Programabilni logički kontroleri (PLC), kao glavni kontrolni proizvodi u industrijskoj automatizaciji, postoje već pola stoljeća. Sa razvojem poluvodičkih, kompjuterskih i komunikacionih tehnologija, oblast industrijske kontrole je pretrpela dramatične promene, a PLC-ovi su evoluirali kroz pet generacija u smislu performansi, funkcionalnosti, jednostavnosti upotrebe i oblika proizvoda. Danas ćemo razgovarati o rješenjima uobičajenih PLC izazova.
Prvo, hajde da se vratimo na osnove i definišemo šta je PLC:
To je vrsta programabilnog memorijskog uređaja koji se koristi za interno pohranjivanje programa. Izvršava korisničke-instrukcije kao što su logičke operacije, sekvencijalna kontrola, mjerenje vremena, brojanje i aritmetičke operacije, te kontrolira različite vrste mašina ili proizvodnih procesa putem digitalnog ili analognog ulaza/izlaza.
I. Pitanja otpornosti na smetnje
Sa napretkom nauke i tehnologije, PLC-ovi se sve više primjenjuju u industrijskoj kontroli. Njihova pouzdanost direktno utiče na bezbednu proizvodnju i ekonomsko poslovanje industrijskih preduzeća, a sposobnost sistema da se odupre smetnjama ključna je za obezbeđivanje pouzdanog rada celog sistema. Da bi poboljšali pouzdanost PLC kontrolnih sistema, s jedne strane, proizvođači PLC-a moraju povećati otpornost opreme na smetnje; s druge strane, zahtijeva da se visoki prioritet daje inženjerskom projektovanju, instalaciji, izgradnji, te radu i održavanju. Samo kroz-saradnju više strana problem može biti u potpunosti riješen, efektivno povećavajući otpornost sistema na smetnje.
[Izvori smetnji i opća klasifikacija]
Izvori smetnji koji utiču na PLC sisteme upravljanja slični su onima koji generalno utiču na industrijsku kontrolnu opremu; većina se javlja u područjima gdje struja ili napon dramatično fluktuira. Ove oblasti intenzivnog kretanja naelektrisanja su izvori buke, odnosno izvori smetnji.
Izvori smetnji se obično klasifikuju na osnovu uzroka smetnji, načina interferencije buke i karakteristika talasnog oblika buke.
1. Uzrok stvaranja buke: buka pražnjenja, buka prenapona, visoko-šum oscilacije visoke frekvencije
2. Po talasnom obliku i prirodi buke: kontinuirani šum, sporadični šum
3. Po načinu rada smetnje: uobičajeni-način smetnje, diferencijalni- način smetnje
Među njima, smetnje uobičajenog-moda i diferencijalnog{1}}smetanja predstavljaju relativno uobičajen metod klasifikacije. Smetnje uobičajenog{3}}moda se odnose na razliku potencijala između signalne linije i zemlje. Prvenstveno se formira superpozicijom napona uobičajenog-moda (isti-smjer) induciranih na signalnim linijama upadom u električnu mrežu, razlikama potencijala zemlje i prostornim elektromagnetnim zračenjem. Uobičajeni{8}}naponi ponekad mogu biti prilično visoki; posebno u prostorijama koje se napajaju distributivnim jedinicama sa lošim performansama izolacije, uobičajeni{9}}napon izlaznih signala predajnika je općenito visok, a neki dosežu i preko 130 V. Uobičajeni{12}}napon se može pretvoriti u diferencijalni-napon putem neuravnoteženih kola, direktno utičući na mjerne i upravljačke signale i oštećenje cau. Ova vrsta smetnji uobičajenog{15}}mode može biti DC ili AC.
Interferencija diferencijalnog-moda se odnosi na napon interferencije koji djeluje između dva terminala signala. Primarno se formira naponima koji nastaju spajanjem elektromagnetnog polja u zraku i konverzijom uobičajenih -smetnji od strane neuravnoteženih kola. Ovaj napon je direktno postavljen na signal, direktno utiče na preciznost merenja i kontrole.
[Glavni izvori elektromagnetnih smetnji]
1. Zračene smetnje iz okoline
Zračena elektromagnetna polja (EMI) u okolini prvenstveno stvaraju električne mreže, tranzijenti u električnoj opremi, munje, radio emisije, televizija, radar i oprema za visoko{0}}indukcijsko grijanje. Ovo se obično naziva radijaciona interferencija.
On prvenstveno uzrokuje smetnje kroz dva puta: 1) Direktno zračenje u PLC, izazivajući smetnje u strujnim krugovima
2) Zračenje usmjereno na internu komunikacijsku mrežu PLC-a, uvodeći smetnje kroz indukciju u komunikacijskim linijama
Zračene smetnje su povezane sa rasporedom terenske opreme i veličinom elektromagnetnih polja koje proizvodi oprema, posebno njihovom frekvencijom. Zaštita se općenito postiže korištenjem oklopljenih kablova, lokalne zaštite PLC-a i visoko-odvodnika prenapona.
