Programmable Logic Controllers (PLC), jakožto hlavní řídicí produkty v průmyslové automatizaci, existují již půl století. S rozvojem polovodičových, počítačových a komunikačních technologií prošla oblast průmyslového řízení dramatickými změnami a PLC se vyvíjely během pěti generací, pokud jde o výkon, funkčnost, snadnost použití a formu produktu. Dnes budeme diskutovat o řešení běžných problémů PLC.
Nejprve se vrátíme k základům a definujeme, co je PLC:
Jedná se o typ programovatelného paměťového zařízení používaného k internímu ukládání programů. Provádí uživatelsky{1}}orientované instrukce, jako jsou logické operace, sekvenční řízení, časování, počítání a aritmetické operace, a řídí různé typy strojů nebo výrobních procesů prostřednictvím digitálního nebo analogového vstupu/výstupu.
I. Problémy s odolností proti rušení
S pokrokem vědy a technologie se PLC používají v průmyslovém řízení v širším měřítku. Jejich spolehlivost přímo ovlivňuje bezpečnou výrobu a ekonomický provoz průmyslových podniků a schopnost systému odolávat rušení je klíčová pro zajištění spolehlivého provozu celého systému. Aby se zlepšila spolehlivost řídicích systémů PLC, musí výrobci PLC na jedné straně zvýšit odolnost zařízení proti rušení; na druhé straně vyžaduje vysokou prioritu technickému návrhu, instalaci, konstrukci a provozu a údržbě. Problém lze plně vyřešit pouze prostřednictvím spolupráce více-stran a účinně zvýšit odolnost systému proti rušení.
[Zdroje rušení a obecná klasifikace]
Zdroje rušení ovlivňující řídicí systémy PLC jsou podobné těm, které obecně ovlivňují průmyslová řídicí zařízení; většina vzniká v oblastech, kde proud nebo napětí dramaticky kolísá. Tyto oblasti intenzivního pohybu náboje jsou zdroje hluku, tj. zdroje rušení.
Zdroje rušení jsou obvykle klasifikovány na základě příčiny rušení, režimu rušení šumem a charakteristik tvaru vlny šumu.
1. Příčinou vzniku hluku: hluk při výboji, nárazový hluk, vysokofrekvenční oscilační šum{1}
2. Podle tvaru vlny a charakteru hluku: kontinuální šum, sporadický šum
3. Podle režimu rušení: rušení v běžném-režimu, rušení v diferenciálním-režimu
Mezi nimi představují poměrně běžnou klasifikační metodu rušení v běžném{0}}režimu a v diferenciálním{1}} režimu. Rušení v běžném-režimu se týká potenciálního rozdílu mezi signálním vedením a zemí. Primárně je tvořen superpozicí běžných-vidových (stejný-směr) napětí indukovaných na signálových vedeních průnikem do elektrické sítě, zemními potenciálovými rozdíly a prostorovým elektromagnetickým zářením. Napětí v běžném-režimu může být někdy poměrně vysoké; zejména v místnostech napájených distribučními jednotkami se slabým izolačním výkonem je běžné-napětí výstupních signálů vysílače obecně vysoké, některé dosahují více než 130 V. Běžné{12}}napětí{12}}může být převedeno na napětí v diferenciálním{13}}režimu prostřednictvím nesymetrických obvodů, což přímo ovlivňuje signály měření a řízení a způsobuje poškození součástí. Tento typ rušení běžného{15}}režimu může být stejnosměrný nebo střídavý.
Rušení v diferenciálním-režimu označuje rušivé napětí působící mezi dvěma svorkami signálu. Primárně je tvořeno napětími, která jsou výsledkem vazby elektromagnetického pole ve vzduchu a přeměny běžného- rušení nevyváženými obvody. Toto napětí je přímo superponováno na signál, což přímo ovlivňuje přesnost měření a regulace.
[Hlavní zdroje elektromagnetického rušení]
1. Vyzařované rušení z prostředí
Vyzařovaná elektromagnetická pole (EMI) v prostředí jsou primárně generována rozvodnými sítěmi, přechodovými jevy v elektrických zařízeních, bleskem, rádiovým vysíláním, televizí, radarem a vysokofrekvenčním indukčním ohřevem. To se běžně nazývá vyzařované rušení.
Primárně způsobuje rušení dvěma cestami: 1) Přímé vyzařování do PLC, indukující rušení v obvodech
2) Záření nasměrované na vnitřní komunikační síť PLC, zavádějící rušení prostřednictvím indukce v komunikačních linkách
Vyzařované rušení souvisí s uspořádáním polního zařízení a velikostí elektromagnetických polí generovaných zařízením, zejména s jejich frekvencí. Ochrany se obecně dosahuje pomocí stíněných kabelů, lokálního stínění PLC a vysokonapěťových svodičů přepětí.
