Εισαγωγή
Τα PLC, ή προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές, χρησιμεύουν ως βασικά στοιχεία στον τομέα του βιομηχανικού αυτοματισμού.
Διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στον έλεγχο διαφόρων μηχανολογικού εξοπλισμού, αυτοματοποιημένων διαδικασιών και συστημάτων.
Αυτό το άρθρο παρουσιάζει 10 πρακτικές συμβουλές για εφαρμογές PLC που θα σας βοηθήσουν να επιλύσετε αποτελεσματικά ζητήματα που αντιμετωπίζετε στις καθημερινές λειτουργίες.
01
Θέματα γείωσης
Τα συστήματα PLC έχουν αυστηρές απαιτήσεις γείωσης. Είναι καλύτερο να έχετε ένα αποκλειστικό σύστημα γείωσης και να βεβαιωθείτε ότι άλλος εξοπλισμός που σχετίζεται με το PLC{1}}είναι επίσης αξιόπιστα γειωμένος.
Η σύνδεση πολλών σημείων γείωσης κυκλώματος μπορεί να δημιουργήσει απροσδόκητα ρεύματα, οδηγώντας σε λογικά σφάλματα ή ζημιά στο κύκλωμα.
Τα διαφορικά δυναμικά εδάφους προκύπτουν συνήθως όταν τα σημεία εδάφους χωρίζονται φυσικά από σημαντικές αποστάσεις. Όταν ο εξοπλισμός σε μεγάλη απόσταση συνδέεται μέσω καλωδίων επικοινωνίας ή αισθητήρων, τα ρεύματα μπορεί να ρέουν σε ολόκληρο το κύκλωμα μεταξύ του καλωδίου και της γείωσης. Ακόμη και σε μικρές αποστάσεις, τα ρεύματα φορτίου από μεγάλο εξοπλισμό μπορεί να προκαλέσουν πιθανές μετατοπίσεις σε σχέση με τη γείωση ή απρόβλεπτα ρεύματα μπορεί να δημιουργηθούν απευθείας μέσω ηλεκτρομαγνητικών επιδράσεων. Καταστρεπτικά ρεύματα ικανά να καταστρέψουν τον εξοπλισμό μπορεί να ρέουν μεταξύ πηγών ισχύος που συνδέονται με εσφαλμένα σημεία γείωσης.
Τα συστήματα PLC χρησιμοποιούν γενικά γείωση ενός-σημείου. Για να ενισχυθεί η ατρωσία παρεμβολών κοινής-λειτουργίας, μπορούν να εφαρμοστούν τεχνικές θωρακισμένου αιωρούμενου εδάφους σε αναλογικά σήματα. Αυτό περιλαμβάνει τη γείωση του στρώματος θωράκισης των καλωδίων σήματος σε ένα μόνο σημείο, αφήνοντας τον βρόχο σήματος να επιπλέει, με αντίσταση μόνωσης στο έδαφος να διατηρείται σε όχι μικρότερη από 50MΩ.
02
Μετριασμός παρεμβολών
Τα βιομηχανικά περιβάλλοντα είναι σκληρά, με πολυάριθμες παρεμβολές υψηλής- και χαμηλής-συχνότητας. Αυτές οι παρεμβολές εισάγονται συνήθως στο PLC μέσω καλωδίων που συνδέονται με συσκευές πεδίου.
Πέρα από τα μέτρα γείωσης, θα πρέπει να εφαρμόζονται προφυλάξεις κατά-παρεμβάσεων κατά την επιλογή και την εγκατάσταση καλωδίου:
(1) Τα αναλογικά σήματα είναι μικρό-σήμα και πολύ ευαίσθητα σε εξωτερικές παρεμβολές. θα πρέπει να χρησιμοποιούνται διπλά-θωρακισμένα καλώδια.
(2) Τα σήματα παλμών υψηλής-ταχύτητας (π.χ. αισθητήρες παλμών, ψηφιακοί μετρητές) απαιτούν θωρακισμένα καλώδια για την πρόληψη εξωτερικών παρεμβολών και τον μετριασμό των παρεμβολών από παλμούς υψηλής-ταχύτητας σε σήματα χαμηλού-επιπέδου.
