Программируемые логические контроллеры (ПЛК), как основные продукты управления в промышленной автоматизации, существуют уже полвека. С развитием полупроводниковых, компьютерных и коммуникационных технологий область промышленного управления претерпела кардинальные изменения, и ПЛК сменили пять поколений с точки зрения производительности, функциональности, простоты использования и формы продукта. Сегодня мы обсудим решения распространенных проблем с ПЛК.
Во-первых, давайте вернемся к основам и определим, что такое ПЛК:
Это тип программируемого запоминающего устройства, используемого для внутреннего хранения программ. Он выполняет инструкции,-ориентированные на пользователя, такие как логические операции, последовательное управление, синхронизацию, счет и арифметические операции, а также управляет различными типами оборудования или производственными процессами посредством цифрового или аналогового ввода/вывода.
I. Проблемы помехоустойчивости
С развитием науки и техники ПЛК все шире применяются в промышленном управлении. От их надежности напрямую зависит безопасность производственно-хозяйственной деятельности промышленных предприятий, а способность системы противостоять помехам является залогом обеспечения надежной работы всей системы. Чтобы повысить надежность систем управления ПЛК, с одной стороны, производители ПЛК должны повысить помехоустойчивость оборудования; с другой стороны, требуется уделять первоочередное внимание инженерному проектированию, монтажу, строительству, эксплуатации и техническому обслуживанию. Только благодаря многостороннему-сотрудничеству проблема может быть полностью решена, эффективно повышая помехоустойчивость системы.
[Источники помех и общая классификация]
Источники помех, влияющие на системы управления ПЛК, аналогичны тем, которые обычно воздействуют на промышленное оборудование управления; большинство из них возникают в местах, где ток или напряжение резко колеблются. Эти области интенсивного движения зарядов являются источниками шума, т. е. источниками помех.
Источники помех обычно классифицируются на основе причины помех, режима шумовых помех и характеристик формы сигнала шума.
1. По причине образования шума: шум разряда, импульсный шум, высокочастотный шум колебаний.
2. По форме сигнала и характеру шума: непрерывный шум, спорадический шум.
3. По режиму помех: синфазные-помехи, дифференциальные-помехи.
Среди них синфазные-помехи и дифференциальные-помехи представляют собой относительно распространенный метод классификации. Синфазные-помехи относятся к разности потенциалов между сигнальной линией и землей. В основном оно формируется в результате суперпозиции синфазных-напряжений (одного и того же-направления), наведенных на сигнальных линиях в результате проникновения в энергосистему, разности потенциалов земли и пространственного электромагнитного излучения. Синфазные напряжения-иногда могут быть довольно высокими; синфазное-напряжение выходных сигналов передатчика, как правило, высокое, а некоторые достигают более 130 В. Синфазное-напряжение может быть преобразовано в дифференциальное-напряжение через несбалансированные цепи, что напрямую влияет на сигналы измерения и управления и приводит к повреждению компонентов. Этот тип синфазных-помех может быть как постоянного, так и переменного тока.
Помехи в дифференциальном-режиме относятся к напряжению помех, действующему между двумя терминалами сигнала. В основном оно формируется напряжениями, возникающими в результате взаимодействия электромагнитных полей в воздухе и преобразования синфазных помех несбалансированными цепями. Это напряжение непосредственно накладывается на сигнал, напрямую влияя на точность измерения и регулирования.
[Основные источники электромагнитных помех]
1. Излучение помех от окружающей среды
Излучаемые электромагнитные поля (ЭМП) в окружающей среде в основном генерируются электросетями, переходными процессами в электрооборудовании, молниями, радиопередачами, телевидением, радарами и высокочастотным индукционным нагревательным оборудованием. Обычно это называют излучаемыми помехами.
В первую очередь это вызывает помехи по двум путям: 1) Прямое излучение в ПЛК, вызывающее помехи в схеме.
2) Излучение, направленное на внутреннюю сеть связи ПЛК, вызывающее помехи за счет индукции в линиях связи.
Излучаемые помехи связаны с расположением полевого оборудования и величиной электромагнитных полей, создаваемых этим оборудованием, особенно с их частотой. Защита обычно достигается за счет использования экранированных кабелей, локального экранирования ПЛК и ограничителей перенапряжения-высокого напряжения.
