте всяко успешно завършено предаване по USS. Бройте всеки валиден отговор, получен от задвижването на оста.

Освен това броете изтичанията на времето за комуникация, събитията „задвижването не е готово“, активиранията на ограничителите, промените на режима и изтеклите команди.

Съхранявайте последната предадена стойност на скоростта и управляващата дума. Съхранявайте последната валидно получена действителна стойност и статусната дума. Когато е практично, добавете пореден номер към структурата на командата.

Когато възникне събитие, броячите могат да отговорят на няколко въпроса:

• Генерира ли HMI заявка?
• Одобри ли PLC тази заявка?
• Изпрати ли PLC нова телеграма?
• Върна ли задвижването валиден отговор?
• Започна ли действителното движение без нова одобрена команда?

Броячът не трябва да се нулира автоматично при всяко стартиране, освен ако историческата му стойност не е необходима. Обмислете запазването на брояча на събитията в ретентивна памет, като същевременно принуждавате самите команди за движение към безопасна стойност при стартиране.

Независимата защита срещу превишаване на хода не може да зависи от стандартната логика

Софтуерните ограничения на положението са полезни, но не могат да бъдат единствената защита срещу повреда, която може да възникне в PLC програмата, комуникационния път или стандартния контролер на задвижването.

Всяка ос трябва да има правилно проектирана защита срещу достигане на крайна позиция. В зависимост от оценката на риска на машината това може да включва твърдо свързани крайни изключватели, сензори за положение със защитен клас, защитни релета, вериги за блокиране на задвижването, контактори, спирачки или друга валидирана архитектура.

Стандартен PLC вход, който записва команда за нулева скорост, не е автоматично защитна функция. Същата логическа грешка, която е предизвикала движението, може да попречи на обработването на тази команда за спиране.

Премахването на заданието за скорост също не гарантира премахването на въртящия момент. Задвижването може да остане разрешено, вторично задание може да остане активно или натрупаната механична енергия може да продължи да придвижва товара.

Изпитайте независимо аварийния стоп, блокировките на предпазителите, превключвателите за надход, контактите за повреда на задвижването, спирачките и контакторите. Потвърдете, че след задействане на защитата рестартирането изисква съзнателно действие.

По време на диагностичното пускане намалете максималната скорост, ускорението, въртящия момент и възможния ход, когато това е технически възможно. Временни механични ограничители трябва да се използват само ако са проектирани за възможната енергия на удара.

Никоя диагностична цел не оправдава излагането на човек на ос, която вече е показала неконтролирано движение.

Пример: Кабел, който отказва само при обръщане на посоката

Разгледайте плъзгач, който се държи нормално при бавно статично изпитване, но се движи рязко при бързо обръщане на посоката. Регистърът на PLC показва стабилна команда. Следата от задвижването показва внезапно смущение в измерената скорост, последвано от голям коригиращ изходен сигнал.

Проверката за непрекъснатост на кабела на енкодера е успешна, докато машината е спряна. Кабелът обаче преминава през подвижен кабелен носач. Един проводник е прекъснат близо до минималния радиус на огъване и прекъсва само когато носачът достигне определена позиция.

Измерване с осцилоскоп на входа на задвижването показва срив на единия канал на енкодера при обръщане на посоката. Командата остава правилна и не се регистрира USS повреда.

Кабелът се заменя с правилния тип за непрекъснато огъване. Възстановяват се предпазването от опън и свързването на екранировката. Захранването на енкодера и качеството на формата на сигнала се изпитват по целия ход на плъзгача.

Окончателната проверка включва многократни обръщания на посоката при намалена скорост, последвани от контролирана работа при нормална производствена скорост. Новата изправна форма на сигнала се съхранява като базова.

Този случай показва защо повредата във веригата за обратна връзка трябва да се доказва динамично. Изпитването със статично измерване на съпротивлението може да даде нормален резултат, дори когато кабелът отказва по време на работа.

Пример: Команда за ръчно придвижване остава активна след загуба на комуникация с HMI

При друга машина натискането на бутон за ръчно придвижване задава PLC бит. Отпускането на бутона го изчиства. HMI губи комуникация, докато бутонът е натиснат, така че командата за отпускане никога не достига до PLC.

В този момент друг блокиращ механизъм предотвратява движението. Остатъчният бит за ръчно придвижване остава скрит. По-късно операторът променя режима на машината. Окончателната PLC логика вече приема старата заявка за ръчно придвижване и плъзгачът се премества неочаквано.

Задвижването следва валидна зададена стойност от PLC. USS комуникацията е изправна при започване на движението. Смяната на енкодера или добавянето на друга връзка към екранировката няма да отстрани проблема.

