چند نکته مفید برای PLC ها

کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC)، به عنوان محصولات اصلی کنترل در اتوماسیون صنعتی، نیم قرن است که وجود دارند. با توسعه فناوری های نیمه هادی، کامپیوتری و ارتباطی، حوزه کنترل صنعتی دستخوش تغییرات شگرفی شده است و PLC ها از نظر عملکرد، عملکرد، سهولت استفاده و شکل محصول طی پنج نسل تکامل یافته اند. امروز، راه‌حل‌های چالش‌های رایج PLC را مورد بحث قرار خواهیم داد.

ابتدا بیایید اصول اولیه را بررسی کنیم و تعریف کنیم که PLC چیست:

این یک نوع دستگاه حافظه قابل برنامه ریزی است که برای ذخیره برنامه ها در داخل استفاده می شود. دستورالعمل‌های کاربرگرا مانند عملیات منطقی، کنترل متوالی، زمان‌بندی، شمارش، و عملیات حسابی را اجرا می‌کند و انواع ماشین‌آلات یا فرآیندهای تولید را از طریق ورودی/خروجی دیجیتال یا آنالوگ کنترل می‌کند.

I. مسائل مربوط به مقاومت در برابر تداخل

با پیشرفت علم و فناوری، PLC ها به طور گسترده در کنترل صنعتی استفاده می شوند. قابلیت اطمینان آنها مستقیماً بر تولید ایمن و عملیات اقتصادی شرکت های صنعتی تأثیر می گذارد و توانایی سیستم برای مقاومت در برابر تداخل کلیدی برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد کل سیستم است. برای بهبود قابلیت اطمینان سیستم های کنترل PLC، از یک طرف، تولید کنندگان PLC باید مقاومت تداخل تجهیزات را افزایش دهند. از طرفی نیاز به اولویت بالایی برای طراحی مهندسی، نصب، ساخت و بهره برداری و نگهداری دارد. تنها از طریق همکاری چند{3}}حزبی می توان مشکل را به طور کامل حل کرد و به طور موثر مقاومت تداخلی سیستم را افزایش داد.

[منابع تداخل و طبقه بندی کلی]

منابع تداخلی که بر سیستم‌های کنترل PLC تأثیر می‌گذارند، مشابه منابعی هستند که عموماً بر تجهیزات کنترل صنعتی تأثیر می‌گذارند. بیشتر در مناطقی بوجود می آیند که جریان یا ولتاژ به شدت در نوسان است. این مناطق حرکت بار شدید، منابع نویز، یعنی منابع تداخلی هستند.

منابع تداخل معمولاً بر اساس علت تداخل، حالت تداخل نویز و ویژگی های شکل موج نویز طبقه بندی می شوند.

1. به دلیل ایجاد نویز: نویز تخلیه، نویز موج، نویز نوسان با فرکانس بالا-

2. بر اساس شکل موج و ماهیت نویز: نویز پیوسته، نویز پراکنده

3. با حالت تداخل: تداخل حالت معمول، تداخل حالت دیفرانسیل-

در این میان، تداخل حالت معمولی و تداخل حالت دیفرانسیل یک روش طبقه بندی نسبتاً رایج است. تداخل حالت معمول به اختلاف پتانسیل بین خط سیگنال و زمین اشاره دارد. اساساً توسط برهم نهی ولتاژهای حالت مشترک (همان جهت) القا شده در خطوط سیگنال توسط نفوذ شبکه برق، اختلاف پتانسیل زمین و تشعشعات الکترومغناطیسی فضایی ایجاد می شود. ولتاژهای حالت معمول ممکن است گاهی اوقات بسیار زیاد باشند. به خصوص در اتاق هایی که توسط واحدهای توزیع تغذیه می شوند با عملکرد ایزولاسیون ضعیف، ولتاژ حالت رایج سیگنال های خروجی فرستنده معمولاً بالا است و برخی از آنها به بیش از 130 ولت می رسند. این نوع تداخل حالت رایج می‌تواند DC یا AC باشد.

