Solución de problemas del sistema redundante Siemens S7-400H
Llevo casi veinte años manteniendo sistemas S7-400H en funcionamiento. Estos racks redundantes se diseñaron para funcionar sin interrupciones, pero fallan constantemente. Las CPU casi siempre están bien. Lo que falla son los módulos de sincronización, las fuentes de alimentación y los enlaces de fibra. El sistema H en sí es robusto. El problema es que todo lo demás se desgasta y se deteriora, y cuando la redundancia falla, te quedas con una sola CPU sin respaldo.
Trabajo en una tienda que ha estado en el Siemens Llevo trabajando con PLC desde la época del S5. El S7-400H salió en 1996 y todavía se utiliza en plantas industriales. Este artículo trata sobre las averías que he solucionado en sistemas en funcionamiento. Datos reales, soluciones reales, sin teoría.
Te acercas al panel y una de las CPU muestra un LED amarillo IFM1F o REDF. La otra CPU está funcionando sola. Esta es la llamada más frecuente que recibo.
Lo primero: compruebe los módulos de sincronización. El S7-400H utiliza dos módulos de sincronización por CPU, conectados mediante cables de fibra óptica. Los números de pieza son 6ES7 960-1AA04 Para la fibra estándar o 6ES7 960-1AB04 para el rango extendido. He visto muchísimos más fallos en el módulo de sincronización que en la CPU.
Observa el LED SYNC de cada módulo de sincronización. Si está apagado o parpadea cuando debería estar encendido de forma continua, ese módulo está averiado o a punto de fallar. Cámbialo. No te molestes en probarlo.
Luego, revise los cables de fibra óptica. Estos se doblan, se quedan atrapados en las puertas de los gabinetes y los roedores los roen. Sostenga un extremo frente a una luz brillante. Si ve que la luz se filtra a través del revestimiento, reemplácelo. Si dispone de un medidor de potencia de fibra óptica, úselo. Necesita al menos -20 dBm en el receptor. Por debajo de -25 dBm, experimentará pérdidas de sincronización intermitentes, generalmente justo cuando la producción está al máximo.
Si los extremos de los conectores de fibra están sucios, vuelve a limpiarlos. Usa un limpiador de un solo clic, no tu camisa. He reparado más módulos de sincronización averiados con un lápiz limpiador de 12 dólares que con una pieza de repuesto de 600 dólares.
Si los módulos y cables de sincronización están en buen estado, fuerce el restablecimiento de la redundancia. Ponga la CPU en modo DETENIDO y luego en MODO DE EJECUCIÓN. En el PASO 7, vaya a PLC > Diagnóstico/Configuración > Modo de funcionamiento. El sistema debería resincronizarse. Si no lo hace, se trata de un fallo de hardware en el bus o en la propia CPU.
Las fuentes de alimentación PS 407 (6ES7 407-0KA02-0AA0 o similares) son muy fiables, pero tienen un punto débil: el circuito de monitorización de la batería de respaldo.
Escenario común: una fuente de alimentación muestra el LED BATT encendido. El sistema sigue funcionando, a nadie le importa, y tres meses después la otra fuente también falla. Ahora estás sin energía. Lo he visto cientos de veces.
Lo que hago es desconectar la fuente de alimentación que sospecho que está defectuosa y comprobar la tensión de salida en los terminales de la parte trasera. Debería haber 24 V CC con una tolerancia del 2 %. Si la tensión es inferior a 23 V o superior a 25 V, significa que el circuito de regulación está fallando. Reemplácelo. No lo ajuste. Estos dispositivos no tienen potenciómetro de ajuste.
El problema oculto: la fuente de alimentación podría estar bien, pero la entrada de 24 V CC al rack está fallando. Revise los terminales de entrada de la PS 407. Si la entrada cae por debajo de 20,4 V (el umbral de subtensión del S7-400), la fuente indicará una falla. Esto ocurre con más frecuencia de lo que se piensa. Disyuntores defectuosos, terminales sueltos, cables de calibre insuficiente.
Otro problema es el fallo del módulo de redundancia. Si el módulo de redundancia (6ES7 407-0RA00-0AA0) está conectado entre dos fuentes de alimentación, también puede fallar. Cuando falla, una de las fuentes parece estar inactiva en el rack, aunque esté suministrando voltaje. Desactive temporalmente el módulo de redundancia. Realice un puente en las salidas para confirmarlo. Si el rack vuelve a funcionar, reemplace el módulo.
El IM 460-1 (6ES7 460-1BA00-0AA0) en el rack central y el IM 461-1 (6ES7 461-1BA00-0AA0) en el rack de expansión son otro punto débil en los sistemas H. Estos son los módulos de interfaz que conectan los dos racks de un par redundante.
El síntoma: una CPU informa de un fallo en Ext. DP o BUS2Fault, pero la otra CPU funciona correctamente. El par redundante no puede sincronizarse porque la comunicación del rack de expansión está interrumpida.
Prueba rápida: intercambie el módulo IM 460-1 entre los dos bastidores. Si la falla se traslada con el módulo, está defectuoso. Si permanece en la misma ranura, el problema reside en el panel posterior o en el cable entre los bastidores.
Problemas con el cable: los cables de conexión (6ES7 468-xx) tienen conectores rectangulares grandes. En ocasiones, se ha roto el pestillo, el cable se ha salido parcialmente y el sistema ha presentado fallos intermitentes durante semanas antes de que alguien lo detecte. Empuje el conector firmemente. Si hace clic, todo bien. Si no hace clic, reemplace el extremo del cable.
