Οι προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές (PLC), ως τα κύρια προϊόντα ελέγχου στον βιομηχανικό αυτοματισμό, υπάρχουν εδώ και μισό αιώνα. Με την ανάπτυξη των τεχνολογιών ημιαγωγών, υπολογιστών και επικοινωνιών, ο τομέας του βιομηχανικού ελέγχου έχει υποστεί δραματικές αλλαγές και τα PLC έχουν εξελιχθεί σε πέντε γενιές όσον αφορά την απόδοση, τη λειτουργικότητα, την ευκολία χρήσης και τη μορφή προϊόντος. Σήμερα, θα συζητήσουμε λύσεις σε κοινές προκλήσεις PLC.
Αρχικά, ας επανεξετάσουμε τα βασικά και ας ορίσουμε τι είναι ένα PLC:
Είναι ένας τύπος προγραμματιζόμενης συσκευής μνήμης που χρησιμοποιείται για την εσωτερική αποθήκευση προγραμμάτων. Εκτελεί εντολές προσανατολισμένες στο χρήστη, όπως λογικές πράξεις, διαδοχικός έλεγχος, χρονισμός, μέτρηση και αριθμητικές πράξεις και ελέγχει διάφορους τύπους μηχανημάτων ή διαδικασιών παραγωγής μέσω ψηφιακής ή αναλογικής εισόδου/εξόδου.
I. Θέματα αντίστασης παρεμβολών
Με την πρόοδο της επιστήμης και της τεχνολογίας, τα PLC εφαρμόζονται ευρύτερα στον βιομηχανικό έλεγχο. Η αξιοπιστία τους επηρεάζει άμεσα την ασφαλή παραγωγή και την οικονομική λειτουργία των βιομηχανικών επιχειρήσεων και η ικανότητα του συστήματος να αντιστέκεται στις παρεμβολές είναι το κλειδί για τη διασφάλιση της αξιόπιστης λειτουργίας ολόκληρου του συστήματος. Για να βελτιωθεί η αξιοπιστία των συστημάτων ελέγχου PLC, από τη μία πλευρά, οι κατασκευαστές PLC πρέπει να ενισχύσουν την αντίσταση παρεμβολής του εξοπλισμού. Από την άλλη πλευρά, απαιτεί υψηλή προτεραιότητα να δοθεί στον μηχανολογικό σχεδιασμό, την εγκατάσταση, την κατασκευή και τη λειτουργία και συντήρηση. Μόνο μέσω πολυ-συνεργασίας μπορεί να επιλυθεί πλήρως το πρόβλημα, ενισχύοντας αποτελεσματικά την αντίσταση παρεμβολών του συστήματος.
[Πηγές παρεμβολών και γενική ταξινόμηση]
Οι πηγές παρεμβολών που επηρεάζουν τα συστήματα ελέγχου PLC είναι παρόμοιες με εκείνες που επηρεάζουν γενικά τον βιομηχανικό εξοπλισμό ελέγχου. Τα περισσότερα προκύπτουν σε περιοχές όπου το ρεύμα ή η τάση παρουσιάζουν δραματικές διακυμάνσεις. Αυτές οι περιοχές έντονης κίνησης φορτίου είναι πηγές θορύβου, δηλαδή πηγές παρεμβολών.
Οι πηγές παρεμβολών ταξινομούνται τυπικά με βάση την αιτία της παρεμβολής, τη λειτουργία παρεμβολής θορύβου και τα χαρακτηριστικά κυματομορφής του θορύβου.