تداخل حالت دیفرانسیل به ولتاژ تداخلی که بین دو پایانه یک سیگنال اعمال می شود اشاره دارد. اساساً توسط ولتاژهای حاصل از جفت شدن میدان الکترومغناطیسی در هوا و تبدیل تداخل حالت رایج توسط مدارهای نامتعادل ایجاد می شود. این ولتاژ مستقیماً روی سیگنال قرار می گیرد و مستقیماً بر دقت اندازه گیری و کنترل تأثیر می گذارد.

[منابع اصلی تداخل الکترومغناطیسی]

1. تداخل تابشی از محیط

میدان‌های الکترومغناطیسی تابشی (EMI) در محیط عمدتاً توسط شبکه‌های برق، گذرا در تجهیزات الکتریکی، صاعقه، پخش‌های رادیویی، تلویزیون، رادار و تجهیزات گرمایش القایی با فرکانس بالا- تولید می‌شوند. این معمولاً به عنوان تداخل تابشی نامیده می شود.

در درجه اول از طریق دو مسیر تداخل ایجاد می کند: 1) تابش مستقیم به PLC، القای تداخل در مدار.

2) تابش مستقیم به شبکه ارتباطی داخلی PLC، ایجاد تداخل از طریق القاء در خطوط ارتباطی

تداخل تابشی به چیدمان تجهیزات میدانی و بزرگی میدان های الکترومغناطیسی تولید شده توسط تجهیزات، به ویژه فرکانس آنها مربوط می شود. حفاظت عموماً با استفاده از کابل های محافظ، محافظ محلی PLC و برقگیرهای ولتاژ بالا-به دست می آید.

2. تداخل کابل های سیستم خارجی

این تداخل در درجه اول از طریق خطوط برق و سیگنال معرفی می شود و معمولاً به عنوان تداخل هدایت شده شناخته می شود. این نوع تداخل به ویژه در تنظیمات صنعتی در چین شدید است.

1) تداخل از منابع تغذیه

تمرین نشان داده است که بسیاری از خرابی های سیستم کنترل PLC به دلیل تداخل وارد شده از طریق منبع تغذیه ایجاد می شود. مشکل معمولاً با جایگزینی منبع تغذیه با منبع تغذیه ای که عملکرد ایزولاسیون بالاتری ارائه می دهد حل می شود.

منابع تغذیه PLC معمولاً از منابع تغذیه ایزوله استفاده می کنند، اما به دلیل عوامل ساختاری و فرآیند تولید، عملکرد جداسازی آنها ایده آل نیست. در واقع، جداسازی مطلق به دلیل وجود پارامترهای توزیع شده، به ویژه ظرفیت پراکنده، غیرممکن است.

2) تداخل معرفی شده از طریق خطوط سیگنال

خطوط انتقال سیگنال های مختلف متصل به سیستم کنترل PLC، علاوه بر انتقال اطلاعات معتبر، ناگزیر به سیگنال های تداخل خارجی اجازه نفوذ می دهند.

این تداخل اساساً از دو مسیر وارد می‌شود: اول، تداخل شبکه برق که از طریق منبع تغذیه فرستنده یا منبع تغذیه مشترک با ابزارهای سیگنال وارد می‌شود-عاملی که اغلب نادیده گرفته می‌شود.

دوم، تداخل ناشی از تابش الکترومغناطیسی فضایی در خطوط سیگنال، به عنوان مثال، تداخل القایی خارجی در خطوط سیگنال، که به ویژه شدید است.

3) تداخل ناشی از یک سیستم زمین نامنظم

زمین یکی از روش های موثر برای بهبود سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) تجهیزات الکترونیکی است. زمین مناسب هم می تواند اثرات تداخل الکترومغناطیسی را سرکوب کند و هم از ایجاد تداخل تجهیزات جلوگیری کند. برعکس، اتصال زمین نامناسب می‌تواند سیگنال‌های تداخل شدیدی ایجاد کند و باعث اختلال در عملکرد سیستم PLC شود.

خطوط زمین در یک سیستم کنترل PLC شامل زمین سیستم، زمین محافظ، زمین AC و زمین محافظ است. تداخل ناشی از یک سیستم زمین بی نظم در یک سیستم PLC در درجه اول ناشی از توزیع ناهموار پتانسیل در نقاط مختلف زمین است. تفاوت های پتانسیل بین نقاط مختلف زمین، جریان های حلقه زمین را ایجاد می کند که بر عملکرد عادی سیستم تأثیر می گذارد.