(3) Τα καλώδια επικοινωνίας μεταξύ των PLC λειτουργούν σε υψηλότερες συχνότητες. Τα καλώδια που παρέχονται από τον κατασκευαστή-συνιστώνται γενικά. Τα θωρακισμένα στριμμένα καλώδια-ζευγών μπορεί να αρκούν για λιγότερο κρίσιμες εφαρμογές.
(4) Οι γραμμές αναλογικού σήματος και οι γραμμές σήματος DC δεν πρέπει να δρομολογούνται στον ίδιο δίσκο καλωδίων με τις γραμμές σήματος AC.
(5) Τα θωρακισμένα καλώδια που εισέρχονται ή εξέρχονται από ερμάρια ελέγχου πρέπει να είναι γειωμένα και συνδεδεμένα απευθείας στον εξοπλισμό χωρίς να περνούν μέσα από μπλοκ ακροδεκτών.
(6) Τα σήματα AC, τα σήματα DC και τα αναλογικά σήματα δεν πρέπει να μοιράζονται το ίδιο καλώδιο. Τα καλώδια τροφοδοσίας πρέπει να τοποθετούνται χωριστά από τα καλώδια σήματος.
(7) Κατά τη διάρκεια της συντήρησης πεδίου, οι μέθοδοι μετριασμού των παρεμβολών περιλαμβάνουν: αντικατάσταση επηρεαζόμενων γραμμών με θωρακισμένα καλώδια και επαναδρομολόγηση τους. ενσωματώνοντας στο πρόγραμμα κώδικα φιλτραρίσματος κατά-παρεμβολών.
03
Εξάλειψη της χωρητικότητας Inter-σύρματος για την αποτροπή ψευδών ενεργειών
Η χωρητικότητα υπάρχει μεταξύ όλων των αγωγών μέσα σε ένα καλώδιο. Τα πιστοποιημένα καλώδια περιορίζουν αυτήν την τιμή χωρητικότητας εντός καθορισμένων ορίων.
Ακόμη και με κατάλληλα καλώδια, όταν το μήκος του καλωδίου υπερβαίνει ένα συγκεκριμένο όριο, η χωρητικότητα μεταξύ των καλωδίων μπορεί να ξεπεράσει τα απαιτούμενα όρια. Όταν χρησιμοποιούνται τέτοια καλώδια για εισόδους PLC, η χωρητικότητα μεταξύ των καλωδίων μπορεί να προκαλέσει δυσλειτουργίες του PLC, οδηγώντας σε πολυάριθμα ανεξήγητα φαινόμενα.
Αυτά τα φαινόμενα εκδηλώνονται κυρίως ως:
- Ορατά σωστή καλωδίωση, αλλά δεν έχει εντοπιστεί είσοδος από το PLC. Οι είσοδοι που πρέπει να υπάρχουν απουσιάζουν, ενώ εμφανίζονται ανεπιθύμητες είσοδοι-που υποδεικνύουν αμοιβαία παρεμβολή μεταξύ των εισόδων PLC. Για να επιλύσετε αυτό το ζήτημα:
(1) Χρησιμοποιήστε καλώδια με στριμμένους πυρήνες.
(2) Ελαχιστοποιήστε το μήκος του καλωδίου.
(3) Διαχωρίστε τα καλώδια για εισόδους που παρεμβαίνουν μεταξύ τους.
(4) Χρησιμοποιήστε θωρακισμένα καλώδια.
04
Επιλογή μονάδας εξόδου
Οι μονάδες εξόδου κατηγοριοποιούνται ως τύπου τρανζίστορ-, αμφίδρομου θυρίστορ-ή τύπου επαφής-:
(1) Οι μονάδες τύπου τρανζίστορ- προσφέρουν την ταχύτερη ταχύτητα μεταγωγής (συνήθως 0,2 ms) αλλά έχουν τη χαμηλότερη χωρητικότητα φορτίου (περίπου. 0.2–0,3A, 24VDC). Είναι κατάλληλα για εξοπλισμό ταχείας μεταγωγής και διασύνδεσης σήματος, που χρησιμοποιούνται συνήθως με μονάδες μεταβλητής συχνότητας και συσκευές DC. Πρέπει να δοθεί προσοχή στην επίδραση του ρεύματος διαρροής τρανζίστορ στο φορτίο.
