Програмовані логічні контролери (PLC), як основні продукти управління в промисловій автоматизації, існують вже півстоліття. З розвитком напівпровідникових, комп’ютерних і комунікаційних технологій галузь промислового керування зазнала драматичних змін, і ПЛК еволюціонували через п’ять поколінь з точки зору продуктивності, функціональності, простоти використання та форми продукту. Сьогодні ми обговоримо вирішення типових проблем з ПЛК.
По-перше, давайте повернемося до основ і визначимо, що таке ПЛК:
Це тип програмованого пристрою пам’яті, який використовується для внутрішнього зберігання програм. Він виконує-орієнтовані на користувача інструкції, такі як логічні операції, послідовне керування, хронометраж, підрахунок і арифметичні операції, а також керує різними типами машин або виробничими процесами через цифровий або аналоговий вхід/вихід.
I. Питання стійкості до перешкод
З розвитком науки і техніки ПЛК все ширше застосовуються в промисловому управлінні. Від їх надійності безпосередньо залежить безпека виробничо-господарської діяльності промислових підприємств, а здатність системи протидіяти перешкодам є ключовою для забезпечення надійної роботи всієї системи. Щоб підвищити надійність систем керування ПЛК, з одного боку, виробники ПЛК повинні підвищити стійкість обладнання до перешкод; з іншого боку, це вимагає надання високого пріоритету інженерному проектуванню, монтажу, будівництву, експлуатації та технічному обслуговуванню. Лише через -кооперацію багатьох сторін проблему можна повністю вирішити, ефективно підвищивши стійкість системи до перешкод.
[Джерела перешкод і загальна класифікація]
Джерела перешкод, що впливають на системи керування ПЛК, подібні до тих, які зазвичай впливають на промислове контрольне обладнання; більшість з них виникають у місцях, де струм або напруга різко коливаються. Ці області інтенсивного руху заряду є джерелами шуму, тобто джерелами перешкод.
Джерела перешкод зазвичай класифікуються на основі причини перешкод, режиму перешкод і характеристик хвилі шуму.
1. За причиною виникнення шуму: шум розряду, імпульсний шум, високо{1}}частотний коливальний шум
2. За формою хвилі та характером шуму: безперервний шум, спорадичний шум
3. За типом перешкод: перешкоди загального-режиму, перешкоди-диференціального режиму
Серед них загальна-інтерференція та диференціальна-інтерференція є відносно поширеним методом класифікації. Синфазні-перешкоди стосуються різниці потенціалів між сигнальною лінією та землею. Це в основному утворюється суперпозицією синфазних-напруг (однаковий-напрямок), індукованих на сигнальних лініях вторгненням в електромережу, різницею потенціалів землі та просторовим електромагнітним випромінюванням. Синфазна напруга-інколи може бути досить високою; особливо в приміщеннях, що живляться від розподільних пристроїв із поганою ізоляцією, загальна-напруга вихідних сигналів передавача зазвичай висока, деякі досягають понад 130 В. Загальну{12}}напругу можна перетворити на диференціальну-напругу через незбалансовані схеми, безпосередньо впливаючи на сигнали вимірювання та керування та спричиняючи пошкодження компонентів. Цей тип-синфазних перешкод може бути постійним або змінним струмом.
Перешкоди в диференціальному-режимі — це напруга перешкод, що діє між двома клемами сигналу. В основному він утворюється напругою, що виникає внаслідок зв’язку електромагнітного поля в повітрі та перетворення-синфазних перешкод незбалансованими ланцюгами. Ця напруга безпосередньо накладається на сигнал, безпосередньо впливаючи на точність вимірювань і керування.
[Основні джерела електромагнітних перешкод]
1. Випромінювання навколишнього середовища
Випромінювані електромагнітні поля (EMI) у навколишньому середовищі в основному створюють електромережі, перехідні процеси в електричному обладнанні, блискавки, радіомовлення, телебачення, радари та високо-частотне індукційне нагрівальне обладнання. Це зазвичай називають випромінюваними перешкодами.
Це в основному викликає перешкоди через два шляхи: 1) Пряме випромінювання в ПЛК, викликаючи перешкоди в схемі
2) Випромінювання, спрямоване на внутрішню комунікаційну мережу ПЛК, створює перешкоди через індукцію в лініях зв’язку
Випромінювані перешкоди пов’язані з розташуванням польового обладнання та величиною електромагнітних полів, створених обладнанням, зокрема їх частотою. Зазвичай захист забезпечується використанням екранованих кабелів, локального екранування ПЛК і розрядників високої-напруги.