Las CPU S7-400H utilizan tarjetas de memoria MMC o RAM anteriores. Cuando la batería se agota, estas tarjetas se desactivan y la CPU se apaga. El sistema redundante se iniciará, pero una de las CPU no podrá ejecutarse porque no puede cargar su sistema operativo.
Extrae la tarjeta de memoria e insértala en un lector conectado a un ordenador. Intenta leerla. Si Windows te pide que la formatees, la tarjeta está dañada. Si puedes leerla, haz una copia de seguridad del proyecto, formatea la tarjeta y vuelve a grabarla.
La solución práctica: ten siempre dos tarjetas de memoria de repuesto programadas para cada tipo de CPU en tu gabinete. Cuando esto suceda (y sucederá), podrás cambiar la tarjeta en treinta segundos en lugar de pasar una hora reconstruyéndola.
Si ambas CPU fallan simultáneamente (generalmente debido a un corte total de energía con baterías de respaldo agotadas), deberá descargar el proyecto desde cero. Los relojes basados en RAM también pueden desincronizarse durante este proceso, así que ajuste la hora en ambas CPU después de la carga.
Esto me vuelve loco. El sistema redundante funciona bien, pero un esclavo DP (quizás un ET 200M o un rack de E/S remoto) aparece como defectuoso en un canal pero no en el otro.
Causa raíz: el maestro DP de una CPU perdió la conexión con el esclavo, la restableció y ahora el esclavo está asignado al maestro equivocado. Las dos CPU no se ponen de acuerdo sobre quién controla ese esclavo.
Solución del PASO 7: acceda a la configuración de hardware y compruebe las propiedades de redundancia del esclavo DP. Asegúrese de que esté configurado como Maestro DP redundante. Si está configurado en una ranura maestra específica, cámbiela. A continuación, reinicie el dispositivo esclavo.
Tras sustituir un esclavo DP en un sistema redundante, es necesario reasignarlo a ambos maestros. El procedimiento de sustitución del esclavo, según el manual, consiste en desconectar el esclavo de la alimentación, sustituirlo, volver a conectarlo y, a continuación, utilizar Configuración de hardware > PLC > Descargar al módulo para el esclavo DP. Si no se realiza la sustitución en ambos maestros, el esclavo funcionará para una CPU y fallará para la otra.
El reemplazo de la CPU (414H, 417H, etc.) es poco frecuente, pero sucede. Aquí es cuando tomo la decisión:
· La CPU entra en estado STOP con un código de error interno que no se borra después de un reinicio de la memoria.
· Varios módulos de E/S en la misma CPU no muestran conexión, pero el backplane está bien.
· El LED INTF permanece encendido permanentemente incluso después de una nueva descarga de OB1.
· Se observa un error de E/S distribuidas: fallo de estación en una CPU, pero la otra CPU se comunica correctamente con los mismos esclavos.
Sustitución de la CPU en un sistema H: coloque la CPU en buen estado sola, retire la CPU defectuosa, instale la nueva, configure el selector de modo en MRES y manténgalo pulsado durante nueve segundos (hasta que el LED STOP deje de parpadear y permanezca encendido), luego configure en RUN. La CPU en buen estado descargará automáticamente los datos del sistema a la nueva CPU. Deje que finalice el proceso. No lo interrumpa. Tarda entre dos y cinco minutos, dependiendo del tamaño del programa.
El error que veo es que cambian la CPU sin verificar la versión del firmware. Si la nueva CPU tiene un firmware diferente al de la anterior, no se establecerá la redundancia. Siempre compruebe la versión del firmware del 6ES7 400 en el búfer de diagnóstico antes de pedir un reemplazo.
Un detalle que te costará horas: los números de pieza de los módulos de sincronización deben coincidir en ambas CPU. Si el rack 0 tiene el módulo 6ES7 960-1AA04 y el rack 1 tiene el 6ES7 960-1AB04, el sistema no se sincronizará. No importa lo que diga la documentación; en la práctica, no lo son. Mantén los módulos emparejados.
Lo mismo ocurre con la longitud de la fibra. Si un cable mide 1 metro y el otro 10 metros, la diferencia en la sincronización de la señal puede provocar pérdida de sincronización en ciclos de escaneo prolongados. Utilice la misma longitud en ambos enlaces.
Cuando entro en una planta con un sistema H defectuoso, este es mi pedido:
1. Observa los LED de ambas CPU. Anota el estado de cada LED.
2. Lea el búfer de diagnóstico en la única CPU (la que aún está en ejecución).
3. Lea el búfer de diagnóstico de la CPU defectuosa.
4. Compruebe los LED del módulo de sincronización en ambos bastidores.
5. Compruebe los indicadores LED de la fuente de alimentación y los indicadores LED de la batería.
6. Presta atención a las fuentes de alimentación del ventilador. Si un ventilador no funciona, cámbialas de inmediato.
El búfer de diagnóstico te proporciona el 90% de la información que necesitas. No adivines. Léelo.
La mayoría de los problemas del S7-400H no se deben a las CPU. Los módulos de sincronización, las fuentes de alimentación, los módulos IM y los cables de fibra óptica suelen fallar mucho antes que el PLC principal. Consuma repuestos de los componentes más costosos (los módulos de sincronización y los módulos IM), ya que esperar tres días por un reemplazo del 6ES7 960-1AA04 le costará más que tenerlo en stock.
Y revise esas baterías en cada mantenimiento preventivo programado. Una batería de respaldo descargada convierte un ciclo de encendido de dos minutos en una reparación de cuatro horas.
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