(2) Οι μονάδες τύπου Thyristor- προσφέρουν ανέπαφη λειτουργία και χαρακτηριστικά φορτίου AC, αν και η χωρητικότητα φορτίου τους είναι περιορισμένη.
(3) Οι έξοδοι ρελέ υποστηρίζουν φορτία AC και DC με υψηλή χωρητικότητα. Οι έξοδοι επαφής ρελέ είναι συνήθως η πρώτη επιλογή για συμβατικές εφαρμογές ελέγχου. Το μειονέκτημά τους είναι η αργή ταχύτητα μεταγωγής (περίπου 10 ms), που τα καθιστά ακατάλληλα για εναλλαγή υψηλών-συχνοτήτων.
05
Χειρισμός υπέρτασης και υπερέντασης μετατροπέα
(1) Όταν μειώνεται το σημείο ρύθμισης για την επιβράδυνση του κινητήρα, ο κινητήρας εισέρχεται σε λειτουργία αναγεννητικής πέδησης. Η ενέργεια που τροφοδοτείται πίσω στον μετατροπέα είναι σημαντική και συσσωρεύεται στους πυκνωτές του φίλτρου. Αυτό προκαλεί την ταχεία αύξηση της τάσης του πυκνωτή, φτάνοντας συχνά το κατώφλι προστασίας από υπέρταση DC και ενεργοποιώντας μια διακοπή του μετατροπέα.
Λύση: Εγκαταστήστε μια εξωτερική αντίσταση πέδησης για να διαχέετε την αναγεννητική ενέργεια που τροφοδοτείται πίσω στην πλευρά DC.
(2) Όταν συνδέονται πολλαπλοί μικροί κινητήρες στον μετατροπέα, ένα σφάλμα υπερέντασης σε έναν κινητήρα ενεργοποιεί συναγερμό, προκαλώντας τη διακοπή λειτουργίας του μετατροπέα και τη διακοπή λειτουργίας όλων των κινητήρων.
Λύση: Εγκαταστήστε έναν μετασχηματιστή απομόνωσης 1:1 στην πλευρά εξόδου του μετατροπέα. Όταν ένας ή περισσότεροι μικροί κινητήρες αντιμετωπίζουν σφάλμα υπερέντασης, το ρεύμα σφάλματος επηρεάζει τον μετασχηματιστή αντί του μετατροπέα, αποτρέποντας την ενεργοποίηση. Μετά τη δοκιμή, το σύστημα λειτουργεί αξιόπιστα χωρίς επαναλαμβανόμενα περιστατικά κανονικής διακοπής κινητήρων.
06
Επισήμανση εισόδων και εξόδων για αντιμετώπιση προβλημάτων
Το PLC ελέγχει ένα σύνθετο σύστημα, το οποίο παρουσιάζει μόνο κλιμακωτές σειρές ακροδεκτών ρελέ εισόδου/εξόδου, αντίστοιχες ενδεικτικές λυχνίες και αριθμούς PLC-που μοιάζουν με ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα με δεκάδες ακίδες. Χωρίς να συμβουλευτείτε το σχηματικό, η αντιμετώπιση προβλημάτων καθίσταται αδύνατη και ο εντοπισμός σφαλμάτων είναι εξαιρετικά αργός.
Για να το αντιμετωπίσουμε αυτό, δημιουργήσαμε έναν πίνακα αναφοράς με βάση το ηλεκτρικό σχηματικό. Αυτός ο πίνακας, τοποθετημένος στην κονσόλα ελέγχου ή στο ερμάριο του εξοπλισμού, αντιστοιχίζει κάθε αριθμό τερματικού εισόδου/εξόδου PLC με το αντίστοιχο ηλεκτρικό σύμβολο και την κινεζική ονομασία-παρόμοια με τις λειτουργικές περιγραφές για κάθε ακροδέκτη σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα.