2. Помехи от внешних системных кабелей
Эти помехи в основном возникают через силовые и сигнальные линии и обычно называются кондуктивными помехами. Этот тип помех особенно серьезен в промышленных условиях Китая.
1) Помехи от источников питания
Практика показала, что многие отказы системы управления ПЛК вызваны помехами, вносимыми через источник питания; проблема обычно решается путем замены источника питания на тот, который обеспечивает более высокую изоляцию.
В источниках питания ПЛК обычно используются изолированные источники питания, но из-за особенностей конструкции и производственного процесса их характеристики изоляции не идеальны. В действительности абсолютная изоляция невозможна из-за наличия распределенных параметров, в частности распределенной емкости.
2) Помехи, вносимые через сигнальные линии
Различные линии передачи сигналов, подключенные к системе управления ПЛК, неизбежно допускают проникновение сигналов внешних помех, помимо передачи достоверной информации.
Эти помехи в основном проникают двумя путями: во-первых, помехи в электросети, возникающие через источник питания передатчика или источник питания, используемый совместно с сигнальными приборами-, фактор, который часто упускается из виду;
во-вторых, помехи, вызванные пространственным электромагнитным излучением на сигнальных линиях, т.е. внешние наведенные помехи на сигнальных линиях, которые являются особенно серьезными.
3) Помехи, вызванные неорганизованной системой заземления.
Заземление – один из эффективных методов улучшения электромагнитной совместимости (ЭМС) электронного оборудования. Правильное заземление может как подавить воздействие электромагнитных помех, так и предотвратить излучение помех оборудованием; и наоборот, неправильное заземление может вызвать серьезные помехи, вызывающие сбои в работе системы ПЛК.
Линии заземления в системе управления ПЛК включают в себя заземление системы, заземление экрана, заземление переменного тока и защитное заземление. Помехи, вызванные хаотичной системой заземления в системе ПЛК, в первую очередь возникают из-за неравномерного распределения потенциала в различных точках заземления. Потенциальные различия между различными точками заземления создают токи контура заземления, которые влияют на нормальную работу системы.
3. Помехи внутри системы ПЛК.
Эти помехи в первую очередь создаются взаимным электромагнитным излучением между внутренними компонентами и цепями, например, взаимным излучением между логическими схемами и их влиянием на аналоговые схемы, взаимодействием между аналоговой землей и логической землей, а также несогласованным использованием компонентов. Эти проблемы подпадают под рамки проектирования электромагнитной совместимости (ЭМС), проводимого производителем ПЛК для внутренних компонентов системы. Поскольку это сложный вопрос, неподконтрольный отделу подачи заявок, его не следует слишком тщательно изучать; однако важно выбирать системы с проверенной репутацией или те, которые были тщательно протестированы.
[Помехоустойчивая- конструкция]
1. Выбор оборудования
При выборе оборудования отдавайте предпочтение изделиям с высокой помехоустойчивостью, включая электромагнитную совместимость (ЭМС), особенно устойчивость к внешним помехам. Примеры включают системы ПЛК, в которых используется технология плавающего заземления и которые имеют превосходные характеристики изоляции; Во-вторых, следует просмотреть характеристики защиты от-помех, предоставленные производителем, такие как коэффициент подавления синфазного-мода (CMRR) и коэффициент подавления дифференциального-мода (DMRR), способность выдерживать напряжение, а также максимальную напряженность электрического поля и частоту магнитного поля, при которых система рассчитана на работу; кроме того, следует оценить послужной список продукта в аналогичных приложениях.
2. Комплексная защита от-помех
В первую очередь это включает в себя несколько ключевых мер по подавлению помех, исходящих извне системы, в том числе: экранирование системы ПЛК и внешних кабелей для предотвращения излучаемых электромагнитных помех; изоляция и фильтрация внешних кабелей,-особенно силовых кабелей-и укладка их слоями для предотвращения проникновения кондуктивных электромагнитных помех через кабели; и правильное проектирование точек заземления и заземляющих устройств для улучшения системы заземления. Кроме того, необходимо использовать программные-методы для дальнейшего повышения безопасности и надежности системы.