2. Rušení z externích systémových kabelů
Toto rušení je primárně zaváděno prostřednictvím silových a signálních vedení a běžně se označuje jako vedené rušení. Tento typ rušení je zvláště závažný v průmyslovém prostředí v Číně.
1) Rušení z napájecích zdrojů
Praxe ukázala, že mnoho poruch řídicího systému PLC je způsobeno rušením vneseným přes napájecí zdroj; problém se obvykle vyřeší výměnou napájecího zdroje za zdroj, který nabízí vyšší izolační výkon.
Napájecí zdroje PLC obvykle používají izolované zdroje energie, ale vzhledem ke strukturálním faktorům a faktorům výrobního procesu není jejich izolační výkon ideální. Ve skutečnosti je absolutní izolace nemožná kvůli přítomnosti distribuovaných parametrů, zejména distribuované kapacity.
2) Rušení zaváděné přes signální vedení
Různá vedení pro přenos signálu připojená k řídicímu systému PLC nevyhnutelně umožňují kromě přenosu platných informací i vnější rušivé signály.
Toto rušení primárně vstupuje dvěma cestami: zaprvé, rušením v rozvodné síti způsobené napájením vysílače nebo napájením sdíleným se signálními přístroji-faktor, který je často přehlížen;
za druhé, rušení indukované prostorovým elektromagnetickým zářením na signálních vedeních, tj. vnější indukované rušení na signálních vedeních, které je obzvláště závažné.
3) Rušení způsobené neuspořádaným uzemňovacím systémem
Uzemnění je jednou z účinných metod pro zlepšení elektromagnetické kompatibility (EMC) elektronických zařízení. Správné uzemnění může jak potlačit účinky elektromagnetického rušení, tak zabránit tomu, aby zařízení vyzařovalo rušení; naopak, nesprávné uzemnění může způsobit silné rušivé signály a způsobit poruchu systému PLC.
Zemnící vodiče v řídicím systému PLC zahrnují uzemnění systému, uzemnění stínění, uzemnění střídavého proudu a ochranné uzemnění. Rušení způsobené chaotickým uzemňovacím systémem v systému PLC primárně vyplývá z nerovnoměrného rozložení potenciálu v různých bodech uzemnění. Potenciální rozdíly mezi různými uzemňovacími body vytvářejí proudy zemní smyčky, které ovlivňují normální provoz systému.
3. Rušení ze systému PLC
Toto rušení je primárně generováno vzájemným elektromagnetickým vyzařováním mezi vnitřními součástmi a obvody, jako je vzájemné vyzařování mezi logickými obvody a jejich dopad na analogové obvody, interakce mezi analogovou zemí a logickou zemí a neodpovídající použití součástek. Tyto problémy spadají do rámce návrhu elektromagnetické kompatibility (EMC), který provádí výrobce PLC pro vnitřní součásti systému. Vzhledem k tomu, že se jedná o komplexní záležitost mimo kontrolu aplikačního oddělení, není třeba ji příliš zkoumat; je však nezbytné vybrat systémy s osvědčenými výsledky nebo systémy, které byly důkladně testovány.
[Design odolný proti rušení{{0}]
1. Výběr zařízení
Při výběru zařízení upřednostňujte produkty s vysokou odolností proti rušení, včetně elektromagnetické kompatibility (EMC), zejména odolnosti vůči vnějšímu rušení. Příklady zahrnují systémy PLC, které využívají technologii plovoucí země a mají vynikající izolační výkon; Zadruhé je třeba si prostudovat specifikace proti-rušení poskytnuté výrobcem, jako je poměr potlačení společného-režimu (CMRR) a poměr potlačení diferenciálního-režimu (DMRR), odolnost vůči napětí a maximální intenzita elektrického pole a frekvence magnetického pole, při kterých je systém navržen pro provoz. navíc je třeba vyhodnotit dosavadní výsledky produktu v podobných aplikacích.
2. Komplexní návrh proti-rušení
To zahrnuje především několik klíčových opatření k potlačení rušení pocházejícího z vnějšku systému, včetně: stínění systému PLC a externích kabelů, aby se zabránilo vyzařovanému elektromagnetickému rušení; izolování a filtrování externích kabelů-zejména napájecích kabelů-a jejich uspořádání do vrstev, aby se zabránilo pronikání elektromagnetického rušení prostřednictvím kabelů; a správné navrhování uzemňovacích bodů a uzemňovacích zařízení pro zlepšení zemnícího systému. Kromě toho musí být k dalšímu zvýšení bezpečnosti a spolehlivosti systému použity softwarové{3}}metody.