1. Από αιτία δημιουργίας θορύβου: θόρυβος εκφόρτισης, θόρυβος υπέρτασης, θόρυβος ταλάντωσης υψηλής-συχνότητας
2. Ανά κυματομορφή και φύση του θορύβου: συνεχής θόρυβος, σποραδικός θόρυβος
3. Κατά λειτουργία παρεμβολής: κοινή-παρέμβαση λειτουργίας, διαφορική-παρέμβαση λειτουργίας
Μεταξύ αυτών, η κοινή-παρεμβολή και η διαφορική-παρέμβαση τρόπου λειτουργίας αντιπροσωπεύουν μια σχετικά κοινή μέθοδο ταξινόμησης. Η κοινή-παρέμβαση λειτουργίας αναφέρεται στη διαφορά δυναμικού μεταξύ μιας γραμμής σήματος και της γείωσης. Σχηματίζεται κυρίως από την υπέρθεση τάσεων κοινού-τρόπου (ίδιας{-κατεύθυνσης) που προκαλούνται στις γραμμές σήματος από εισβολή στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας, διαφορές δυναμικού εδάφους και χωρική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Οι τάσεις συνήθους λειτουργίας-μπορεί μερικές φορές να είναι αρκετά υψηλές. ιδιαίτερα σε δωμάτια που τροφοδοτούνται από μονάδες διανομής με κακή απόδοση απομόνωσης, η συνήθης-τάση λειτουργίας των σημάτων εξόδου του πομπού είναι γενικά υψηλή, με μερικά να φτάνουν πάνω από 130 V. Η συνήθης-τάση λειτουργίας μπορεί να μετατραπεί σε διαφορική-τάση λειτουργίας μέσω μη ισορροπημένων κυκλωμάτων μέτρησης και ελέγχου ζημιών. Αυτός ο τύπος παρέμβασης{15}}κοινής λειτουργίας μπορεί να είναι είτε DC είτε AC.
Η παρεμβολή διαφορικής-λειτουργίας αναφέρεται στην τάση παρεμβολής που ενεργεί μεταξύ των δύο ακροδεκτών ενός σήματος. Σχηματίζεται κυρίως από τάσεις που προκύπτουν από τη σύζευξη ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στον αέρα και τη μετατροπή της παρεμβολής κοινού-τρόπου από μη ισορροπημένα κυκλώματα. Αυτή η τάση υπερτίθεται απευθείας στο σήμα, επηρεάζοντας άμεσα την ακρίβεια μέτρησης και ελέγχου.
[Κύριες πηγές ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών]
1. Ακτινοβολούμενη παρεμβολή από το περιβάλλον
Τα ακτινοβολούμενα ηλεκτρομαγνητικά πεδία (EMI) στο περιβάλλον δημιουργούνται κυρίως από δίκτυα ισχύος, μεταβατικά στοιχεία σε ηλεκτρικό εξοπλισμό, κεραυνούς, ραδιοφωνικές εκπομπές, τηλεόραση, ραντάρ και εξοπλισμό επαγωγής θέρμανσης υψηλής{{0}συχνότητας. Αυτό αναφέρεται συνήθως ως ακτινοβολούμενη παρεμβολή.
Προκαλεί κυρίως παρεμβολές μέσω δύο οδών: 1) Απευθείας ακτινοβολία στο PLC, προκαλώντας παρεμβολές στο κύκλωμα
2) Ακτινοβολία που κατευθύνεται στο εσωτερικό δίκτυο επικοινωνίας του PLC, εισάγοντας παρεμβολές μέσω επαγωγής στις γραμμές επικοινωνίας
Η ακτινοβολούμενη παρεμβολή σχετίζεται με τη διάταξη του εξοπλισμού πεδίου και το μέγεθος των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων που δημιουργούνται από τον εξοπλισμό, ιδιαίτερα τη συχνότητά τους. Η προστασία επιτυγχάνεται γενικά με τη χρήση θωρακισμένων καλωδίων, τοπικής θωράκισης του PLC και απαγωγέων υπέρτασης υψηλής{1} τάσης.
2. Παρεμβολές από εξωτερικά καλώδια συστήματος
Αυτή η παρεμβολή εισάγεται κυρίως μέσω των γραμμών ισχύος και σήματος και αναφέρεται συνήθως ως αγώγιμη παρεμβολή. Αυτός ο τύπος παρεμβολής είναι ιδιαίτερα σοβαρός σε βιομηχανικά περιβάλλοντα στην Κίνα.
1) Παρεμβολές από τροφοδοτικά
Η πρακτική έχει δείξει ότι πολλές βλάβες του συστήματος ελέγχου PLC προκαλούνται από παρεμβολές που εισάγονται μέσω του τροφοδοτικού. Το πρόβλημα συνήθως επιλύεται με την αντικατάσταση του τροφοδοτικού με ένα που προσφέρει υψηλότερη απόδοση απομόνωσης.
Τα τροφοδοτικά PLC συνήθως χρησιμοποιούν απομονωμένες πηγές ενέργειας, αλλά λόγω δομικών παραγόντων και παραγόντων της διαδικασίας παραγωγής, η απόδοση απομόνωσής τους δεν είναι ιδανική. Στην πραγματικότητα, η απόλυτη απομόνωση είναι αδύνατη λόγω της παρουσίας κατανεμημένων παραμέτρων, ιδιαίτερα κατανεμημένης χωρητικότητας.
