Програмируемите логически контролери (PLC), като основни продукти за управление в индустриалната автоматизация, съществуват от половин век. С развитието на полупроводниковите, компютърните и комуникационните технологии областта на промишленото управление претърпя драматични промени и PLC се развиха през пет поколения по отношение на производителност, функционалност, лекота на използване и форма на продукта. Днес ще обсъдим решения на често срещани PLC предизвикателства.
Първо, нека преразгледаме основите и дефинираме какво е PLC:
Това е вид устройство с програмируема памет, използвано за вътрешно съхранение на програми. Той изпълнява-ориентирани към потребителя инструкции като логически операции, последователно управление, синхронизиране, броене и аритметични операции и контролира различни видове машини или производствени процеси чрез цифров или аналогов вход/изход.
I. Проблеми с устойчивостта на смущения
С напредването на науката и технологиите PLC се прилагат все по-широко в промишленото управление. Тяхната надеждност пряко влияе върху безопасната производствена и икономическа дейност на индустриалните предприятия, а способността на системата да устои на смущения е ключова за осигуряване на надеждна работа на цялата система. За да се подобри надеждността на PLC системите за управление, от една страна, производителите на PLC трябва да повишат устойчивостта на оборудването към смущения; от друга страна, изисква се да се даде висок приоритет на инженерното проектиране, монтажа, строителството и експлоатацията и поддръжката. Само чрез -многостранно сътрудничество проблемът може да бъде напълно разрешен, като ефективно се повиши устойчивостта на смущения на системата.
[Източници на смущения и обща класификация]
Източниците на смущения, засягащи PLC системите за управление, са подобни на тези, които обикновено засягат промишленото оборудване за управление; повечето възникват в области, където токът или напрежението се колебаят драстично. Тези области на интензивно движение на заряда са източници на шум, т.е. източници на смущения.
Източниците на смущение обикновено се класифицират въз основа на причината за смущението, режима на смущението на шума и характеристиките на формата на вълната на шума.
1. По причина за генериране на шум: шум от разреждане, шум от пренапрежение, шум от високо-честотни колебания
2. По форма на вълната и характер на шума: непрекъснат шум, спорадичен шум
3. По режим на смущение: смущения в общ-режим, смущения в диференциален-режим
Сред тях смущенията в общ{0}}режим и смущенията в диференциален-режим представляват относително често срещан метод за класифициране. Смущението-в общ режим се отнася до потенциалната разлика между сигналната линия и земята. Основно се формира от наслагването на напрежения в общ-режим (същата-посока), индуцирани върху сигналните линии от навлизане в електрическата мрежа, разлики в потенциала на земята и пространствено електромагнитно излъчване. Напреженията в-общ режим понякога могат да бъдат доста високи; особено в помещения, захранвани от разпределителни модули с лоша изолационна производителност, напрежението в общия-режим на изходните сигнали на предавателя обикновено е високо, като някои достигат над 130 V. Напрежението в общия{12}}режим може да се преобразува в напрежение в диференциален-режим чрез небалансирани вериги, което пряко засяга измервателните и контролните сигнали и причинява повреда на компонентите. Този тип смущения в общ-режим може да бъде DC или AC.
Смущението в диференциален-режим се отнася до напрежението на смущение, действащо между двата извода на сигнала. Основно се формира от напрежения, произтичащи от свързване на електромагнитно поле във въздуха и преобразуване на смущения в общ-режим от небалансирани вериги. Това напрежение се наслагва директно върху сигнала, пряко засягайки точността на измерване и контрол.
[Основни източници на електромагнитни смущения]
1. Излъчени смущения от околната среда
Излъчваните електромагнитни полета (EMI) в околната среда се генерират предимно от електрически мрежи, преходни процеси в електрическо оборудване, светкавици, радиопредаване, телевизия, радар и високо-честотно индукционно нагряващо оборудване. Това обикновено се нарича излъчена интерференция.
Основно причинява смущения по два пътя: 1) Директно излъчване в PLC, предизвиквайки смущения във веригите
2) Радиация, насочена към вътрешната комуникационна мрежа на PLC, въвеждаща смущения чрез индукция в комуникационните линии
Излъчваните смущения са свързани с разположението на полевото оборудване и големината на електромагнитните полета, генерирани от оборудването, особено тяхната честота. Защитата обикновено се постига чрез използване на екранирани кабели, локално екраниране на PLC и отводители за високо-напрежение.
