Wstęp
Sterowniki PLC, czyli programowalne sterowniki logiczne, służą jako podstawowe komponenty w dziedzinie automatyki przemysłowej.
Odgrywają kluczową rolę w kontrolowaniu różnych urządzeń mechanicznych, zautomatyzowanych procesów i systemów.
W tym artykule przedstawiono 10 praktycznych wskazówek dotyczących aplikacji PLC, które pomogą Ci skutecznie rozwiązywać problemy napotykane w codziennej pracy.
01
Problemy z uziemieniem
Systemy PLC mają rygorystyczne wymagania dotyczące uziemienia. Najlepiej jest mieć dedykowany system uziemiający i zadbać o niezawodne uziemienie innego sprzętu związanego ze sterownikami PLC-.
Połączenie wielu punktów uziemiających obwodu może generować nieoczekiwane prądy, co prowadzi do błędów logicznych lub uszkodzenia obwodu.
Różnicowe potencjały uziemienia zwykle powstają, gdy punkty uziemienia są fizycznie oddzielone znacznymi odległościami. W przypadku podłączenia szeroko rozstawionych urządzeń za pomocą kabli komunikacyjnych lub czujników, prąd może przepływać przez cały obwód między kablem a uziemieniem. Nawet na krótkich dystansach prądy obciążenia z dużych urządzeń mogą powodować potencjalne przesunięcia względem ziemi lub nieprzewidywalne prądy mogą być generowane bezpośrednio w wyniku efektów elektromagnetycznych. Pomiędzy źródłami zasilania podłączonymi do nieprawidłowych punktów uziemienia mogą przepływać prądy niszczące, które mogą uszkodzić sprzęt.
W systemach PLC zazwyczaj stosuje się uziemienie-jednopunktowe. Aby zwiększyć odporność na zakłócenia-w trybie wspólnym, do sygnałów analogowych można zastosować techniki ekranowanego uziemienia pływającego. Polega to na uziemieniu warstwy ekranującej kabli sygnałowych w jednym punkcie, pozostawiając pętlę sygnałową pływającą, przy rezystancji izolacji względem masy utrzymywanej na poziomie nie mniejszym niż 50MΩ.
02
Ograniczanie zakłóceń
Środowiska przemysłowe są trudne i zawierają liczne zakłócenia o wysokiej- i niskiej-częstotliwości. Zakłócenia te są zazwyczaj wprowadzane do sterownika PLC poprzez kable podłączone do urządzeń obiektowych.
Oprócz środków uziemiających, podczas doboru i instalacji kabla należy zastosować środki ostrożności-przeciwzakłóceniowe:
(1) Sygnały analogowe to małe-sygnały i bardzo podatne na zakłócenia zewnętrzne; należy używać kabli-podwójnie ekranowanych.
(2) Sygnały impulsowe o dużej-szybkości (np. czujniki impulsów, liczniki cyfrowe) wymagają kabli ekranowanych, aby zapobiec zakłóceniom zewnętrznym i złagodzić zakłócenia pochodzące od impulsów o dużej-szybkości do sygnałów o-niskim poziomie;
(3) Kable komunikacyjne pomiędzy sterownikami PLC działają na wyższych częstotliwościach. Generalnie zaleca się stosowanie kabli-dostarczanych przez producenta; ekranowana skrętka-może wystarczyć w mniej krytycznych zastosowaniach;
(4) Przewody sygnału analogowego i przewody sygnału prądu stałego nie mogą być prowadzone w tym samym korytku kablowym, co przewody sygnału prądu przemiennego;
(5) Kable ekranowane wchodzące lub wychodzące z szaf sterowniczych muszą być uziemione i podłączone bezpośrednio do sprzętu, bez przechodzenia przez listwy zaciskowe;
(6) Sygnały AC, sygnały DC i sygnały analogowe nie mogą korzystać z tego samego kabla. Kable zasilające należy układać oddzielnie od kabli sygnałowych.
(7) Podczas konserwacji w terenie metody ograniczania zakłóceń obejmują: wymianę dotkniętych linii na kable ekranowane i zmianę ich trasy; włączenie do programu kodu filtrującego-zakłócenia.
03
Eliminowanie pojemności między-przewodami w celu zapobiegania fałszywym wyzwalaczom
Pomiędzy wszystkimi przewodnikami w kablu występuje pojemność. Kwalifikowane kable ograniczają tę wartość pojemności w określonych zakresach.
Nawet w przypadku kwalifikowanych kabli, gdy długość kabla przekracza pewien próg,-pojemność międzyprzewodowa może przekroczyć wymagane limity. Kiedy takie kable są używane do wejść sterownika PLC, pojemność-między przewodami może powodować nieprawidłowe działanie sterownika PLC, prowadząc do wielu niewyjaśnionych zjawisk.