2) Παρεμβολές που εισάγονται μέσω γραμμών σήματος
Διάφορες γραμμές μετάδοσης σήματος που συνδέονται με το σύστημα ελέγχου PLC επιτρέπουν αναπόφευκτα την παρείσφρηση σημάτων εξωτερικών παρεμβολών, εκτός από τη μετάδοση έγκυρων πληροφοριών.
Αυτή η παρεμβολή εισέρχεται κυρίως μέσω δύο οδών: πρώτον, παρεμβολές στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας που εισάγονται μέσω της τροφοδοσίας του πομπού ή της κοινής τροφοδοσίας με όργανα σήματος-ένας παράγοντας που συχνά παραβλέπεται.
δεύτερον, παρεμβολές που προκαλούνται από χωρική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στις γραμμές σήματος, δηλαδή, εξωτερική επαγόμενη παρεμβολή στις γραμμές σήματος, η οποία είναι ιδιαίτερα σοβαρή.
3) Παρεμβολές που προκαλούνται από αποδιοργανωμένο σύστημα γείωσης
Η γείωση είναι μία από τις αποτελεσματικές μεθόδους για τη βελτίωση της ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC) του ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Η σωστή γείωση μπορεί να καταστείλει τις επιπτώσεις των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών και να αποτρέψει τον εξοπλισμό από το να εκπέμπει παρεμβολές. Αντίθετα, η ακατάλληλη γείωση μπορεί να προκαλέσει σοβαρά σήματα παρεμβολής, προκαλώντας δυσλειτουργία του συστήματος PLC.
Οι γραμμές γείωσης σε ένα σύστημα ελέγχου PLC περιλαμβάνουν γείωση συστήματος, γείωση θωράκισης, γείωση AC και προστατευτική γείωση. Οι παρεμβολές που προκαλούνται από ένα χαοτικό σύστημα γείωσης σε ένα σύστημα PLC οφείλονται κυρίως στην ανομοιόμορφη κατανομή δυναμικού σε διάφορα σημεία γείωσης. Οι πιθανές διαφορές μεταξύ διαφορετικών σημείων γείωσης δημιουργούν ρεύματα βρόχου γείωσης, τα οποία επηρεάζουν την κανονική λειτουργία του συστήματος.
3. Παρεμβολές μέσα από το σύστημα PLC
Αυτή η παρεμβολή δημιουργείται κυρίως από αμοιβαία ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μεταξύ εσωτερικών εξαρτημάτων και κυκλωμάτων, όπως η αμοιβαία ακτινοβολία μεταξύ λογικών κυκλωμάτων και η επίδρασή τους στα αναλογικά κυκλώματα, η αλληλεπίδραση μεταξύ αναλογικής γείωσης και λογικής γείωσης και η ασυμφωνία χρήσης εξαρτημάτων. Αυτά τα ζητήματα εμπίπτουν στο πεδίο εφαρμογής του σχεδιασμού ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC) που διεξάγεται από τον κατασκευαστή του PLC για τα εσωτερικά εξαρτήματα του συστήματος. Δεδομένου ότι πρόκειται για ένα περίπλοκο θέμα πέρα από τον έλεγχο του τμήματος εφαρμογών, δεν χρειάζεται να ελέγχεται υπερβολικά. Ωστόσο, είναι σημαντικό να επιλέγονται συστήματα με αποδεδειγμένο ιστορικό ή αυτά που έχουν ελεγχθεί διεξοδικά.
[Παρεμβολές-Ανθεκτική σχεδίαση]
1. Επιλογή εξοπλισμού
Κατά την επιλογή εξοπλισμού, δώστε προτεραιότητα σε προϊόντα με υψηλή αντίσταση παρεμβολών, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC), ιδιαίτερα αντίστασης σε εξωτερικές παρεμβολές. Παραδείγματα περιλαμβάνουν συστήματα PLC που χρησιμοποιούν τεχνολογία πλωτού εδάφους και έχουν εξαιρετική απόδοση απομόνωσης. Δεύτερον, θα πρέπει να επανεξεταστούν οι προδιαγραφές κατά των-παρεμβολών που παρέχονται από τον κατασκευαστή, όπως ο λόγος απόρριψης κοινής{{2}λειτουργίας (CMRR) και ο λόγος απόρριψης διαφορικής-λειτουργίας (DMRR), η ικανότητα αντοχής στην τάση και η μέγιστη ισχύς ηλεκτρικού πεδίου και συχνότητα μαγνητικού πεδίου με την οποία έχει ονομαστική λειτουργία το σύστημα. Επιπλέον, θα πρέπει να αξιολογηθεί το ιστορικό του προϊόντος σε παρόμοιες εφαρμογές.