2. Смущения от външни системни кабели
Тази интерференция се въвежда предимно чрез захранващи и сигнални линии и обикновено се нарича кондуктивна интерференция. Този тип смущения са особено сериозни в промишлени условия в Китай.
1) Смущения от захранващи устройства
Практиката показва, че много повреди на системата за управление на PLC са причинени от смущения, въведени чрез захранването; проблемът обикновено се разрешава чрез подмяна на захранването с такова, което предлага по-висока производителност на изолация.
PLC захранванията обикновено използват изолирани източници на захранване, но поради структурни и производствени фактори, тяхната изолационна производителност не е идеална. В действителност абсолютната изолация е невъзможна поради наличието на разпределени параметри, по-специално разпределен капацитет.
2) Смущения, въведени чрез сигнални линии
Различни линии за предаване на сигнали, свързани към системата за управление на PLC, неизбежно позволяват навлизането на външни сигнали за смущения, в допълнение към предаването на валидна информация.
Това смущение навлиза основно по два пътя: първо, смущение в електрическата мрежа, въведено чрез захранването на предавателя или захранването, споделено със сигналните инструменти-фактор, който често се пренебрегва;
второ, смущения, предизвикани от пространствено електромагнитно излъчване на сигналните линии, т.е. външни индуцирани смущения на сигналните линии, което е особено тежко.
3) Смущения, причинени от неорганизирана система за заземяване
Заземяването е един от ефективните методи за подобряване на електромагнитната съвместимост (EMC) на електронно оборудване. Правилното заземяване може както да потисне ефектите от електромагнитните смущения, така и да попречи на оборудването да излъчва смущения; обратно, неправилното заземяване може да въведе сериозни сигнали за смущения, причинявайки неизправност на PLC системата.
Заземяващите линии в PLC система за управление включват системно заземяване, екранирано заземяване, AC заземяване и защитно заземяване. Смущенията, причинени от хаотична заземителна система в PLC система, са резултат основно от неравномерно разпределение на потенциала в различни точки на заземяване. Потенциалните разлики между различните точки на заземяване създават токове в земната верига, които влияят на нормалната работа на системата.
3. Смущения от PLC системата
Тази интерференция се генерира основно от взаимно електромагнитно излъчване между вътрешни компоненти и вериги, като взаимно излъчване между логически вериги и тяхното въздействие върху аналоговите вериги, взаимодействието между аналогова земя и логическа земя и несъответстващо използване на компоненти. Тези проблеми попадат в обхвата на дизайна за електромагнитна съвместимост (EMC), извършен от производителя на PLC за вътрешните компоненти на системата. Тъй като това е сложен въпрос извън контрола на отдела за прилагане, не е необходимо да се разглежда прекалено внимателно; важно е обаче да изберете системи с доказан опит или такива, които са били щателно тествани.
[Устойчив-на смущения дизайн]
1. Избор на оборудване
Когато избирате оборудване, дайте приоритет на продукти с висока устойчивост на смущения, включително електромагнитна съвместимост (EMC), особено устойчивост на външни смущения. Примерите включват PLC системи, които използват технология за плаваща земя и имат отлични характеристики на изолация; Второ, трябва да прегледате спецификациите за-смущения, предоставени от производителя, като коефициент на отхвърляне на общ-режим (CMRR) и коефициент на отхвърляне на диференциален-режим (DMRR), способност за издържане на напрежение и максималната сила на електрическото поле и честотата на магнитното поле, при които системата е проектирана да работи; освен това, човек трябва да оцени резултатите на продукта в подобни приложения.
2. Цялостен дизайн против-смущения
Това основно включва няколко ключови мерки за потискане на смущенията, идващи извън системата, включително: екраниране на PLC системата и външните кабели за предотвратяване на излъчвани електромагнитни смущения; изолиране и филтриране на външни кабели-особено захранващи кабели-и подреждането им на слоеве, за да се предотврати навлизането на електромагнитни смущения през кабелите; и правилно проектиране на заземителни точки и заземителни устройства за подобряване на заземителната система. Освен това трябва да се използват-базирани на софтуер методи за допълнително подобряване на безопасността и надеждността на системата.