2. Smetnje od vanjskih sistemskih kablova
Ove smetnje se prvenstveno unose preko energetskih i signalnih vodova i obično se nazivaju vođene smetnje. Ova vrsta smetnji je posebno ozbiljna u industrijskim okruženjima u Kini.
1) Smetnje od izvora napajanja
Praksa je pokazala da su mnogi kvarovi PLC sistema upravljanja uzrokovani smetnjama koje se unose kroz napajanje; problem se obično rješava zamjenom napajanja onim koji nudi bolje performanse izolacije.
PLC izvori napajanja obično koriste izolovane izvore napajanja, ali zbog strukturnih faktora i faktora proizvodnog procesa, njihov izolacioni učinak nije idealan. U stvarnosti, apsolutna izolacija je nemoguća zbog prisustva distribuiranih parametara, posebno distribuiranog kapaciteta.
2) Smetnje koje se unose preko signalnih linija
Različite linije za prenos signala povezane sa PLC kontrolnim sistemom neizbežno dozvoljavaju upad spoljnih signala smetnji, pored prenosa validnih informacija.
Ova smetnja prvenstveno dolazi na dva puta: prvo, smetnje u elektroenergetskoj mreži koje se unose preko napajanja predajnika ili napajanja koje se dijeli sa signalnim instrumentima-faktor koji se često zanemaruje;
drugo, smetnje izazvane prostornim elektromagnetnim zračenjem na signalnim linijama, odnosno spoljašnje indukovane smetnje na signalnim linijama, koje su posebno ozbiljne.
3) Smetnje uzrokovano neorganizovanim sistemom uzemljenja
Uzemljenje je jedna od efikasnih metoda za poboljšanje elektromagnetne kompatibilnosti (EMC) elektronske opreme. Pravilno uzemljenje može istovremeno da potisne efekte elektromagnetnih smetnji i spreči da oprema emituje smetnje; obrnuto, nepravilno uzemljenje može dovesti do ozbiljnih signala smetnji, uzrokujući kvar na PLC sistemu.
Vodovi uzemljenja u PLC upravljačkom sistemu uključuju uzemljenje sistema, uzemljenje štita, AC uzemljenje i zaštitno uzemljenje. Interferencija uzrokovana haotičnim sistemom uzemljenja u PLC sistemu prvenstveno je rezultat neravnomjerne raspodjele potencijala na različitim tačkama uzemljenja. Potencijalne razlike između različitih tačaka uzemljenja stvaraju struje petlje uzemljenja, koje utiču na normalan rad sistema.
3. Smetnje unutar PLC sistema
Ova interferencija je prvenstveno uzrokovana međusobnim elektromagnetnim zračenjem između unutrašnjih komponenti i kola, kao što je međusobno zračenje između logičkih kola i njihov uticaj na analogna kola, interakcija između analognog uzemljenja i logičke mase i neusklađena upotreba komponenti. Ova pitanja spadaju u opseg dizajna elektromagnetne kompatibilnosti (EMC) koji sprovodi proizvođač PLC-a za unutrašnje komponente sistema. Pošto je ovo složeno pitanje koje je izvan kontrole odeljenja za aplikacije, ne treba ga preterano razmatrati; međutim, bitno je odabrati sisteme sa dokazanim iskustvom ili one koji su temeljno testirani.
[Interference-Dizajn otporan na smetnje]
1. Izbor opreme
Prilikom odabira opreme, dajte prednost proizvodima s visokom otpornošću na smetnje, uključujući elektromagnetnu kompatibilnost (EMC), posebno otpornost na vanjske smetnje. Primjeri uključuju PLC sisteme koji koriste tehnologiju plutajućeg tla i imaju odlične performanse izolacije; Drugo, treba pregledati specifikacije protiv -smetanja koje je dao proizvođač, kao što su omjer odbijanja uobičajenog-omjera (CMRR) i diferencijalni-omjer odbijanja načina rada (DMRR), sposobnost izdržavanja napona, te maksimalna jačina električnog polja i frekvencija magnetnog polja na kojoj je sistem predviđen za rad; osim toga, treba procijeniti rezultate proizvoda u sličnim aplikacijama.
2. Sveobuhvatan dizajn protiv smetnji
Ovo prvenstveno uključuje nekoliko ključnih mera za suzbijanje smetnji koje potiču izvan sistema, uključujući: zaštitu PLC sistema i eksternih kablova kako bi se sprečile zračene elektromagnetne smetnje; izolaciju i filtriranje vanjskih kablova-posebno energetskih{1}}i njihovo slaganje u slojeve kako bi se spriječilo provodenje elektromagnetnih smetnji od ulaska kroz kablove; i pravilno projektovanje tačaka uzemljenja i uređaja za uzemljenje radi poboljšanja sistema uzemljenja. Osim toga, metode zasnovane na softveru{3}}moraju se koristiti za dalje poboljšanje sigurnosti i pouzdanosti sistema.