Με αυτόν τον πίνακα I/O, ηλεκτρολόγοι που είναι εξοικειωμένοι με τη διαδικασία λειτουργίας ή το διάγραμμα κλίμακας της συσκευής μπορούν να προχωρήσουν στην αντιμετώπιση προβλημάτων.
Ωστόσο, για ηλεκτρολόγους που δεν είναι εξοικειωμένοι με τη διαδικασία λειτουργίας ή δεν μπορούν να διαβάσουν διαγράμματα σκάλας, απαιτείται ένας πρόσθετος πίνακας: το Διάγραμμα Λογικών Συναρτήσεων Εισόδου/Εξόδου PLC. Αυτό το διάγραμμα ουσιαστικά εξηγεί τη λογική αντιστοιχία μεταξύ των κυκλωμάτων εισόδου (εξαρτήματα ενεργοποίησης, συσχετισμένα εξαρτήματα) και των κυκλωμάτων εξόδου (εξαρτήματα ενεργοποίησης) για τις περισσότερες λειτουργικές διαδικασίες.
Η πρακτική έχει αποδείξει: Εάν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε επιδέξια τόσο τον πίνακα αντιστοιχίας εισόδου/εξόδου όσο και τον πίνακα λογικών συναρτήσεων εισόδου/εξόδου, η αντιμετώπιση ηλεκτρικών βλαβών είναι εύκολη-ακόμη και χωρίς σχηματικά.
07
Αφαίρεση σφαλμάτων μέσω της λογικής προγράμματος
Πολυάριθμοι τύποι PLC χρησιμοποιούνται συνήθως στη βιομηχανία σήμερα. Για PLC χαμηλού-τελικού, οι οδηγίες του διαγράμματος σκάλας είναι σε μεγάλο βαθμό παρόμοιες. Για μοντέλα μεσαίας-προς-υψηλής-όπως το S7-300, πολλά προγράμματα γράφονται χρησιμοποιώντας πίνακες γλωσσών.
Τα πρακτικά διαγράμματα σκάλας πρέπει να περιλαμβάνουν σχολιασμούς κινεζικών συμβόλων. διαφορετικά, είναι δύσκολο να διαβαστούν. Η κατανόηση της διαδικασίας του εξοπλισμού ή της λειτουργικής ακολουθίας εκ των προτέρων διευκολύνει την ερμηνεία των διαγραμμάτων κλίμακας.
Κατά την εκτέλεση ανάλυσης ηλεκτρικών σφαλμάτων, συνήθως εφαρμόζεται η μέθοδος αντίστροφης ανίχνευσης-γνωστή και ως backtracking-. Αυτό περιλαμβάνει τη χρήση του πίνακα αντιστοιχίας εισόδου/εξόδου για τον εντοπισμό του αντίστοιχου ρελέ εξόδου PLC από το σημείο σφάλματος και, στη συνέχεια, την ανίχνευση για τον εντοπισμό των λογικών σχέσεων που προκάλεσαν την ενεργοποίησή του.
Η εμπειρία δείχνει ότι ο εντοπισμός ενός μόνο ζητήματος συνήθως επιλύει το σφάλμα, καθώς οι ταυτόχρονες βλάβες σε δύο ή περισσότερα σημεία είναι σπάνιες.
08
Διάγνωση βλαβών υλικού PLC
Γενικά, τα PLC είναι συσκευές υψηλής αξιοπιστίας με εξαιρετικά χαμηλά ποσοστά αστοχίας. Η πιθανότητα βλάβης υλικού στο PLC ή CPU ή λειτουργικά σφάλματα λογισμικού είναι σχεδόν μηδενική. Τα σημεία εισόδου PLC σπάνια αποτυγχάνουν εκτός και αν υποβληθούν σε εισβολή υψηλής-τάσης. Ομοίως, οι συνήθως ανοιχτές επαφές των ρελέ εξόδου PLC παρουσιάζουν εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής, εκτός εάν διακυβεύονται από βραχυκυκλώματα εξωτερικού φορτίου, ακατάλληλη σχεδίαση ή ρεύμα που υπερβαίνει τα ονομαστικά όρια.