[Ключови мерки срещу-намеса]
1. Използвайте високо-захранващи устройства за потискане на смущенията, въведени от електрическата мрежа
В PLC системите за управление захранването играе критична роля. Смущенията в електрическата мрежа се свързват основно с контролната система на PLC чрез източниците на захранване на системата (като захранващи устройства на процесора, входно/изходни захранвания и т.н.), захранващи устройства на предавателя и захранвания на инструменти, които имат директни електрически връзки към PLC системата. Понастоящем захранващи устройства с добра изолационна производителност обикновено се използват за PLC системи. Недостатъчно внимание обаче е отделено на захранванията за предаватели и инструменти, директно електрически свързани към PLC системата. Въпреки че са приложени определени мерки за изолация, те като цяло са неадекватни. Това е главно защото използваните изолационни трансформатори имат големи разпределени параметри и слаби възможности за потискане на смущенията, което позволява смущенията в общ-режим и диференциален-режим да бъдат свързани чрез захранването. Следователно, за захранване на предаватели и инструменти, споделящи сигнални линии, трябва да се изберат разпределители на мощност с нисък разпределен капацитет и широка честотна лента на потискане (като тези, които използват множество изолационни етапи, екраниране и техники за намаляване на индуктивността на утечка), за да се минимизират смущенията в PLC системата.
2. Избор и оформление на кабел
Различните типове сигнали трябва да се предават по отделни кабели. Сигналните кабели трябва да бъдат положени на слоеве според вида на предавания сигнал. Строго е забранено използването на различни проводници в рамките на един и същ кабел за едновременно предаване на мощност и сигнали. Сигналните линии не трябва да се поставят в непосредствена близост до захранващи кабели, за да се минимизират електромагнитните смущения.
3. Хардуерно филтриране и софтуерни мерки против-намеса
Преди сигналите да влязат в компютъра, свържете кондензатор паралелно между сигналната линия и земята, за да намалите смущенията в общ-режим; инсталирането на филтър между двата сигнални терминала може да намали смущенията в диференциалния-режим.
4. Правилен избор на точки за заземяване и подобряване на системата за заземяване
Заземяването обикновено служи за две цели: безопасност и потискане на смущенията. Добре-проектираната система за заземяване е една от ключовите мерки за защита на PLC контролните системи срещу електромагнитни смущения. Има три вида методи за заземяване на системата: плаващо заземяване, директно заземяване и капацитивно заземяване.
Когато източникът на сигнал е заземен, екранът трябва да бъде заземен от страната на сигнала; когато не е заземен, той трябва да бъде заземен от страната на PLC; когато има фуги в сигналната линия, екранът трябва да бъде надеждно свързан и изолиран и трябва да се избягват множество точки на заземяване; когато екранирани кабели с усукана-двойка от множество точки на измерване са свързани към многожилен кабел с-усукана{2}}двойка с обща екранировка, екранировките на всеки кабел трябва да бъдат правилно свързани и изолирани.
II. Подобряване на оперативната ефективност
1. Планирайте функционални блокове въз основа на действителните изисквания на проекта
Писане на подпрограми: В PLC подпрограмата е относително независима програма, написана за специфични контролни цели. При изпълнение на инструкции за извикване на подпрограма като CALL, ако условията за извикване на подпрограма не са изпълнени, сканирането на програмата продължава само в рамките на основната програма и не сканира секцията на подпрограмата, като по този начин се намалява ненужното време за сканиране.
2. Контролиране на резултатите чрез прехвърляне на Word или Double-Word данни към DO точки
PLC приложенията обикновено включват голям брой изходни контроли. Контролирането на изходите чрез прехвърляне на данни с думи или двойни -думи към DO точки може да подобри скоростта. Чрез разумно разпределяне на изходни адреси и преобразуване на контролни изходни думи според действителните изисквания на приложението, броят на стъпките за изпълнение в PLC програмата може да бъде значително намален, като по този начин се ускорява времето за изпълнение на програмата.
3. Импулсно-задействано SET и RESET
В PLC инструкцията SET трябва да се изпълни само веднъж; не е необходимо да се изпълнява по време на всяко сканиране, което го прави-подходящ за използване с инструкции за импулсен изход (PLS/PLF). Някои инженери пренебрегват този проблем и използват конвенционални методи за задействане на инструкцията SET, като по невнимание увеличават времето за изпълнение на сканиране на PLC програмата.