[Основные меры по борьбе с-помехами]
1. Используйте высокопроизводительные-источники питания для подавления помех, создаваемых электросетью.
В системах управления ПЛК источник питания играет решающую роль. Помехи в электросети в основном связаны с системой управления ПЛК через источники питания системы (такие как источники питания ЦП, источники питания ввода-вывода и т. д.), источники питания передатчиков и источники питания приборов, которые имеют прямые электрические соединения с системой ПЛК. В настоящее время для систем ПЛК обычно используются источники питания с хорошими характеристиками изоляции. Однако недостаточно внимания уделялось источникам питания датчиков и приборов, электрически подключенных к системе ПЛК. Хотя определенные меры изоляции были приняты, в целом они недостаточны. Это происходит главным образом потому, что используемые изолирующие трансформаторы имеют большие распределенные параметры и плохую способность подавления помех, что позволяет передавать синфазные-и дифференциальные-помехи через источник питания. Поэтому для питания передатчиков и приборов, совместно использующих сигнальные линии, следует выбирать распределители мощности с низкой распределенной емкостью и широкой полосой подавления (например, те, которые используют несколько ступеней изоляции, экранирование и методы снижения индуктивности рассеяния), чтобы минимизировать помехи в системе ПЛК.
2. Выбор и прокладка кабеля
Различные типы сигналов должны передаваться по отдельным кабелям. Сигнальные кабели следует прокладывать слоями в соответствии с типом передаваемого сигнала. Категорически запрещается использовать в одном кабеле разные проводники для одновременной передачи мощности и сигналов. Сигнальные линии не следует прокладывать в непосредственной близости от силовых кабелей, чтобы свести к минимуму электромагнитные помехи.
3. Аппаратная фильтрация и программные меры защиты от помех-
Прежде чем сигналы поступят в компьютер, подключите конденсатор параллельно между сигнальной линией и землей, чтобы уменьшить синфазные-помехи; установка фильтра между двумя сигнальными клеммами может уменьшить дифференциальные-помехи.
4. Правильный выбор точек заземления и усовершенствование системы заземления.
Заземление обычно служит двум целям: безопасность и подавление помех. Хорошо спроектированная система заземления- является одной из ключевых мер защиты систем управления ПЛК от электромагнитных помех. Существует три типа методов заземления системы: плавающее заземление, прямое заземление и емкостное заземление.
Если источник сигнала заземлен, экран должен быть заземлен со стороны сигнала; если он не заземлен, он должен быть заземлен на стороне ПЛК; при наличии стыков в сигнальной линии экран следует надежно подсоединить и изолировать, а также избегать нескольких точек заземления; Когда экранированные кабели витой-пары от нескольких точек измерения подключаются к многожильному кабелю витой-пары с общим экраном, экраны каждого кабеля должны быть правильно соединены между собой и изолированы.
II. Повышение операционной эффективности
1. Планируйте функциональные блоки на основе фактических требований проекта.
Написание подпрограмм. В ПЛК подпрограмма представляет собой относительно независимую программу, написанную для конкретных целей управления. При выполнении инструкций вызова подпрограммы, таких как CALL, если условия вызова подпрограммы не выполняются, сканирование программы продолжается только внутри основной программы и не сканирует раздел подпрограммы, тем самым сокращая ненужное время сканирования.
2. Управление выходами путем передачи словных или двойных-словных данных в точки DO.
Приложения ПЛК обычно включают в себя большое количество элементов управления выходом. Управление выходами путем передачи слов или двойных-словных данных в точки DO может повысить скорость. Путем разумного распределения выходных адресов и преобразования управляющих выходных слов в соответствии с фактическими требованиями приложения количество шагов выполнения в программе ПЛК может быть значительно сокращено, тем самым ускоряя время выполнения программы.
3. Импульсный-запуск SET и RESET
В ПЛК команду SET необходимо выполнить только один раз; его не нужно выполнять при каждом сканировании, что делает его хорошо-подходящим для использования с инструкциями импульсного вывода (PLS/PLF). Некоторые инженеры упускают из виду эту проблему и используют традиционные методы для запуска инструкции SET, непреднамеренно увеличивая время выполнения сканирования программы ПЛК.