Programabilni logični krmilniki (PLC) kot glavni krmilni izdelki v industrijski avtomatizaciji obstajajo že pol stoletja. Z razvojem polprevodniških, računalniških in komunikacijskih tehnologij je področje industrijskega nadzora doživelo dramatične spremembe in PLC-ji so se razvijali skozi pet generacij v smislu zmogljivosti, funkcionalnosti, enostavnosti uporabe in oblike izdelka. Danes bomo razpravljali o rešitvah za običajne izzive PLC.
Najprej si oglejmo osnove in definirajmo, kaj je PLC:
Je vrsta programabilne pomnilniške naprave, ki se uporablja za notranje shranjevanje programov. Izvaja uporabni-usmerjena navodila, kot so logične operacije, zaporedno krmiljenje, časovno merjenje, štetje in aritmetične operacije, ter krmili različne vrste strojev ali proizvodnih procesov prek digitalnega ali analognega vhoda/izhoda.
I. Težave z odpornostjo na motnje
Z napredkom znanosti in tehnologije se PLC-ji vse pogosteje uporabljajo v industrijskem nadzoru. Njihova zanesljivost neposredno vpliva na varno proizvodnjo in ekonomsko delovanje industrijskih podjetij, odpornost sistema proti motnjam pa je ključna za zagotavljanje zanesljivega delovanja celotnega sistema. Da bi izboljšali zanesljivost krmilnih sistemov PLC, morajo proizvajalci PLC-jev na eni strani povečati odpornost opreme na motnje; po drugi strani pa zahteva visoko prednostno načrtovanje, namestitev, gradnjo ter delovanje in vzdrževanje. Težavo je mogoče v celoti rešiti samo z več-sodelovanjem in tako učinkovito povečati odpornost sistema na motnje.
[Viri motenj in splošna klasifikacija]
Viri motenj, ki vplivajo na krmilne sisteme PLC, so podobni tistim, ki na splošno vplivajo na industrijsko krmilno opremo; večina se pojavi na območjih, kjer tok ali napetost močno niha. Ta območja intenzivnega gibanja naboja so viri šuma, torej viri motenj.
Viri motenj so običajno razvrščeni glede na vzrok motenj, način motenj hrupa in značilnosti valov hrupa.
1. Glede na vzrok nastanka hrupa: hrup praznjenja, valovni hrup, visoko-frekvenčni hrup nihanja
2. Po valovni obliki in naravi hrupa: kontinuirani hrup, sporadični hrup
3. Po načinu motenj: motnje-skupnega načina, motnje-diferencialnega načina
Med temi motnje-skupnega načina in motnje-diferencialnega načina predstavljajo razmeroma pogosto metodo razvrščanja. Motnje v-navadnem načinu se nanašajo na potencialno razliko med signalno linijo in zemljo. Primarno nastane s superpozicijo običajnih-napetosti (isto-smer), ki jih na signalnih vodih inducira vdor v električno omrežje, razlike v potencialu tal in prostorsko elektromagnetno sevanje. Običajne-napetosti so lahko včasih precej visoke; zlasti v prostorih, ki jih napajajo distribucijske enote s slabo izolacijo, je skupna-napetost izhodnih signalov oddajnika na splošno visoka, pri čemer nekateri dosežejo več kot 130 V. Skupna-napetost se lahko pretvori v diferencialno-napetost prek neuravnoteženih tokokrogov, kar neposredno vpliva na merilne in krmilne signale ter povzroča poškodbe komponent. Ta vrsta-navadnih motenj je lahko DC ali AC.
Interferenca v-diferenčnem načinu se nanaša na interferenčno napetost, ki deluje med dvema priključkoma signala. Primarno ga tvorijo napetosti, ki izhajajo iz sklopitve elektromagnetnega polja v zraku in pretvorbe motenj skupnega-načina zaradi neuravnoteženih tokokrogov. Ta napetost je neposredno prekrita s signalom, kar neposredno vpliva na natančnost merjenja in krmiljenja.
[Glavni viri elektromagnetnih motenj]
1. Sevane motnje iz okolja
Sevana elektromagnetna polja (EMI) v okolju ustvarjajo predvsem električna omrežja, prehodni pojavi v električni opremi, strele, radijske oddaje, televizija, radar in visokofrekvenčna oprema za indukcijsko ogrevanje. To se običajno imenuje sevane motnje.
Povzroča predvsem motnje po dveh poteh: 1) Neposredno sevanje v PLC, ki povzroči motnje v vezju
2) Sevanje, usmerjeno v interno komunikacijsko omrežje PLC-ja, ki povzroča motnje z indukcijo v komunikacijskih linijah
Sevane motnje so povezane s postavitvijo terenske opreme in obsegom elektromagnetnih polj, ki jih ustvarja oprema, zlasti z njihovo frekvenco. Zaščita je na splošno dosežena z uporabo oklopljenih kablov, lokalnega oklopa PLC-ja in visoko{1}}napetostnih odvodnikov prenapetosti.
