Programmerbara logiska styrenheter (PLC), som de vanliga styrprodukterna inom industriell automation, har funnits i ett halvt sekel. Med utvecklingen av halvledar-, dator- och kommunikationstekniker har området industriell styrning genomgått dramatiska förändringar och PLC:er har utvecklats genom fem generationer när det gäller prestanda, funktionalitet, användarvänlighet och produktform. Idag kommer vi att diskutera lösningar på vanliga PLC-utmaningar.
Låt oss först gå igenom grunderna och definiera vad en PLC är:
Det är en typ av programmerbar minnesenhet som används för att lagra program internt. Den exekverar användar-orienterade instruktioner som logiska operationer, sekventiell kontroll, timing, räkning och aritmetiska operationer, och styr olika typer av maskiner eller produktionsprocesser genom digital eller analog ingång/utgång.
I. Störningsmotståndsproblem
Med vetenskapens och teknikens framsteg används PLC:er mer allmänt inom industriell styrning. Deras tillförlitlighet påverkar direkt industriföretagens säkra produktion och ekonomiska verksamhet, och systemets förmåga att motstå störningar är nyckeln till att säkerställa tillförlitlig drift av hela systemet. För att förbättra tillförlitligheten hos PLC-styrsystem måste PLC-tillverkare å ena sidan förbättra utrustningens interferensmotstånd; å andra sidan kräver det hög prioritet att ges teknisk design, installation, konstruktion samt drift och underhåll. Endast genom samarbete med flera-parter kan problemet lösas till fullo, vilket effektivt förbättrar systemets interferensmotstånd.
[Störningskällor och allmän klassificering]
Störkällorna som påverkar PLC-styrsystem liknar de som generellt påverkar industriell styrutrustning; de flesta uppstår i områden där ström eller spänning fluktuerar dramatiskt. Dessa områden med intensiv laddningsrörelse är bruskällor, dvs störkällor.
Interferenskällor klassificeras vanligtvis baserat på orsaken till störningen, brusstörningsläget och brusets vågformsegenskaper.
1. På grund av brusgenerering: urladdningsljud, överspänningsljud, hög-oscillationsljud
2. Av brusets vågform och karaktär: kontinuerligt brus, sporadiskt brus
3. Med störningsläge: vanligt-lägesstörning, differentiellt-lägesstörning
Bland dessa representerar vanliga-lägesstörningar och differentiella-lägesstörningar en relativt vanlig klassificeringsmetod. Vanlig-modstörning hänvisar till potentialskillnaden mellan en signallinje och jord. Den bildas främst av överlagring av spänningar i vanligt{-läge (samma-riktning) inducerade på signalledningar av intrång i elnätet, jordpotentialskillnader och rumslig elektromagnetisk strålning. Vanliga-lägesspänningar kan ibland vara ganska höga; speciellt i rum som drivs av distributionsenheter med dålig isoleringsprestanda, är den vanliga-modspänningen för sändarens utsignaler generellt hög, med en del som når över 130 V. Vanlig-modspänning kan omvandlas till differentiell-lägesspänning genom obalanserade kretsar, vilket direkt påverkar mät- och styrsignaler och orsakar skador. Den här typen av vanliga-lägesstörningar kan vara antingen DC eller AC.
Differential-lägesstörning hänvisar till interferensspänningen som verkar mellan de två terminalerna på en signal. Den bildas i första hand av spänningar som härrör från elektromagnetisk fältkoppling i luften och omvandling av vanliga-modstörningar av obalanserade kretsar. Denna spänning överlagras direkt på signalen, vilket direkt påverkar mät- och kontrollnoggrannheten.
[Större källor till elektromagnetisk störning]
1. Utstrålad störning från miljön
Utstrålade elektromagnetiska fält (EMI) i miljön genereras främst av elnät, transienter i elektrisk utrustning, blixtar, radiosändningar, tv, radar och högfrekvent induktionsvärmeutrustning. Detta kallas vanligtvis utstrålad interferens.
Det orsakar i första hand störningar genom två vägar: 1) Direkt strålning in i PLC:n, vilket inducerar störningar i kretsen
2) Strålning riktad mot PLC:ns interna kommunikationsnätverk, som introducerar störningar genom induktion i kommunikationsledningarna
Utstrålad interferens är relaterad till fältutrustningens layout och storleken på de elektromagnetiska fält som genereras av utrustningen, särskilt deras frekvens. Skydd uppnås vanligtvis genom att använda skärmade kablar, lokal skärmning av PLC:n och hög-överspänningsavledare.
