Programmerbare Logic Controllere (PLC'er), som de almindelige kontrolprodukter inden for industriel automation, har eksisteret i et halvt århundrede. Med udviklingen af halvleder-, computer- og kommunikationsteknologier har området for industriel kontrol gennemgået dramatiske ændringer, og PLC'er har udviklet sig gennem fem generationer med hensyn til ydeevne, funktionalitet, brugervenlighed og produktform. I dag vil vi diskutere løsninger på almindelige PLC-udfordringer.
Lad os først gennemgå det grundlæggende og definere, hvad en PLC er:
Det er en type programmerbar hukommelsesenhed, der bruges til at gemme programmer internt. Den udfører bruger-orienterede instruktioner såsom logiske operationer, sekventiel kontrol, timing, tælling og aritmetiske operationer og styrer forskellige typer maskiner eller produktionsprocesser gennem digital eller analog input/output.
I. Problemer med interferensmodstand
Med videnskabens og teknologiens fremskridt anvendes PLC'er mere bredt i industriel kontrol. Deres pålidelighed påvirker direkte industrivirksomheders sikre produktion og økonomiske drift, og systemets evne til at modstå interferens er nøglen til at sikre pålidelig drift af hele systemet. For at forbedre pålideligheden af PLC-kontrolsystemer skal PLC-producenter på den ene side forbedre udstyrets interferensmodstand; på den anden side kræver det høj prioritet at blive givet til ingeniørdesign, installation, konstruktion samt drift og vedligeholdelse. Kun gennem samarbejde med flere-parter kan problemet løses fuldt ud, hvilket effektivt forbedrer systemets interferensmodstand.
[Interferenskilder og generel klassifikation]
Interferenskilderne, der påvirker PLC-kontrolsystemer, svarer til dem, der generelt påvirker industrielt kontroludstyr; de fleste opstår i områder, hvor strøm eller spænding svinger dramatisk. Disse områder med intens ladningsbevægelse er støjkilder, dvs. interferenskilder.
Interferenskilder klassificeres typisk baseret på årsagen til interferensen, støjinterferenstilstanden og støjens bølgeformsegenskaber.
1. På grund af støjgenerering: udledningsstøj, overspændingsstøj, høj-oscillationsstøj
2. Efter bølgeform og karakter af støj: kontinuerlig støj, sporadisk støj
3. Ved interferenstilstand: almindelig-tilstandsinterferens, differentiel-tilstandsinterferens
Blandt disse repræsenterer almindelig-tilstandsinterferens og differentiel-tilstandsinterferens en relativt almindelig klassificeringsmetode. Almindelig-tilstandsinterferens henviser til potentialforskellen mellem en signallinje og jord. Det er primært dannet af overlejring af almindelige-mode (samme-retning) spændinger induceret på signallinjer ved indtrængen i elnettet, jordpotentialeforskelle og rumlig elektromagnetisk stråling. Spændinger i almindelige-tilstande kan nogle gange være ret høje; Især i rum, der drives af distributionsenheder med dårlig isoleringsydelse, er den almindelige-tilstandsspænding for transmitterudgangssignaler generelt høj, hvor nogle når over 130 V. Fælles-modespænding kan konverteres til differentiel-tilstandsspænding gennem ubalancerede kredsløb, hvilket direkte påvirker måle- og styresignaler og forårsager skade. Denne type almindelige-tilstandsinterferens kan være enten DC eller AC.
Differentiel-tilstandsinterferens refererer til den interferensspænding, der virker mellem de to terminaler på et signal. Det er primært dannet af spændinger som følge af elektromagnetisk feltkobling i luften og konvertering af almindelig-tilstandsinterferens fra ubalancerede kredsløb. Denne spænding er direkte overlejret på signalet, hvilket direkte påvirker måle- og kontrolnøjagtigheden.
[Større kilder til elektromagnetisk interferens]
1. Udstrålet interferens fra miljøet
Udstrålede elektromagnetiske felter (EMI) i miljøet genereres primært af elnet, transienter i elektrisk udstyr, lyn, radioudsendelser, fjernsyn, radar og-højfrekvent induktionsvarmeudstyr. Dette kaldes almindeligvis udstrålet interferens.
Det forårsager primært interferens gennem to veje: 1) Direkte stråling ind i PLC'en, hvilket inducerer interferens i kredsløbet
2) Stråling rettet mod PLC'ens interne kommunikationsnetværk, der introducerer interferens gennem induktion i kommunikationslinjerne
Udstrålet interferens er relateret til layoutet af feltudstyr og størrelsen af de elektromagnetiske felter, der genereres af udstyret, især deres frekvens. Beskyttelse opnås generelt ved at bruge afskærmede kabler, lokal afskærmning af PLC'en og høj-overspændingsafledere.