3. تداخل از داخل سیستم PLC

این تداخل عمدتاً توسط تشعشعات الکترومغناطیسی متقابل بین اجزا و مدارهای داخلی ایجاد می شود، مانند تابش متقابل بین مدارهای منطقی و تأثیر آنها بر مدارهای آنالوگ، برهمکنش بین زمین آنالوگ و زمین منطقی، و استفاده نامناسب از قطعات. این مسائل در محدوده طراحی سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) انجام شده توسط سازنده PLC برای اجزای داخلی سیستم قرار می‌گیرد. از آنجایی که این یک موضوع پیچیده خارج از کنترل بخش برنامه است، نیازی به بررسی بیش از حد نیست. با این حال، انتخاب سیستم هایی با سابقه کار ثابت یا سیستم هایی که به طور کامل آزمایش شده اند ضروری است.

[تداخل-طراحی مقاوم]

1. انتخاب تجهیزات

هنگام انتخاب تجهیزات، محصولات با مقاومت تداخلی بالا، از جمله سازگاری الکترومغناطیسی (EMC)، به ویژه مقاومت در برابر تداخل خارجی را در اولویت قرار دهید. به عنوان مثال می توان به سیستم های PLC اشاره کرد که از فناوری زمین شناور استفاده می کنند و عملکرد ایزولاسیون عالی دارند. دوم، باید مشخصات ضد تداخل ارائه شده توسط سازنده، مانند نسبت رد حالت معمول (CMRR) و نسبت رد حالت دیفرانسیل{{3} (DMRR)، قابلیت تحمل ولتاژ، و حداکثر شدت میدان الکتریکی و فرکانس میدان مغناطیسی که سیستم در آن درجه بندی شده است را بررسی کرد. علاوه بر این، باید سابقه محصول را در برنامه های مشابه ارزیابی کرد.

2. طراحی جامع ضد تداخل-

این در درجه اول شامل چندین اقدام کلیدی برای سرکوب تداخل ناشی از خارج از سیستم است، از جمله: محافظت از سیستم PLC و کابل های خارجی برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی تابشی. جداسازی و فیلتر کردن کابل‌های خارجی-به‌ویژه کابل‌های برق-و مرتب کردن آنها در لایه‌ها برای جلوگیری از ورود تداخل الکترومغناطیسی هدایت‌شده از طریق کابل‌ها. و طراحی صحیح نقاط اتصال زمین و دستگاه های اتصال به زمین برای بهبود سیستم زمین. علاوه بر این، روش‌های مبتنی بر نرم‌افزار باید برای افزایش ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم استفاده شوند.

[{0}اقدامات کلیدی ضد تداخل]

1. از منابع تغذیه با کارایی بالا{1} برای جلوگیری از تداخل ارائه شده از شبکه برق استفاده کنید

در سیستم های کنترل PLC، منبع تغذیه نقش مهمی ایفا می کند. تداخل شبکه برق اساساً از طریق منابع تغذیه سیستم (مانند منابع تغذیه CPU، منابع تغذیه I/O و غیره)، منابع تغذیه فرستنده و منابع تغذیه ابزارهایی که اتصالات الکتریکی مستقیم به سیستم PLC دارند، به سیستم کنترل PLC متصل می شود. در حال حاضر، منابع تغذیه با عملکرد ایزولاسیون خوب به طور کلی برای سیستم های PLC استفاده می شود. با این حال، توجه کافی به منابع تغذیه برای فرستنده ها و ابزارهایی که مستقیماً به صورت الکتریکی به سیستم PLC متصل هستند، شده است. اگرچه برخی اقدامات انزوا اجرا شده است، اما به طور کلی ناکافی هستند. این در درجه اول به این دلیل است که ترانسفورماتورهای جداسازی مورد استفاده دارای پارامترهای توزیع شده بزرگ و قابلیت های ضعیفی برای سرکوب تداخل هستند، که اجازه می دهد تداخل حالت معمولی و دیفرانسیل{7}}از طریق منبع تغذیه جفت شود. بنابراین، برای تغذیه فرستنده‌ها و ابزارهایی که خطوط سیگنال مشترک دارند، توزیع‌کننده‌های توان با ظرفیت توزیع کم و پهنای باند سرکوب گسترده (مانند مواردی که از چندین مرحله جداسازی، محافظ و تکنیک‌های کاهش اندوکتانس نشتی استفاده می‌کنند) باید انتخاب شوند تا تداخل در سیستم PLC به حداقل برسد.