2. Störningar från externa systemkablar
Denna interferens introduceras i första hand genom kraft- och signalledningar och kallas vanligen för ledningsstörningar. Denna typ av störningar är särskilt allvarliga i industriella miljöer i Kina.
1) Störningar från nätaggregat
Praxis har visat att många PLC-styrsystemsfel orsakas av störningar som introduceras genom strömförsörjningen; problemet löses vanligtvis genom att byta ut strömförsörjningen med en som erbjuder högre isoleringsprestanda.
PLC-strömförsörjningar använder vanligtvis isolerade strömkällor, men på grund av strukturella och tillverkningsprocessfaktorer är deras isoleringsprestanda inte idealisk. I verkligheten är absolut isolering omöjlig på grund av närvaron av distribuerade parametrar, särskilt distribuerad kapacitans.
2) Störningar som introduceras via signalledningar
Olika signalöverföringslinjer anslutna till PLC-styrsystemet tillåter oundvikligen externa störsignaler att tränga in, förutom att sända giltig information.
Denna störning kommer huvudsakligen in via två vägar: för det första, störningar från elnätet som introduceras via sändarens strömförsörjning eller strömförsörjningen som delas med signalinstrument-en faktor som ofta förbises;
för det andra, interferens inducerad av rumslig elektromagnetisk strålning på signallinjerna, dvs extern inducerad interferens på signallinjerna, vilket är särskilt allvarligt.
3) Interferens orsakad av ett oorganiserat jordsystem
Jordning är en av de effektiva metoderna för att förbättra den elektromagnetiska kompatibiliteten (EMC) hos elektronisk utrustning. Korrekt jordning kan både undertrycka effekterna av elektromagnetiska störningar och förhindra utrustningen från att avge störningar; omvänt kan felaktig jordning leda till allvarliga störsignaler, vilket gör att PLC-systemet inte fungerar.
Jordledningarna i ett PLC-styrsystem inkluderar systemjord, skärmjord, AC-jord och skyddsjord. Störningar orsakade av ett kaotiskt jordningssystem i ett PLC-system beror främst på ojämn potentialfördelning vid olika jordpunkter. Potentiella skillnader mellan olika jordpunkter skapar jordslingströmmar som påverkar systemets normala drift.
3. Störningar inifrån PLC-systemet
Denna interferens genereras primärt av ömsesidig elektromagnetisk strålning mellan interna komponenter och kretsar, såsom ömsesidig strålning mellan logiska kretsar och deras inverkan på analoga kretsar, interaktionen mellan analog jord och logisk jord, och felaktig användning av komponenter. Dessa problem faller inom ramen för elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) design som utförs av PLC-tillverkaren för systemets interna komponenter. Eftersom detta är en komplex fråga utanför applikationsavdelningens kontroll behöver den inte granskas alltför mycket; Det är dock viktigt att välja system med en dokumenterad meritlista eller de som har testats noggrant.
[Interferens-Beständig design]
1. Utrustningsval
När du väljer utrustning, prioritera produkter med högt störningsmotstånd, inklusive elektromagnetisk kompatibilitet (EMC), särskilt motstånd mot externa störningar. Exempel inkluderar PLC-system som använder flytande markteknik och har utmärkt isoleringsprestanda; För det andra bör man granska de anti-interferensspecifikationer som tillhandahålls av tillverkaren, såsom common-mode rejection ratio (CMRR) och differential-mode rejection ratio (DMRR), spänningsmotståndsförmåga och den maximala elektriska fältstyrkan och magnetfältsfrekvensen vid vilken systemet är klassat att fungera; Dessutom bör man utvärdera produktens meritlista i liknande tillämpningar.
2. Omfattande anti-interferensdesign
Detta involverar i första hand flera viktiga åtgärder för att undertrycka störningar som härrör från utanför systemet, inklusive: skärmning av PLC-systemet och externa kablar för att förhindra utstrålad elektromagnetisk störning; isolera och filtrera externa kablar-särskilt strömkablar-och ordna dem i lager för att förhindra att elektromagnetisk störning kommer in via kablarna; och korrekt design av jordpunkter och jordningsanordningar för att förbättra jordningssystemet. Dessutom måste programvara-baserade metoder användas för att ytterligare förbättra systemets säkerhet och tillförlitlighet.