Актуализираната PLC логика изисква непрекъснато обновявана заявка за ръчно придвижване. Командата изтича след кратък интервал. Тя се приема само в правилния режим, при валидна комуникация и изпълнено необходимо условие за разрешаване.

Логиката при стартиране изчиства всички заявки за движение. Действието за освобождаване от HMI остава, но вече не е единственият механизъм за премахване на командата.

Регистраторът на събития потвърждава, че необработеният бит от HMI е останал активен след предишната комуникационна повреда. Първопричината не е била комуникационно изкривяване. Тя е била опасна обработка на валидна, но остаряла команда.

Пример от практиката: Шумът разкрива слаба обработка на USS буфера

Трета машина изпитва изтичане на времето при USS, когато шпинделът ускорява. Повредените телеграми се отхвърлят, така че мрежата не преобразува директно една команда за скорост в друга.

Приложението на PLC обаче не анулира предишната команда към оста след пропусната транзакция. Процедурата USS също се изпълнява условно, което създава неравномерни интервали на опресняване.

По време на преход между последователности новата нулева команда се записва в едно място в паметта, докато буферът за предаване все още съдържа по-стара ненулева стойност. Следващата успешно предадена телеграма изпраща валидни, но остарели данни.

Задвижването получава правилно структурирана команда и реагира нормално. Нарушението на физическия слой разкри слабост в софтуера, вместо директно да генерира зададената стойност.

Коригиращото действие подобрява прокарването на кабелите и свързването на екранировката. След това комуникационната процедура на PLC се преработва така, че всяко задвижване да използва отделна област памет. Окончателната валидирана зададена стойност се копира в буфера за предаване непосредствено преди транзакцията.

Пропуснатият отговор маркира данните като невалидни. Програмираният отговор при загуба на комуникация се проверява чрез контролирано тестване.

Този случай показва защо отстраняването на комуникационни проблеми трябва да обхваща както електрическата форма на сигнала, така и жизнения цикъл на данните в приложението.

Практическа последователност за разследване на място

Стъпка 1: Обезопасете машината. Осигурете независима защита от прекомерен ход, намалете тестовата енергия и ограничете достъпа на персонала.

Стъпка 2: Потвърдете хардуера. Запишете пълните каталожни номера, версиите на софтуера, допълнителните платки, устройствата за обратна връзка и интерфейсните модули.

Стъпка 3: Създайте резервни копия. Запазете програмата за S7-200, проекта за TP 170A, набора от параметри на MASTERDRIVES и параметрите на MM440.

Стъпка 4: Определете събитието. Запишете посоката, скоростта, продължителността, работния режим, позицията, състоянието на шпиндела и поведението при спиране.

Стъпка 5: Картирайте веригата на командите. Идентифицирайте всеки източник на зададена стойност, разрешаване, посока, фиксирана скорост, ръчно придвижване и допълнителна зададена стойност.

Стъпка 6: Добавете синхронизирано регистриране. Записвайте командите към PLC, USS данните, вътрешните стойности на задвижването, обратната връзка, тока, ограниченията, предупрежденията и неизправностите.

Стъпка 7: Тествайте състоянията при стартиране. Проверете стартиране на студено, топъл рестарт, преходите на CPU към RUN, повторното свързване на HMI и възстановяването на комуникацията.

Стъпка 8: Проверете обратната връзка динамично. Тествайте захранващото напрежение, качеството на формата на сигнала, свързването, конекторите, екранирането и огъването на кабелите.

Стъпка 9: Проверете USS и RS-485. Проверете адресирането, топологията, терминирането, областите с данни, времето и обработката на грешки.

Стъпка 10: Прегледайте кръстосаните препратки в PLC. Намерете всеки записващ елемент за крайната зададена стойност, посоката и разрешаването на задвижването.

Стъпка 11: Проверете маршрутизацията на сигналите на задвижването. Проверете всеки източник на команди и всеки участник в активната зададена стойност.

Стъпка 12: Променяйте по един елемент наведнъж. Записвайте старото състояние, новото състояние, причината, резултата от теста и метода за връщане назад.

Дългосрочното укрепване трябва да обхване архитектурата

След като откриете непосредствената причина, попитайте защо една повреда е могла да предизвика опасно движение. Едно-единствено изтичане на времето за комуникация, прекъсване на кабел или грешка на HMI не трябва да заобикаля всички защитни слоеве.

Разделете генерирането на командите, валидирането на командите, комуникационния транспорт, управлението на задвижването и защитата за безопасност. Всеки слой трябва да има ясно определена отговорност.

PLC трябва да генерира ограничена и валидирана спрямо състоянието команда. Комуникационната процедура трябва да предава актуални данни с ясна валидност и актуалност. Задвижването трябва да прилага конфигурираните експлоатационни ограничения и да следи обратната връзка. Независимите функции за безопасност трябва да управляват опасното движение.