[Ključne mjere protiv smetnji]
1. Koristite napajanje visokih-napajanja za suzbijanje smetnji unesenih iz električne mreže
U PLC kontrolnim sistemima, napajanje igra ključnu ulogu. Smetnje u električnoj mreži su prvenstveno povezane sa PLC kontrolnim sistemom preko izvora napajanja sistema (kao što su CPU napajanja, I/O napajanja, itd.), napajanja predajnika i napajanja instrumenata koji imaju direktne električne veze sa PLC sistemom. Trenutno se za PLC sisteme uglavnom koriste izvori napajanja sa dobrim performansama izolacije. Međutim, nedovoljno pažnje je posvećeno napajanju predajnika i instrumenata koji su direktno električno povezani na PLC sistem. Iako su određene mjere izolacije provedene, one su uglavnom neadekvatne. Ovo je prvenstveno zato što korišteni izolacijski transformatori imaju velike raspoređene parametre i slabe mogućnosti suzbijanja smetnji, što omogućava da se smetnje zajedničkog{6}}načina i diferencijalnog{7}}moda spoje kroz napajanje. Stoga, za napajanje predajnika i instrumenata koji dijele signalne linije, treba odabrati distributere snage sa niskim distribuiranim kapacitetom i širokim propusnim opsegom (kao što su oni koji koriste višestruke izolacijske faze, zaštitu i tehnike smanjenja induktivnosti curenja) kako bi se minimizirale smetnje u PLC sistemu.
2. Izbor i raspored kablova
Različite vrste signala treba da se prenose putem zasebnih kablova. Signalni kablovi trebaju biti položeni u slojevima prema vrsti signala koji se prenosi. Strogo je zabranjeno korištenje različitih provodnika unutar istog kabela za simultani prijenos energije i signala. Signalne linije ne bi trebale biti postavljene u neposrednoj blizini kablova za napajanje kako bi se elektromagnetne smetnje svele na minimum.
3. Hardversko filtriranje i softverske mjere protiv smetnji
Prije nego signali uđu u računar, povežite kondenzator paralelno između signalne linije i uzemljenja kako biste smanjili smetnje uobičajenog{0}}moda; instaliranje filtera između dva signalna terminala može smanjiti smetnje diferencijalnog-moda.
4. Pravilan odabir tačaka uzemljenja i poboljšanje sistema uzemljenja
Uzemljenje obično ima dvije svrhe: sigurnost i suzbijanje smetnji. Dobro-dizajniran sistem uzemljenja je jedna od ključnih mjera za zaštitu PLC upravljačkih sistema od elektromagnetnih smetnji. Postoje tri vrste metoda uzemljenja sistema: plutajuće tlo, direktno uzemljenje i kapacitivno uzemljenje.
Kada je izvor signala uzemljen, štit treba da bude uzemljen na strani signala; kada nije uzemljen, treba biti uzemljen na strani PLC-a; kada postoje spojevi u signalnoj liniji, štit treba da bude bezbedno povezan i izolovan, a više tačaka uzemljenja se mora izbegavati; kada su oklopljeni upredeni-kablovi sa više mjernih tačaka povezani na više-upredeni-kabl sa više jezgra sa zajedničkim oklopom, oklopi svakog kabla trebaju biti pravilno međusobno povezani i izolovani.
II. Poboljšanje operativne efikasnosti
1. Planirajte funkcionalne blokove na osnovu stvarnih zahtjeva projekta
Pisanje potprograma: U PLC-u, potprogram je relativno nezavisan program napisan za specifične kontrolne svrhe. Kada se izvršavaju instrukcije za pozivanje potprograma kao što je CALL, ako uslovi za poziv potprograma nisu ispunjeni, skeniranje programa nastavlja se samo unutar glavnog programa i ne skenira sekciju potprograma, čime se smanjuje nepotrebno vrijeme skeniranja.
2. Kontrola izlaza prijenosom Word ili Double-Word podataka u DO Points
PLC aplikacije obično uključuju veliki broj izlaznih kontrola. Kontrolisanje izlaza prijenosom podataka riječi ili dvostruke-riječi u DO tačke može poboljšati brzinu. Razumnim dodeljivanjem izlaznih adresa i konvertovanjem kontrolnih izlaznih reči prema stvarnim zahtevima aplikacije, broj koraka izvršenja u PLC programu može se značajno smanjiti, čime se ubrzava vreme izvođenja programa.
3. Puls-Postavljanje i RESET
U PLC-u, SET instrukcija treba da se izvrši samo jednom; ne mora se izvršavati tokom svakog skeniranja, što ga čini dobro-prikladnim za upotrebu sa instrukcijama za impulsni izlaz (PLS/PLF). Neki inženjeri zanemaruju ovaj problem i koriste konvencionalne metode za pokretanje SET instrukcije, nenamjerno povećavajući vrijeme izvršavanja skeniranja PLC programa.