2. Interferens fra eksterne systemkabler
Denne interferens introduceres primært gennem strøm- og signalledninger og omtales almindeligvis som ledet interferens. Denne type interferens er særlig alvorlig i industrielle omgivelser i Kina.
1) Interferens fra strømforsyninger
Praksis har vist, at mange PLC-styringsfejl skyldes interferens, der indføres gennem strømforsyningen; problemet løses typisk ved at udskifte strømforsyningen med en, der giver højere isoleringsydelse.
PLC-strømforsyninger bruger typisk isolerede strømkilder, men på grund af strukturelle og produktionsprocesfaktorer er deres isoleringsydelse ikke ideel. I virkeligheden er absolut isolation umulig på grund af tilstedeværelsen af distribuerede parametre, især distribueret kapacitans.
2) Interferens introduceret via signallinjer
Forskellige signaltransmissionslinjer forbundet til PLC-kontrolsystemet tillader uundgåeligt eksterne interferenssignaler at trænge ind, foruden at transmittere gyldig information.
Denne interferens kommer primært ind gennem to veje: For det første strømnetinterferens introduceret via senderens strømforsyning eller strømforsyningen, der deles med signalinstrumenter-en faktor, der ofte overses;
for det andet interferens induceret af rumlig elektromagnetisk stråling på signallinjerne, dvs. ekstern induceret interferens på signallinjerne, som er særlig alvorlig.
3) Interferens forårsaget af et uorganiseret jordingssystem
Jording er en af de effektive metoder til at forbedre elektronisk udstyrs elektromagnetiske kompatibilitet (EMC). Korrekt jording kan både undertrykke virkningerne af elektromagnetisk interferens og forhindre udstyret i at udsende interferens; omvendt kan ukorrekt jording introducere alvorlige interferenssignaler, hvilket får PLC-systemet til at fungere forkert.
Jordingslinjerne i et PLC-kontrolsystem inkluderer systemjord, skærmjord, AC-jord og beskyttelsesjord. Interferens forårsaget af et kaotisk jordingssystem i et PLC-system skyldes primært ujævn potentialfordeling ved forskellige jordingspunkter. Potentielle forskelle mellem forskellige jordingspunkter skaber jordsløjfestrømme, som påvirker systemets normale drift.
3. Interferens inde fra PLC-systemet
Denne interferens genereres primært af gensidig elektromagnetisk stråling mellem interne komponenter og kredsløb, såsom gensidig stråling mellem logiske kredsløb og deres indvirkning på analoge kredsløb, interaktionen mellem analog jord og logisk jord, og uoverensstemmende brug af komponenter. Disse problemer falder ind under omfanget af elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) design udført af PLC-producenten for systemets interne komponenter. Da dette er et komplekst spørgsmål uden for ansøgningsafdelingens kontrol, behøver det ikke at blive overdrevent gransket; det er dog vigtigt at vælge systemer med en dokumenteret track record eller dem, der er blevet grundigt testet.
[Interferens-Modstandsdygtigt design]
1. Udstyrsvalg
Når du vælger udstyr, skal du prioritere produkter med høj interferensmodstand, herunder elektromagnetisk kompatibilitet (EMC), især modstand mod ekstern interferens. Eksempler inkluderer PLC-systemer, der anvender flydende jordteknologi og har fremragende isoleringsydelse; For det andet bør man gennemgå anti-interferensspecifikationerne fra producenten, såsom common-mode rejection ratio (CMRR) og differential-mode rejection ratio (DMRR), spændingsmodstandsevne og den maksimale elektriske feltstyrke og magnetiske feltfrekvens, som systemet er vurderet til at fungere ved; desuden bør man evaluere produktets track record i lignende applikationer.
2. Omfattende anti-interferensdesign
Dette involverer primært flere nøgleforanstaltninger til at undertrykke interferens, der stammer fra uden for systemet, herunder: afskærmning af PLC-systemet og eksterne kabler for at forhindre udstrålet elektromagnetisk interferens; isolering og filtrering af eksterne kabler-især strømkabler-og anbring dem i lag for at forhindre ført elektromagnetisk interferens i at trænge ind via kablerne; og korrekt design af jordingspunkter og jordingsenheder for at forbedre jordingssystemet. Derudover skal software-baserede metoder bruges for yderligere at forbedre systemets sikkerhed og pålidelighed.