2. Перешкоди від зовнішніх системних кабелів
Ці перешкоди в основному виникають через лінії живлення та сигнальні лінії, і їх зазвичай називають кондуктивними перешкодами. Цей тип перешкод особливо сильний у промислових умовах Китаю.
1) Перешкоди від джерел живлення
Практика показала, що багато збоїв системи керування ПЛК викликані перешкодами, внесеними через джерело живлення; Проблема зазвичай вирішується шляхом заміни джерела живлення на джерело живлення з вищою ефективністю ізоляції.
Джерела живлення ПЛК зазвичай використовують ізольовані джерела живлення, але через структурні та виробничі фактори їх ефективність ізоляції не ідеальна. Насправді абсолютна ізоляція неможлива через наявність розподілених параметрів, зокрема розподіленої ємності.
2) Перешкоди, створені через сигнальні лінії
Різноманітні лінії передачі сигналу, підключені до системи керування ПЛК, неминуче дозволяють зовнішнім сигналам перешкод проникати на додаток до передачі дійсної інформації.
Ці перешкоди здебільшого проникають двома шляхами: по-перше, перешкоди в електромережі через джерело живлення передавача або джерело живлення, яке використовується спільно з сигнальними інструментами-фактором, який часто не помічають;
по-друге, перешкоди, викликані просторовим електромагнітним випромінюванням на сигнальних лініях, тобто зовнішні наведені перешкоди на сигнальних лініях, які є особливо серйозними.
3) Перешкоди, спричинені неорганізованою системою заземлення
Заземлення є одним із ефективних методів підвищення електромагнітної сумісності (ЕМС) електронного обладнання. Правильне заземлення може зменшити вплив електромагнітних перешкод і запобігти створенню перешкод обладнанням; і навпаки, неправильне заземлення може викликати сильні перешкоди, що призведе до несправності системи ПЛК.
Лінії заземлення в системі керування ПЛК включають заземлення системи, заземлення екрана, заземлення змінного струму та захисне заземлення. Перешкоди, спричинені хаотичною системою заземлення в системі ПЛК, насамперед є результатом нерівномірного розподілу потенціалу в різних точках заземлення. Різниця потенціалів між різними точками заземлення створює струми контуру заземлення, які впливають на нормальну роботу системи.
3. Втручання зсередини системи ПЛК
Ці перешкоди в основному створюються взаємним електромагнітним випромінюванням між внутрішніми компонентами та схемами, наприклад взаємним випромінюванням між логічними схемами та їх впливом на аналогові схеми, взаємодією між аналоговою землею та логічною землею, а також невідповідним використанням компонентів. Ці проблеми підпадають під розробку електромагнітної сумісності (ЕМС), яку проводить виробник ПЛК для внутрішніх компонентів системи. Оскільки це складне питання поза контролем відділу застосування, його не потрібно надто ретельно вивчати; однак важливо вибрати системи з перевіреною репутацією або ті, які були ретельно перевірені.
[Перешкодостійка-дизайн]
1. Вибір обладнання
Вибираючи обладнання, віддавайте пріоритет продуктам із високою стійкістю до перешкод, включаючи електромагнітну сумісність (EMC), особливо стійкість до зовнішніх перешкод. Приклади включають системи ПЛК, які використовують технологію плавучої землі та мають відмінні характеристики ізоляції; По-друге, слід переглянути специфікації проти-інтерференції, надані виробником, такі як-коефіцієнт послаблення загального режиму (CMRR) і коефіцієнт-порушення диференціального режиму (DMRR), здатність витримувати напругу та максимальну напруженість електричного поля та частоту магнітного поля, на яких розрахована система для роботи; крім того, слід оцінити послужний список продукту в подібних програмах.
2. Комплексний дизайн-перешкод
У першу чергу це передбачає кілька ключових заходів для придушення перешкод, що виникають ззовні системи, включаючи: екранування системи ПЛК і зовнішніх кабелів для запобігання випромінюваним електромагнітним перешкодам; ізоляція та фільтрація зовнішніх кабелів-зокрема кабелів живлення-та їх розташування шарами для запобігання проникненню провідних електромагнітних перешкод через кабелі; і правильно проектувати точки заземлення та заземлюючі пристрої для покращення системи заземлення. Крім того, для подальшого підвищення безпеки та надійності системи слід використовувати-програмні методи.