2. Ολοκληρωμένος σχεδιασμός κατά των-παρεμβολών
Αυτό περιλαμβάνει κυρίως διάφορα βασικά μέτρα για την καταστολή των παρεμβολών που προέρχονται από έξω από το σύστημα, όπως: θωράκιση του συστήματος PLC και των εξωτερικών καλωδίων για την αποφυγή ακτινοβολούμενης ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής. απομόνωση και φιλτράρισμα εξωτερικών καλωδίων-ιδιαίτερα καλωδίων τροφοδοσίας-και διευθέτησής τους σε στρώματα για την αποφυγή εισόδου ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών μέσω των καλωδίων· και τον σωστό σχεδιασμό σημείων γείωσης και συσκευών γείωσης για τη βελτίωση του συστήματος γείωσης. Επιπλέον, πρέπει να χρησιμοποιηθούν μέθοδοι που βασίζονται σε λογισμικό-για την περαιτέρω ενίσχυση της ασφάλειας και της αξιοπιστίας του συστήματος.
[Βασικά μέτρα κατά των-Παρεμβολών]
1. Χρησιμοποιήστε τροφοδοτικά υψηλής απόδοσης{{1} για την καταστολή παρεμβολών που εισάγονται από το ηλεκτρικό δίκτυο
Στα συστήματα ελέγχου PLC, η παροχή ρεύματος παίζει κρίσιμο ρόλο. Οι παρεμβολές στο ηλεκτρικό δίκτυο συνδέονται κυρίως με το σύστημα ελέγχου PLC μέσω των πηγών ισχύος του συστήματος (όπως τροφοδοτικά CPU, τροφοδοτικά I/O κ.λπ.), τροφοδοτικά πομπού και τροφοδοτικά οργάνων που έχουν απευθείας ηλεκτρικές συνδέσεις με το σύστημα PLC. Επί του παρόντος, τροφοδοτικά με καλή απόδοση απομόνωσης χρησιμοποιούνται γενικά για συστήματα PLC. Ωστόσο, δεν έχει δοθεί επαρκής προσοχή στα τροφοδοτικά για πομπούς και όργανα που συνδέονται απευθείας ηλεκτρικά στο σύστημα PLC. Αν και έχουν εφαρμοστεί ορισμένα μέτρα απομόνωσης, είναι γενικά ανεπαρκή. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι οι μετασχηματιστές απομόνωσης που χρησιμοποιούνται έχουν μεγάλες κατανεμημένες παραμέτρους και κακές δυνατότητες καταστολής παρεμβολών, επιτρέποντας τη σύζευξη παρεμβολών κοινής-λειτουργίας και διαφορικής-τρόπου μέσω του τροφοδοτικού. Επομένως, για την τροφοδοσία πομπών και οργάνων που μοιράζονται γραμμές σήματος, θα πρέπει να επιλέγονται διανομείς ισχύος με χαμηλή κατανεμημένη χωρητικότητα και μεγάλο εύρος ζώνης καταστολής (όπως αυτοί που χρησιμοποιούν πολλαπλά στάδια απομόνωσης, θωράκιση και τεχνικές μείωσης της επαγωγής διαρροής) για να ελαχιστοποιούνται οι παρεμβολές στο σύστημα PLC.
2. Επιλογή και διάταξη καλωδίου
Διαφορετικοί τύποι σημάτων θα πρέπει να μεταδίδονται μέσω χωριστών καλωδίων. Τα καλώδια σήματος πρέπει να είναι τοποθετημένα σε στρώματα ανάλογα με τον τύπο του σήματος που μεταδίδεται. Απαγορεύεται αυστηρά η χρήση διαφορετικών αγωγών στο ίδιο καλώδιο για την ταυτόχρονη μετάδοση ισχύος και σημάτων. Οι γραμμές σήματος δεν πρέπει να τοποθετούνται σε κοντινή παράλληλη γειτνίαση με τα καλώδια τροφοδοσίας για την ελαχιστοποίηση των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών.