[Nøgle anti-interferensforanstaltninger]
1. Brug højtydende-strømforsyninger til at undertrykke interferens introduceret fra strømnettet
I PLC-styringssystemer spiller strømforsyningen en afgørende rolle. Strømnetinterferens er primært koblet ind i PLC-styringssystemet gennem systemets strømkilder (såsom CPU-strømforsyninger, I/O-strømforsyninger osv.), senderstrømforsyninger og strømforsyningerne til instrumenter, der har direkte elektriske forbindelser til PLC-systemet. I øjeblikket bruges strømforsyninger med god isoleringsydelse generelt til PLC-systemer. Der har dog ikke været tilstrækkelig opmærksomhed på strømforsyningerne til sendere og instrumenter, der er direkte elektrisk tilsluttet PLC-systemet. Selvom visse isolationsforanstaltninger er blevet gennemført, er de generelt utilstrækkelige. Dette skyldes primært, at de anvendte isolationstransformatorer har store fordelte parametre og dårlige interferensundertrykkelsesevner, hvilket gør det muligt at koble almindelig-tilstand og differentiel-tilstandsinterferens gennem strømforsyningen. Derfor bør strømfordelere med lav distribueret kapacitans og bred undertrykkelsesbåndbredde (såsom dem, der anvender flere isolationstrin, afskærmning og lækageinduktansreduktionsteknikker) vælges for at minimere interferens i PLC-systemet til at forsyne sendere og instrumenter, der deler signallinjer.
2. Kabelvalg og -layout
Forskellige typer signaler skal transmitteres via separate kabler. Signalkabler skal lægges i lag i henhold til den type signal, der transmitteres. Det er strengt forbudt at bruge forskellige ledere i det samme kabel til samtidig at transmittere både strøm og signaler. Signalledninger bør ikke lægges ud i umiddelbar nærhed af strømkabler for at minimere elektromagnetisk interferens.
3. Hardwarefiltrering og software-anti-interferensforanstaltninger
Før signaler kommer ind i computeren, skal du tilslutte en kondensator parallelt mellem signalledningen og jord for at reducere almindelig-tilstandsinterferens; installation af et filter mellem de to signalterminaler kan reducere differentiel-tilstandsinterferens.
4. Korrekt valg af jordingspunkter og forbedring af jordingssystemet
Jording tjener typisk to formål: sikkerhed og interferensundertrykkelse. Et vel-designet jordingssystem er en af nøgleforanstaltningerne til at beskytte PLC-kontrolsystemer mod elektromagnetisk interferens. Der er tre typer systemjordingsmetoder: flydende jord, direkte jord og kapacitiv jord.
Når signalkilden er jordet, skal skærmen være jordet på signalsiden; når den ikke er jordet, skal den være jordet på PLC-siden; når der er samlinger i signalledningen, skal skærmen være forsvarligt forbundet og isoleret, og flere jordingspunkter skal undgås; når skærmede snoede-par kabler fra flere målepunkter er forbundet til et fler-snoet-par kabel med en fælles skærm, skal skærmene på hvert kabel være korrekt forbundet og isoleret.
II. Forbedring af operationel effektivitet
1. Planlæg funktionsblokke ud fra faktiske projektkrav
Skrivning af subrutiner: I en PLC er en subrutine et relativt uafhængigt program skrevet til specifikke kontrolformål. Når der udføres subrutineopkaldsinstruktioner såsom CALL, hvis betingelserne for subrutineopkaldet ikke er opfyldt, fortsætter programscanningen kun inden for hovedprogrammet og scanner ikke subrutinesektionen, hvorved unødvendig skanningstid reduceres.
2. Styring af output ved at overføre Word- eller Dobbelt-Word-data til DO-punkter
PLC-applikationer involverer typisk et stort antal output-styringer. Styring af output ved at overføre ord- eller dobbeltord--orddata til DO-punkter kan forbedre hastigheden. Ved rimeligt at allokere udgangsadresser og konvertere styreudgangsord i henhold til aktuelle applikationskrav, kan antallet af udførelsestrin i PLC-programmet reduceres betydeligt, og derved accelerere programmets køretid.
3. Puls-Udløst SET og RESET
I en PLC skal SET-instruktionen kun udføres én gang; det behøver ikke at blive udført under hver scanning, hvilket gør det godt-egnet til brug med pulsoutput-instruktioner (PLS/PLF). Nogle ingeniører overser dette problem og bruger konventionelle metoder til at udløse SET-instruktionen, hvilket utilsigtet øger PLC-programmets scanningsudførelsestid.