2. انتخاب کابل و چیدمان

انواع مختلف سیگنال ها باید از طریق کابل های جداگانه منتقل شوند. کابل های سیگنال باید بر اساس نوع سیگنال ارسالی به صورت لایه ای قرار گیرند. استفاده از هادی های مختلف در یک کابل برای انتقال همزمان قدرت و سیگنال به شدت ممنوع است. خطوط سیگنال نباید در مجاورت موازی کابل های برق قرار گیرند تا تداخل الکترومغناطیسی به حداقل برسد.

3. فیلتر کردن سخت افزار و اقدامات ضد تداخل نرم افزاری-

قبل از ورود سیگنال ها به رایانه، یک خازن را به صورت موازی بین خط سیگنال و زمین وصل کنید تا تداخل حالت رایج- کاهش یابد. نصب فیلتر بین دو پایانه سیگنال می تواند تداخل حالت دیفرانسیل{1}}را کاهش دهد.

4. انتخاب صحیح نقاط زمین و بهبود سیستم زمین

اتصال زمین معمولاً دو هدف را دنبال می کند: ایمنی و مهار تداخل. یک سیستم اتصال به زمین{1}}که به خوبی طراحی شده است یکی از اقدامات کلیدی برای محافظت از سیستم های کنترل PLC در برابر تداخل الکترومغناطیسی است. سه نوع روش زمینی سیستم وجود دارد: زمین شناور، زمین مستقیم و زمین خازنی.

هنگامی که منبع سیگنال به زمین متصل است، سپر باید در سمت سیگنال زمین شود. وقتی زمین نیست، باید در سمت PLC زمین شود. هنگامی که اتصالات در خط سیگنال وجود دارد، سپر باید به طور ایمن متصل و عایق شده باشد و از چندین نقطه اتصال به زمین جلوگیری شود. هنگامی که کابل‌های جفت تابدار محافظ-از چندین نقطه اندازه‌گیری به یک کابل چند هسته‌ای تابیده-با یک محافظ مشترک متصل می‌شوند، سپرهای هر کابل باید به‌درستی به هم متصل و عایق باشند.

II. بهبود بهره وری عملیاتی

1. بلوک های تابع را بر اساس نیازهای واقعی پروژه برنامه ریزی کنید

نوشتن برنامه های فرعی: در یک PLC، یک زیربرنامه یک برنامه نسبتا مستقل است که برای اهداف کنترلی خاص نوشته شده است. هنگام اجرای دستورات فراخوانی زیربرنامه مانند CALL، در صورت عدم رعایت شرایط برای فراخوانی زیربرنامه، اسکن برنامه فقط در داخل برنامه اصلی انجام می شود و قسمت زیربرنامه را اسکن نمی کند و در نتیجه زمان اسکن غیر ضروری را کاهش می دهد.

2. کنترل خروجی ها با انتقال داده های Word یا Double{1}}Word به نقاط DO

کاربردهای PLC معمولاً شامل تعداد زیادی کنترل خروجی است. کنترل خروجی ها با انتقال داده های کلمه یا دو کلمه-به نقاط DO می تواند سرعت را بهبود بخشد. با تخصیص منطقی آدرس های خروجی و تبدیل کلمات خروجی کنترل بر اساس نیازهای واقعی برنامه، می توان تعداد مراحل اجرا در برنامه PLC را به میزان قابل توجهی کاهش داد و در نتیجه زمان اجرای برنامه را تسریع کرد.

3. پالس-تنظیم و تنظیم مجدد

در یک PLC، دستور SET فقط باید یک بار اجرا شود. نیازی نیست که در طول هر اسکن اجرا شود، بنابراین برای استفاده با دستورالعمل‌های خروجی پالس (PLS/PLF) مناسب-است. برخی از مهندسان این موضوع را نادیده می گیرند و از روش های مرسوم برای راه اندازی دستورالعمل SET استفاده می کنند و به طور ناخواسته زمان اجرای اسکن برنامه PLC را افزایش می دهند.