[Nyckel anti-störningsåtgärder]
1. Använd högpresterande nätaggregat för att dämpa störningar från elnätet
I PLC-styrsystem spelar strömförsörjningen en avgörande roll. Strömförsörjning från elnätet kopplas i första hand in i PLC-styrsystemet via systemets strömkällor (såsom CPU-strömförsörjning, I/O-strömförsörjning, etc.), sändarströmförsörjning och strömförsörjning av instrument som har direkta elektriska anslutningar till PLC-systemet. För närvarande används i allmänhet nätaggregat med god isoleringsprestanda för PLC-system. Emellertid har otillräcklig uppmärksamhet ägnats strömförsörjningen för sändare och instrument direkt elektriskt anslutna till PLC-systemet. Även om vissa isoleringsåtgärder har genomförts är de i allmänhet otillräckliga. Detta beror främst på att isolationstransformatorerna som används har stora fördelade parametrar och dåliga störningsdämpningsförmåga, vilket gör att interferens i vanligt-läge och differentiellt-läge kan kopplas via strömförsörjningen. Därför, för att driva sändare och instrument som delar signallinjer, bör strömfördelare med låg distribuerad kapacitans och bred undertryckningsbandbredd (såsom de som använder flera isoleringssteg, skärmning och läckageinduktansreduktionstekniker) väljas för att minimera störningar i PLC-systemet.
2. Kabelval och layout
Olika typer av signaler bör överföras via separata kablar. Signalkablar ska läggas i lager beroende på vilken typ av signal som överförs. Det är strängt förbjudet att använda olika ledare inom samma kabel för att samtidigt överföra både ström och signaler. Signalledningar bör inte läggas ut parallellt i närheten av strömkablar för att minimera elektromagnetiska störningar.
3. Hårdvarufiltrering och programvara mot-störningsåtgärder
Innan signaler kommer in i datorn ansluter du en kondensator parallellt mellan signalledningen och jord för att minska vanliga-lägesstörningar; att installera ett filter mellan de två signalterminalerna kan minska störningar i olika-läge.
4. Korrekt val av jordningspunkter och förbättring av jordningssystemet
Jordning tjänar vanligtvis två syften: säkerhet och störningsdämpning. Ett väl-utformat jordsystem är en av nyckelåtgärderna för att skydda PLC-styrsystem mot elektromagnetiska störningar. Det finns tre typer av systemjordningsmetoder: flytande mark, direkt mark och kapacitiv mark.
När signalkällan är jordad ska skärmen vara jordad på signalsidan; när den inte är jordad bör den vara jordad på PLC-sidan; när det finns skarvar i signalledningen, bör skärmen vara säkert ansluten och isolerad, och flera jordpunkter måste undvikas; när skärmade tvinnade-par kablar från flera mätpunkter är anslutna till en fler-tvinnad-kabel med en gemensam skärm, ska skärmarna för varje kabel vara ordentligt sammankopplade och isolerade.
II. Förbättring av operativ effektivitet
1. Planera funktionsblock utifrån faktiska projektkrav
Skriva subrutiner: I en PLC är en subrutin ett relativt oberoende program skrivet för specifika kontrolländamål. Vid exekvering av subrutinanropsinstruktioner såsom CALL, om villkoren för subrutinanropet inte är uppfyllda, fortsätter programavsökningen endast inom huvudprogrammet och avsöker inte subrutinsektionen, vilket minskar onödig avsökningstid.
2. Styra utdata genom att överföra Word- eller Double-Word-data till DO-punkter
PLC-applikationer involverar vanligtvis ett stort antal utgångskontroller. Att kontrollera utdata genom att överföra ord- eller dubbla-orddata till DO-punkter kan förbättra hastigheten. Genom att rimligt allokera utgångsadresser och konvertera styrutgångsord enligt faktiska applikationskrav kan antalet exekveringssteg i PLC-programmet reduceras avsevärt, och därmed accelerera programmets körtid.
3. Puls-Utlöst SET och RESET
I en PLC behöver SET-instruktionen endast utföras en gång; den behöver inte utföras under varje skanning, vilket gör den väl-lämpad för användning med instruktioner för pulsutgång (PLS/PLF). Vissa ingenjörer förbiser detta problem och använder konventionella metoder för att trigga SET-instruktionen, vilket oavsiktligt ökar PLC-programmets skanningskörningstid.