[Klíčová opatření proti{0}}rušení]
1. Používejte vysoce{1}}výkonné napájecí zdroje k potlačení rušení přicházejícího z napájecí sítě
V řídicích systémech PLC hraje napájení klíčovou roli. Rušení elektrické sítě je primárně spojeno s řídicím systémem PLC prostřednictvím zdrojů napájení systému (jako jsou zdroje napájení CPU, zdroje napájení I/O atd.), zdroje napájení vysílačů a zdroje napájení přístrojů, které mají přímé elektrické připojení k systému PLC. V současné době se pro systémy PLC obecně používají napájecí zdroje s dobrým izolačním výkonem. Nedostatečná pozornost však nebyla věnována napájecím zdrojům pro vysílače a přístroje přímo elektricky připojené k PLC systému. Přestože byla zavedena určitá izolační opatření, jsou obecně nedostatečná. Důvodem je především to, že použité oddělovací transformátory mají velké distribuované parametry a špatné možnosti potlačení rušení, což umožňuje propojení rušení v běžném -režimu a diferenciálním- režimu prostřednictvím napájecího zdroje. Pro napájení vysílačů a přístrojů, které sdílejí signální vedení, by proto měly být vybrány napájecí distributory s nízkou distribuovanou kapacitou a širokou šířkou pásma potlačení (jako jsou ty, které využívají více izolačních stupňů, stínění a techniky snižování svodové indukčnosti), aby se minimalizovalo rušení v systému PLC.
2. Výběr a rozmístění kabelu
Různé typy signálů by měly být přenášeny samostatnými kabely. Signální kabely by měly být položeny ve vrstvách podle typu přenášeného signálu. Je přísně zakázáno používat různé vodiče ve stejném kabelu k současnému přenosu energie i signálů. Signální vedení by neměla být vedena v těsné blízkosti napájecích kabelů, aby se minimalizovalo elektromagnetické rušení.
3. Hardwarové filtrování a softwarová opatření proti-rušení
Než signály vstoupí do počítače, připojte paralelně kondenzátor mezi signálové vedení a zem, abyste snížili rušení v běžném{0}}režimu; instalace filtru mezi dva signální terminály může snížit rušení diferenciálního{1}}režimu.
4. Správný výběr bodů uzemnění a zlepšení systému uzemnění
Uzemnění obvykle slouží dvěma účelům: bezpečnosti a potlačení rušení. Dobře-navržený systém uzemnění je jedním z klíčových opatření pro ochranu řídicích systémů PLC před elektromagnetickým rušením. Existují tři typy metod uzemnění systému: plovoucí zem, přímá zem a kapacitní zem.
Když je zdroj signálu uzemněn, stínění by mělo být uzemněno na straně signálu; pokud není uzemněno, mělo by být uzemněno na straně PLC; pokud jsou v signálním vedení spoje, stínění by mělo být bezpečně připojeno a izolováno a je třeba se vyhnout vícenásobným uzemňovacím bodům; když jsou stíněné kroucené -párové kabely z více měřicích bodů připojeny k více-kroucenému{2}}párovému kabelu se společným stíněním, stínění každého kabelu by měla být řádně propojena a izolována.
II. Zlepšení provozní efektivity
1. Naplánujte funkční bloky na základě skutečných požadavků projektu
Zápis podprogramů: V PLC je podprogram relativně nezávislý program napsaný pro specifické řídicí účely. Pokud při provádění instrukcí pro volání podprogramu, jako je CALL, nejsou splněny podmínky pro volání podprogramu, skenování programu pokračuje pouze v rámci hlavního programu a neskenuje sekci podprogramu, čímž se zkracuje zbytečná doba skenování.
2. Řízení výstupů přenosem dat Word nebo Double{1}}Word do bodů DO
Aplikace PLC obvykle zahrnují velký počet výstupních ovládacích prvků. Řízení výstupů přenosem slovních nebo dvojslovných-dat do bodů DO může zvýšit rychlost. Přiměřeným přidělením výstupních adres a převodem řídicích výstupních slov podle aktuálních požadavků aplikace lze výrazně snížit počet kroků provádění v programu PLC, čímž se zrychlí běh programu.
3. Pulzní{1}}spuštěno SET a RESET
V PLC musí být instrukce SET provedena pouze jednou; nemusí se spouštět při každém skenování, takže se dobře- hodí pro použití s instrukcemi pulzního výstupu (PLS/PLF). Někteří inženýři tento problém přehlížejí a ke spuštění instrukce SET používají konvenční metody, čímž se neúmyslně prodlužuje doba provádění skenování programu PLC.