2. Motnje zaradi kablov zunanjega sistema
Te motnje nastanejo predvsem prek napajalnih in signalnih vodov in se običajno imenujejo prevodne motnje. Ta vrsta motenj je še posebej huda v industrijskih okoljih na Kitajskem.
1) Motnje iz napajalnikov
Praksa je pokazala, da so številne okvare krmilnega sistema PLC posledica motenj, ki jih povzroča napajanje; težavo običajno odpravite tako, da napajalnik zamenjate z napajalnikom, ki nudi večjo izolacijsko zmogljivost.
Napajalniki PLC običajno uporabljajo izolirane vire napajanja, vendar zaradi strukturnih in proizvodnih dejavnikov njihova izolacijska zmogljivost ni idealna. V resnici je absolutna izolacija nemogoča zaradi prisotnosti porazdeljenih parametrov, zlasti porazdeljene kapacitivnosti.
2) Motnje, vnesene prek signalnih vodov
Različni vodi za prenos signala, povezani s krmilnim sistemom PLC, poleg prenosa veljavnih informacij neizogibno omogočajo vdor zunanjih signalov motenj.
Ta motnja pride predvsem po dveh poteh: prvič, motnja v električnem omrežju, vnesena prek napajanja oddajnika ali napajanja, ki ga delijo signalni instrumenti-dejavnik, ki je pogosto spregledan;
drugič, motnje, ki jih povzroči prostorsko elektromagnetno sevanje na signalnih linijah, torej zunanje inducirane motnje na signalnih linijah, ki so še posebej hude.
3) Motnje, ki jih povzroča neorganiziran sistem ozemljitve
Ozemljitev je ena izmed učinkovitih metod za izboljšanje elektromagnetne združljivosti (EMC) elektronske opreme. Pravilna ozemljitev lahko zmanjša učinke elektromagnetnih motenj in prepreči, da bi oprema oddajala motnje; nasprotno pa lahko neustrezna ozemljitev povzroči resne interferenčne signale, kar povzroči okvaro sistema PLC.
Ozemljitveni vodi v krmilnem sistemu PLC vključujejo sistemsko ozemljitev, oklopno ozemljitev, izmenično ozemljitev in zaščitno ozemljitev. Motnje, ki jih povzroči kaotični ozemljitveni sistem v sistemu PLC, so predvsem posledica neenakomerne porazdelitve potenciala na različnih točkah ozemljitve. Potencialne razlike med različnimi ozemljitvenimi točkami ustvarjajo tokove ozemljitvene zanke, ki vplivajo na normalno delovanje sistema.
3. Motnje znotraj sistema PLC
To motnjo povzroča predvsem medsebojno elektromagnetno sevanje med notranjimi komponentami in vezji, kot je medsebojno sevanje med logičnimi vezji in njihov vpliv na analogna vezja, interakcija med analogno ozemljitvijo in logično ozemljitvijo ter neusklajena uporaba komponent. Te težave spadajo v področje elektromagnetne združljivosti (EMC), ki jo izvaja proizvajalec PLC za notranje komponente sistema. Ker je to zapletena zadeva, ki je izven nadzora oddelka za aplikacije, je ni treba preveč natančno preučiti; vendar je nujno izbrati sisteme z dokazano zgodovino ali tiste, ki so bili temeljito testirani.
[Zasnova-odporna na motnje]
1. Izbira opreme
Pri izbiri opreme dajte prednost izdelkom z visoko odpornostjo na motnje, vključno z elektromagnetno združljivostjo (EMC), zlasti odpornostjo na zunanje motnje. Primeri vključujejo sisteme PLC, ki uporabljajo tehnologijo lebdečega tal in imajo odlično izolacijsko zmogljivost; Drugič, pregledati je treba specifikacije proti-motenju, ki jih zagotovi proizvajalec, kot sta razmerje zavrnitve običajnega-načina (CMRR) in razmerje zavrnitve diferencialnega-načina (DMRR), zmožnost vzdržljivosti napetosti ter največja jakost električnega polja in frekvenca magnetnega polja, pri kateri naj bi sistem deloval; poleg tega je treba oceniti rezultate izdelka v podobnih aplikacijah.
2. Celovita zasnova proti-motenju
To vključuje predvsem več ključnih ukrepov za zatiranje motenj, ki izvirajo izven sistema, vključno z: zaščito sistema PLC in zunanjih kablov za preprečevanje sevanih elektromagnetnih motenj; izolacija in filtriranje zunanjih kablov-zlasti napajalnih kablov-in njihovo razporejanje v plasteh, da se prepreči vstop elektromagnetnih motenj skozi kable; in pravilno načrtovanje ozemljitvenih točk in ozemljitvenih naprav za izboljšanje ozemljitvenega sistema. Poleg tega je treba za dodatno izboljšanje varnosti in zanesljivosti sistema uporabiti-metode, ki temeljijo na programski opremi.