Επομένως, κατά την αντιμετώπιση ηλεκτρικών βλαβών, η εστίαση πρέπει να είναι στα περιφερειακά ηλεκτρικά εξαρτήματα που είναι συνδεδεμένα στο PLC. Αποφύγετε να υποψιάζεστε αμέσως προβλήματα υλικού ή προγραμματισμού PLC, καθώς αυτή η προσέγγιση είναι ζωτικής σημασίας για την ταχεία επισκευή και την ταχεία αποκατάσταση της παραγωγής.
Κατά συνέπεια, η διάγνωση ηλεκτρικών σφαλμάτων που συζητείται εδώ για κυκλώματα ελέγχου PLC δεν δίνει έμφαση στο ίδιο το PLC, αλλά στα περιφερειακά ηλεκτρικά εξαρτήματα εντός των κυκλωμάτων που ελέγχονται από το PLC.
09
Βελτιστοποίηση της Χρήσης Πόρων Λογισμικού και Υλικού
(1) Οι οδηγίες που δεν εμπλέκονται σε κύκλους ελέγχου ή εκείνες που έχουν ήδη ενεργοποιηθεί πριν από τον κύκλο δεν χρειάζεται να συνδεθούν στο PLC.
(2) Όταν πολλαπλές εντολές ελέγχουν μια μεμονωμένη εργασία, μπορούν να συνδεθούν παράλληλα εξωτερικά πριν συνδεθούν σε ένα μόνο σημείο εισόδου.
(3) Χρησιμοποιήστε πλήρως τα εσωτερικά μπλοκ λειτουργιών και τις ενδιάμεσες καταστάσεις του PLC για να διασφαλίσετε την ακεραιότητα και τη συνοχή του προγράμματος, διευκολύνοντας την ανάπτυξη. Αυτό μειώνει επίσης τις επενδύσεις υλικού και μειώνει το κόστος.
(4) Όπου είναι εφικτό, απομονώστε κάθε κανάλι εξόδου για ευκολότερο έλεγχο και επιθεώρηση, ενώ προστατεύετε άλλα κυκλώματα εξόδου. Ένα σφάλμα σε ένα σημείο εξόδου θα προκαλέσει μόνο την απώλεια ελέγχου του αντίστοιχου κυκλώματος εξόδου.
(5) Για εξόδους που ελέγχουν φορτία προς τα εμπρός/πίσω, εφαρμόστε τη διασύνδεση όχι μόνο εντός του προγράμματος PLC αλλά και εξωτερικά για να αποτρέψετε τη λειτουργία του φορτίου και προς τις δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα.
(6) Οι στάσεις έκτακτης ανάγκης PLC πρέπει να πραγματοποιούνται μέσω εξωτερικών διακοπτών για να διασφαλίζεται η ασφάλεια.
10
Πρόσθετες εκτιμήσεις
(1) Ποτέ μην συνδέετε καλώδια τροφοδοσίας AC στους ακροδέκτες εισόδου για να αποφύγετε ζημιά στο PLC.
(2) Οι ακροδέκτες γείωσης πρέπει να είναι ανεξάρτητα γειωμένοι, να μην συνδέονται σε σειρά με άλλες γειώσεις εξοπλισμού. Η περιοχή διατομής του σύρματος γείωσης-δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 2 mm².
(3) Το βοηθητικό τροφοδοτικό έχει περιορισμένη χωρητικότητα και μπορεί να κινήσει μόνο συσκευές χαμηλής-ισχύ (π.χ. φωτοηλεκτρικούς αισθητήρες).
(4) Ορισμένα PLC έχουν δεσμευμένα τερματικά διεύθυνσης (δηλαδή, κενά τερματικά διευθύνσεων). Μην συνδέετε καλώδια σε αυτούς τους ακροδέκτες.
(5) Όταν τα κυκλώματα εξόδου PLC δεν διαθέτουν προστασία, εγκαταστήστε προστατευτικές συσκευές όπως ασφάλειες σε σειρά εντός του εξωτερικού κυκλώματος για να αποτρέψετε ζημιές από βραχυκυκλώματα φορτίου.