Преценете дали архитектурата S7-200 и USS все още може да се поддържа. Миграцията към по-нова платформа за PLC и задвижвания може да подобри диагностиката, времевите маркери, наличността на компонентите, видимостта на мрежата и управлението на резервните копия.

По-нова мрежа не прави машината автоматично безопасна. PROFINET сам по себе си не коригира слаба арбитрация на командите, лоша логика при стартиране или недостатъчна защита от прекомерен ход.

Модернизацията трябва да включва HMI, чертежите, контрола на версиите на софтуера, архитектурата за безопасност, стратегията за резервни части и обучението на персонала. Подмяната само на PLC може да прехвърли проблема към друга платформа.

При взискателни приложения за позициониране преценете дали профилът на движение трябва да се изпълнява в специализирано задвижване или контролер за движение, вместо чрез многократни серийни команди за скорост. Правилното решение зависи от точността на позициониране, синхронизацията, времето на цикъла, архитектурата на обратната връзка и риска за машината.

Проверката е нещо повече от изчакване на повторна поява на повредата

Седем дни без инцидент са окуражаващи, но не доказват, че първопричината е отстранена. Проверката трябва умишлено да възпроизведе условията, които преди са увеличавали риска.

Изпълнете многократни цикли по целия ход при контролирана скорост. Включете бързи реверси, ускоряване на шпиндела, спиране на шпиндела, загрят шкаф, максимално нормално натоварване и движение на кабеловодещата верига.

Повторете тестовете за стартиране и възстановяване. Превключвайте захранването на управлението съгласно одобрена процедура. Тествайте прехода на CPU от STOP към RUN, нулирането на задвижването, повторното свързване на HMI, загубата на един USS подчинен модул и възстановяването на комуникацията.

Проверете реакцията при повреда на обратната връзка чрез одобрен метод за изпитване. Не изключвайте енкодер в производствена система, докато персоналът е изложен на движение.

Изпитайте всеки хардуерен ограничител, софтуерен ограничител, вход за повреда на задвижването, авариен стоп, спирачка и независимо устройство за ограничаване на хода. Потвърдете необходимата реакция при спиране и поведението при повторно стартиране.

Сравнявайте крайната команда от PLC, получената от задвижването команда, активната вътрешна зададена стойност и действителното движение по време на всяко изпитване.

Определете критериите за приемане преди изпитването. Подходящите критерии могат да включват:

• Липса на непреднамерено движение при каквото и да е условие за стартиране или възстановяване.
• Липса на необработена комуникационна повреда в USS.
• Липса на запазена команда за движение след загуба на комуникацията с HMI.
• Стабилно захранване на обратната връзка и стабилна форма на сигнала по време на целия ход.
• Правилна работа на всяко независимо устройство за ограничаване на хода.
• Записано съответствие между командата, получената зададена стойност, активната зададена стойност и действителното движение.

Поддържайте записващото устройство на събитията по време на ранната производствена експлоатация. Успешното коригиращо действие трябва да премахне както физическия симптом, така и необичайния диагностичен модел, който го е причинил.

Първопричината ще се прояви там, където сигналите се разминават за първи път

Интермитентното неконтролирано движение на плъзгач в система със Siemens S7-200 и MASTERDRIVES не бива да се приписва на „шум“, „енкодера“ или „USS“ без доказателства.

Решаващият метод е да се съпоставят крайната команда от PLC, получената от задвижването команда, активната вътрешна зададена стойност и действителната механична реакция.

Ако командата от PLC стане неправилна, изследвайте HMI и логиката на приложението. Ако предаваната или получената стойност стане неправилна, изследвайте обработката на паметта, мащабирането, формирането на телеграмата и мрежата RS-485.

Ако задвижването активира източник на команда, който PLC не е предвидил, проверете вътрешната конфигурация на задвижването. Ако всички команди остават безопасни, докато двигателят ускорява, изследвайте обратната връзка, захранването на управляващата платка, хардуера на задвижването и механиката.

Повредите във веригата за обратна връзка остават вероятни, но трябва да се изпитват като цялостни вериги. Проблемите с USS също остават вероятни, но остарелите валидни данни и слабата логика за възстановяване често са по-правдоподобни от случайно повредена телеграма, превърнала се във валидна команда за максимална скорост.

Машината трябва да се върне към нормална експлоатация едва след като независимата защита е ефективна, механизмът, инициирал повредата, е подкрепен от записани доказателства и контролираното изпитване е потвърдило както коригиращото действие, така и реакцията при бъдещи повреди.

Този дисциплиниран подход изисква повече подготовка от спекулативната подмяна на компоненти. Той също така води до по-ценен резултат: машина, чиято траектория на движение е разбрана, записана, документирана и защитена срещу следващата единична повреда.