[Ključni ukrepi proti-motenju]
1. Uporabite visoko{1}}zmogljive napajalnike za zatiranje motenj, ki jih prinaša električno omrežje
V krmilnih sistemih PLC ima napajanje ključno vlogo. Motnje električnega omrežja so v prvi vrsti povezane s krmilnim sistemom PLC prek virov napajanja sistema (kot so napajalniki CPE, napajalniki V/I itd.), napajalnikov oddajnikov in napajalnikov instrumentov, ki imajo neposredne električne povezave s sistemom PLC. Trenutno se za sisteme PLC običajno uporabljajo napajalniki z dobrimi izolacijskimi lastnostmi. Vendar pa je bilo premalo pozornosti namenjeno napajanju oddajnikov in instrumentov, ki so neposredno električno povezani s sistemom PLC. Čeprav so bili določeni izolacijski ukrepi izvedeni, so na splošno neustrezni. To je predvsem zato, ker imajo uporabljeni izolacijski transformatorji velike porazdeljene parametre in slabe zmožnosti zatiranja motenj, kar omogoča povezovanje motenj v skupnem-načinu in diferencialnem-načinu prek napajanja. Zato je treba za napajanje oddajnikov in instrumentov, ki si delijo signalne linije, izbrati razdelilnike z nizko porazdeljeno kapacitivnostjo in široko pasovno širino zatiranja (kot so tisti, ki uporabljajo več stopenj izolacije, zaščito in tehnike zmanjševanja induktivnosti uhajanja), da se zmanjšajo motnje v sistemu PLC.
2. Izbira in postavitev kabla
Različne vrste signalov je treba prenašati po ločenih kablih. Signalne kable je treba položiti v plasteh glede na vrsto signala, ki se prenaša. Strogo je prepovedano uporabljati različne vodnike znotraj istega kabla za hkraten prenos moči in signalov. Signalnih vodov ne smete položiti v tesni vzporedni bližini napajalnih kablov, da zmanjšate elektromagnetne motnje.
3. Filtriranje strojne opreme in programska oprema proti-motenjem
Preden signali vstopijo v računalnik, priključite kondenzator vzporedno med signalno linijo in ozemljitvijo, da zmanjšate-motenje običajnega načina; namestitev filtra med oba signalna priključka lahko zmanjša motnje-diferencialnega načina.
4. Pravilna izbira ozemljitvenih točk in izboljšanje ozemljitvenega sistema
Ozemljitev običajno služi dvema namenoma: varnosti in zatiranju motenj. Dobro-zasnovan ozemljitveni sistem je eden ključnih ukrepov za zaščito krmilnih sistemov PLC pred elektromagnetnimi motnjami. Obstajajo trije načini ozemljitve sistema: lebdeča ozemljitev, neposredna ozemljitev in kapacitivna ozemljitev.
Ko je vir signala ozemljen, mora biti oklop ozemljen na strani signala; če ni ozemljen, mora biti ozemljen na strani PLC-ja; če so v signalnem vodu spoji, mora biti oklop varno povezan in izoliran, izogibati pa se je treba več ozemljitvenih točk; ko so kabli z oklopljenimi-paricami iz več merilnih točk priključeni na večžilni-kabel z-paricami s skupnim oklopom, morajo biti oklopi vsakega kabla pravilno med seboj povezani in izolirani.
II. Izboljšanje operativne učinkovitosti
1. Načrtujte funkcijske bloke na podlagi dejanskih projektnih zahtev
Pisanje podprogramov: V PLC-ju je podprogram razmeroma neodvisen program, napisan za posebne krmilne namene. Pri izvajanju navodil za klic podprograma, kot je CALL, če pogoji za klic podprograma niso izpolnjeni, se skeniranje programa nadaljuje le znotraj glavnega programa in ne skenira odseka podprograma, s čimer se zmanjša nepotreben čas skeniranja.
2. Nadzor izhodov s prenosom besednih ali dvo-besednih podatkov v točke DO
Aplikacije PLC običajno vključujejo veliko število izhodnih kontrol. Nadzor izhodov s prenosom besednih ali dvojnih-besednih podatkov na točke DO lahko izboljša hitrost. Z razumnim dodeljevanjem izhodnih naslovov in pretvorbo kontrolnih izhodnih besed glede na dejanske zahteve aplikacije je mogoče znatno zmanjšati število izvedbenih korakov v programu PLC in s tem pospešiti čas izvajanja programa.
3. Impulzno-proženi SET in RESET
V PLC-ju je treba ukaz SET izvesti le enkrat; ni ga treba izvajati med vsakim skeniranjem, zaradi česar je-primeren za uporabo z ukazi impulznega izhoda (PLS/PLF). Nekateri inženirji spregledajo to težavo in uporabijo običajne metode za sprožitev ukaza SET, s čimer nenamerno povečajo čas izvajanja skeniranja programa PLC.