3. Φιλτράρισμα υλικού και Λογισμικά κατά των-μέτρων παρεμβολών
Πριν εισέλθουν σήματα στον υπολογιστή, συνδέστε έναν πυκνωτή παράλληλα μεταξύ της γραμμής σήματος και της γείωσης για να μειώσετε τις παρεμβολές κοινής-λειτουργίας. Η εγκατάσταση ενός φίλτρου μεταξύ των δύο ακροδεκτών σήματος μπορεί να μειώσει τις παρεμβολές διαφορικής λειτουργίας-.
4. Σωστή Επιλογή Σημείων Γείωσης και Βελτίωση του Συστήματος Γείωσης
Η γείωση εξυπηρετεί συνήθως δύο σκοπούς: ασφάλεια και καταστολή παρεμβολών. Ένα καλά σχεδιασμένο-σύστημα γείωσης είναι ένα από τα βασικά μέτρα για την προστασία των συστημάτων ελέγχου PLC από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Υπάρχουν τρεις τύποι μεθόδων γείωσης συστήματος: αιωρούμενο έδαφος, άμεση γείωση και χωρητική γείωση.
Όταν η πηγή σήματος είναι γειωμένη, η θωράκιση πρέπει να γειώνεται στην πλευρά του σήματος. Όταν δεν είναι γειωμένο, θα πρέπει να γειώνεται από την πλευρά του PLC. Όταν υπάρχουν αρμοί στη γραμμή σήματος, η θωράκιση πρέπει να είναι καλά συνδεδεμένη και μονωμένη και να αποφεύγονται πολλαπλά σημεία γείωσης. όταν τα θωρακισμένα καλώδια συνεστραμμένου ζεύγους-από πολλαπλά σημεία μέτρησης συνδέονται σε ένα καλώδιο πολλαπλών-συνεστραμμένων-ζευγών με κοινή θωράκιση, οι ασπίδες κάθε καλωδίου πρέπει να είναι σωστά διασυνδεδεμένες και μονωμένες.
II. Βελτίωση της λειτουργικής αποτελεσματικότητας
1. Σχεδιάστε μπλοκ συναρτήσεων με βάση τις πραγματικές απαιτήσεις του έργου
Σύνταξη υπορουτίνων: Σε ένα PLC, μια υπορουτίνα είναι ένα σχετικά ανεξάρτητο πρόγραμμα γραμμένο για συγκεκριμένους σκοπούς ελέγχου. Κατά την εκτέλεση εντολών κλήσης υπορουτίνας, όπως ΚΛΗΣΗ, εάν δεν πληρούνται οι προϋποθέσεις για την κλήση υπορουτίνας, η σάρωση προγράμματος προχωρά μόνο εντός του κύριου προγράμματος και δεν σαρώνει το τμήμα υπορουτίνας, μειώνοντας έτσι τον περιττό χρόνο σάρωσης.
2. Έλεγχος εξόδων με μεταφορά δεδομένων Word ή Double-Word σε σημεία DO
Οι εφαρμογές PLC συνήθως περιλαμβάνουν μεγάλο αριθμό ελέγχων εξόδου. Ο έλεγχος των εξόδων με τη μεταφορά δεδομένων λέξεων ή διπλών-λέξεων σε σημεία DO μπορεί να βελτιώσει την ταχύτητα. Με την εύλογη κατανομή των διευθύνσεων εξόδου και τη μετατροπή των λέξεων εξόδου ελέγχου σύμφωνα με τις πραγματικές απαιτήσεις της εφαρμογής, ο αριθμός των βημάτων εκτέλεσης στο πρόγραμμα PLC μπορεί να μειωθεί σημαντικά, επιταχύνοντας έτσι τον χρόνο εκτέλεσης του προγράμματος.
3. Pulse-Ενεργοποίηση SET και RESET
Σε ένα PLC, η εντολή SET χρειάζεται να εκτελεστεί μόνο μία φορά. δεν χρειάζεται να εκτελείται κατά τη διάρκεια κάθε σάρωσης, καθιστώντας το- κατάλληλο για χρήση με οδηγίες εξόδου παλμού (PLS/PLF). Ορισμένοι μηχανικοί παραβλέπουν αυτό το ζήτημα και χρησιμοποιούν συμβατικές μεθόδους για να ενεργοποιήσουν την εντολή SET, αυξάνοντας κατά λάθος τον χρόνο εκτέλεσης σάρωσης του προγράμματος PLC.