Zjawiska te objawiają się przede wszystkim jako:
- Widocznie prawidłowe okablowanie, ale sterownik PLC nie wykrył sygnału wejściowego; Wejścia, które powinny być obecne, są nieobecne, natomiast pojawiają się niepożądane wejścia,-co wskazuje na wzajemne zakłócenia między wejściami sterownika PLC. Aby rozwiązać ten problem:
(1) Używaj kabli ze skręconymi żyłami;
(2) Zminimalizuj długość kabla;
(3) Oddzielne kable dla wejść, które wzajemnie zakłócają się;
(4) Stosować kable ekranowane.
04
Wybór modułu wyjściowego
Moduły wyjściowe dzielą się na typy-tranzystorowe, dwukierunkowe-tyrystorowe lub-typy stykowe:
(1) Moduły typu-tranzystorowego oferują najszybszą prędkość przełączania (zwykle 0,2 ms), ale mają najniższą obciążalność (około. 0.2–0,3 A, 24 V prądu stałego). Nadają się do szybkiego przełączania i urządzeń do łączenia sygnałów, powszechnie stosowanych w przetwornicach częstotliwości i urządzeniach prądu stałego. Należy zwrócić uwagę na wpływ prądu upływu tranzystora na obciążenie.
(2) Moduły tyrystorowe- oferują działanie bezstykowe i charakterystykę obciążenia prądem przemiennym, chociaż ich obciążalność jest ograniczona.
(3) Wyjścia przekaźnikowe obsługują obciążenia AC i DC o dużej wydajności. Wyjścia przekaźnikowe są zazwyczaj pierwszym wyborem w konwencjonalnych zastosowaniach sterujących. Ich wadą jest mała prędkość przełączania (około 10 ms), co czyni je nieodpowiednimi do przełączania-wysokiej częstotliwości.
05
Postępowanie w przypadku przepięć i przetężeń falownika
(1) Podczas zmniejszania wartości zadanej w celu zmniejszenia prędkości silnika, silnik przechodzi w tryb hamowania regeneracyjnego. Energia przekazywana z powrotem do falownika jest znaczna i gromadzi się w kondensatorach filtrujących. Powoduje to szybki wzrost napięcia kondensatora, często osiągając próg zabezpieczenia przed przepięciem prądu stałego i powodując wyłączenie awaryjne falownika.
Rozwiązanie: Zainstaluj zewnętrzny rezystor hamowania, aby rozproszyć energię regeneracyjną zwracaną do strony prądu stałego.
(2) Gdy do falownika podłączonych jest wiele małych silników, błąd przetężenia w jednym silniku wyzwala alarm, powodując awarię falownika i zatrzymanie wszystkich silników.
Rozwiązanie: Zainstaluj transformator izolujący 1:1 po stronie wyjściowej falownika. Kiedy w jednym lub większej liczbie małych silników wystąpi błąd przetężenia, prąd zwarciowy oddziałuje na transformator, a nie na falownik, zapobiegając wyłączeniu. Po testach system działa niezawodnie, bez powtarzających się przypadków zatrzymania normalnych silników.
06
Oznaczanie wejść i wyjść w celu rozwiązywania problemów
Sterownik PLC steruje złożonym systemem, obejmującym jedynie naprzemienne rzędy zacisków przekaźnika wejścia/wyjścia, odpowiednie lampki kontrolne i numery sterownika PLC-przypominające układ scalony z dziesiątkami pinów. Bez sprawdzenia schematu rozwiązywanie problemów staje się niemożliwe, a wykrywanie usterek jest niezwykle powolne.
Aby rozwiązać ten problem, stworzyliśmy tabelę referencyjną na podstawie schematu elektrycznego. Ta tabela, przymocowana do konsoli lub szafki sterującej urządzenia, przyporządkowuje numery zacisków wejścia/wyjścia sterownika PLC do odpowiadającego im symbolu elektrycznego i chińskiej nazwy-podobnie do opisów funkcjonalnych każdego styku w układzie scalonym.
Dzięki tej tabeli we/wy elektrycy zaznajomieni z procesem operacyjnym lub schematem drabinkowym urządzenia mogą przystąpić do rozwiązywania problemów.
Jednakże dla elektryków niezaznajomionych z procesem operacyjnym lub niezdolnych do odczytania schematów drabinkowych wymagana jest dodatkowa tabela: Wykres funkcji logiki wejścia/wyjścia sterownika PLC. Ten wykres zasadniczo wyjaśnia logiczną zgodność między obwodami wejściowymi (elementy wyzwalające, powiązane komponenty) i obwodami wyjściowymi (elementy uruchamiające) dla większości procesów operacyjnych.
Praktyka udowodniła: jeśli potrafisz umiejętnie wykorzystać zarówno tabelę korespondencji wejść/wyjść, jak i tabelę funkcji logicznych wejścia/wyjścia, rozwiązywanie problemów elektrycznych stanie się łatwe-nawet bez schematów.
07
Odliczanie błędów poprzez logikę programu
Obecnie w przemyśle powszechnie stosowanych jest wiele typów sterowników PLC. W przypadku-tanich sterowników PLC instrukcje schematu drabinkowego są w dużej mierze podobne. W przypadku modeli ze średniej-{4}}wyższej- półki, takich jak S7-300, wiele programów jest napisanych przy użyciu tabel językowych.