[Ключові заходи проти-втручання]
1. Використовуйте високо{1}}електроживлення для придушення перешкод, які надходять від електромережі
У системах керування ПЛК джерело живлення відіграє вирішальну роль. Перешкоди електромережі в основному пов’язані з системою керування ПЛК через джерела живлення системи (такі як джерела живлення ЦП, джерела живлення вводу/виводу тощо), джерела живлення передавача та джерела живлення приладів, які мають пряме електричне з’єднання з системою ПЛК. В даний час для систем ПЛК зазвичай використовуються джерела живлення з хорошими характеристиками ізоляції. Однак недостатньо уваги приділено джерелам живлення для передавачів і приладів, безпосередньо електрично підключених до системи ПЛК. Хоча певні заходи ізоляції були вжиті, вони загалом неадекватні. Це насамперед через те, що використовувані ізолюючі трансформатори мають великі розподілені параметри та погані можливості придушення перешкод, що дозволяє поєднувати перешкоди в загальному-режимі та-режимі через джерело живлення. Таким чином, для живлення передавачів і приладів, які мають спільні сигнальні лінії, слід вибирати розподільники живлення з низькою розподіленою ємністю та широкою смугою придушення (наприклад, ті, що використовують кілька ступенів ізоляції, екранування та методи зменшення індуктивності витоку), щоб мінімізувати перешкоди в системі ПЛК.
2. Вибір і розкладка кабелю
Різні типи сигналів повинні передаватися по окремих кабелях. Сигнальні кабелі слід прокладати шарами відповідно до типу сигналу, що передається. Категорично заборонено використовувати різні провідники в одному кабелі для одночасної передачі електроенергії та сигналів. Сигнальні лінії не слід прокладати в безпосередній близькості до силових кабелів, щоб мінімізувати електромагнітні перешкоди.
3. Фільтрування апаратного забезпечення та заходи проти-перешкод
Перш ніж сигнали надходитимуть на комп’ютер, під’єднайте конденсатор паралельно між сигнальною лінією та землею, щоб зменшити-синфазні перешкоди; встановлення фільтра між двома клемами сигналу може зменшити перешкоди в диференціальному-режимі.
4. Правильний вибір точок заземлення та вдосконалення системи заземлення
Заземлення зазвичай служить двом цілям: безпеці та придушенню перешкод. Добре-продумана система заземлення є одним із ключових заходів для захисту систем керування ПЛК від електромагнітних перешкод. Існує три типи методів заземлення системи: плаваюче заземлення, пряме заземлення та ємнісне заземлення.
Коли джерело сигналу заземлено, екран повинен бути заземлений на стороні сигналу; якщо він не заземлений, він повинен бути заземлений на стороні ПЛК; якщо в сигнальній лінії є з’єднання, екран повинен бути надійно з’єднаний та ізольований, і слід уникати кількох точок заземлення; коли екрановані кабелі з витою-парою з кількох точок вимірювання з’єднані з багатожильною-кабелем з витою-парою із загальним екраном, екрани кожного кабелю мають бути належним чином з’єднані та ізольовані.
II. Підвищення операційної ефективності
1. Плануйте функціональні блоки на основі фактичних вимог проекту
Написання підпрограм: у ПЛК підпрограма — це відносно незалежна програма, написана для певних цілей керування. Під час виконання інструкцій виклику підпрограми, таких як CALL, якщо умови для виклику підпрограми не виконуються, сканування програми триває лише в межах основної програми і не сканує розділ підпрограми, таким чином зменшуючи непотрібний час сканування.
2. Контроль виходів шляхом передачі даних Word або Double-Word до точок DO
Додатки ПЛК зазвичай включають велику кількість елементів керування виходом. Керування виходами шляхом передачі даних слова або подвійного-слова до точок DO може покращити швидкість. Завдяки розумному розподілу вихідних адрес і перетворенню керуючих вихідних слів відповідно до фактичних вимог програми кількість кроків виконання в програмі ПЛК може бути значно зменшена, тим самим прискорюючи час виконання програми.
3. Імпульсний-запуск SET і RESET
У ПЛК інструкцію SET потрібно виконати лише один раз; його не потрібно виконувати під час кожного сканування, що робить його-придатним для використання з інструкціями імпульсного виведення (PLS/PLF). Деякі інженери не помічають цю проблему та використовують звичайні методи для запуску інструкції SET, ненавмисно збільшуючи час виконання сканування програми PLC.