Praktyczne diagramy drabinkowe muszą zawierać adnotacje dotyczące chińskich symboli; w przeciwnym razie są trudne do odczytania. Wcześniejsze zrozumienie procesu sprzętowego lub sekwencji operacyjnej ułatwia interpretację schematów drabinkowych.
Podczas analizy usterek elektrycznych zwykle stosuje się metodę śledzenia wstecznego-znaną również jako śledzenie wsteczne-. Wiąże się to z wykorzystaniem tabeli korespondencji wejścia/wyjścia w celu zlokalizowania odpowiedniego przekaźnika wyjściowego PLC od punktu uszkodzenia, a następnie prześledzenie wstecz w celu zidentyfikowania zależności logicznych, które spowodowały jego aktywację.
Doświadczenie pokazuje, że identyfikacja pojedynczego problemu zwykle rozwiązuje usterkę, ponieważ jednoczesne awarie w dwóch lub więcej punktach są rzadkie.
08
Diagnozowanie usterek sprzętu PLC
Ogólnie rzecz biorąc, sterowniki PLC są urządzeniami wysoce niezawodnymi i charakteryzującymi się wyjątkowo niskim wskaźnikiem awaryjności. Prawdopodobieństwo uszkodzenia sprzętu PLC lub CPU albo błędów w działaniu oprogramowania jest praktycznie zerowe. Punkty wejściowe sterownika PLC rzadko ulegają awarii, chyba że zostaną poddane działaniu wysokiego-napięcia. Podobnie, normalnie otwarte styki przekaźników wyjściowych PLC charakteryzują się wyjątkowo długą żywotnością, chyba że zagrażają im zwarcia obciążenia zewnętrznego, niewłaściwa konstrukcja lub prąd przekraczający limity znamionowe.
Dlatego podczas rozwiązywania problemów elektrycznych należy skupić się na peryferyjnych komponentach elektrycznych podłączonych do sterownika PLC. Unikaj natychmiastowego podejrzenia problemów ze sprzętem lub oprogramowaniem sterownika PLC, ponieważ takie podejście ma kluczowe znaczenie dla szybkiej naprawy i szybkiego przywrócenia produkcji.
W związku z tym omawiana tutaj diagnostyka usterek elektrycznych w obwodach sterujących PLC skupia się nie na samym PLC, ale na peryferyjnych komponentach elektrycznych w obwodach sterowanych przez PLC.
09
Optymalizacja wykorzystania zasobów oprogramowania i sprzętu
(1) Instrukcje nie biorące udziału w cyklach kontrolnych lub te, które zostały już aktywowane przed cyklem, nie muszą być podłączone do PLC;
(2) Gdy pojedynczym zadaniem steruje wiele instrukcji, można je połączyć równolegle zewnętrznie przed połączeniem z pojedynczym punktem wejściowym;
(3) Pełne wykorzystanie wewnętrznych bloków funkcyjnych i stanów pośrednich sterownika PLC, aby zapewnić integralność i spójność programu, ułatwiając rozwój. Zmniejsza to również inwestycje w sprzęt i obniża koszty;
(4) Jeśli to możliwe, odizoluj każdy kanał wyjściowy w celu łatwiejszej kontroli i inspekcji, chroniąc jednocześnie inne obwody wyjściowe. Błąd w jednym punkcie wyjściowym spowoduje jedynie utratę kontroli odpowiedniego obwodu wyjściowego;
(5) W przypadku wyjść sterujących obciążeniami w przód/w tył należy wdrożyć blokadę nie tylko w programie PLC, ale także zewnętrznie, aby zapobiec jednoczesnemu działaniu obciążenia w obu kierunkach;
(6) Aby zapewnić bezpieczeństwo, należy zastosować wyłączniki awaryjne PLC za pomocą zewnętrznych przełączników.
10
Dodatkowe uwagi
(1) Nigdy nie podłączaj przewodów zasilających prądu przemiennego do zacisków wejściowych, aby zapobiec uszkodzeniu sterownika PLC;
(2) Zaciski uziemiające muszą być uziemione niezależnie, a nie połączone szeregowo z uziemieniami innych urządzeń. Przekrój poprzeczny przewodu uziemiającego-nie powinien być mniejszy niż 2 mm²;
(3) Pomocniczy zasilacz ma ograniczoną wydajność i może zasilać jedynie urządzenia-o małej mocy (np. czujniki fotoelektryczne);
(4) Niektóre sterowniki PLC mają zarezerwowane terminale adresowe (tzn. puste terminale adresowe). Nie podłączaj przewodów do tych zacisków;
(5) Jeżeli obwody wyjściowe sterownika PLC nie są zabezpieczone, należy zainstalować urządzenia zabezpieczające, takie jak bezpieczniki połączone szeregowo w obwodzie zewnętrznym, aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym zwarciami obciążenia.