Los controladores lógicos programables (PLC), como productos de control principales en la automatización industrial, existen desde hace medio siglo. Con el desarrollo de las tecnologías de semiconductores, computadoras y comunicaciones, el campo del control industrial ha experimentado cambios dramáticos y los PLC han evolucionado a lo largo de cinco generaciones en términos de rendimiento, funcionalidad, facilidad de uso y forma del producto. Hoy discutiremos soluciones a los desafíos comunes de los PLC.
Primero, revisemos los conceptos básicos y definamos qué es un PLC:
Es un tipo de dispositivo de memoria programable que se utiliza para almacenar programas internamente. Ejecuta instrucciones orientadas al usuario-como operaciones lógicas, control secuencial, temporización, conteo y operaciones aritméticas, y controla varios tipos de maquinaria o procesos de producción a través de entradas/salidas digitales o analógicas.
I. Problemas de resistencia a las interferencias
Con el avance de la ciencia y la tecnología, los PLC se están aplicando más ampliamente en el control industrial. Su confiabilidad afecta directamente la producción segura y las operaciones económicas de las empresas industriales, y la capacidad del sistema para resistir interferencias es clave para garantizar el funcionamiento confiable de todo el sistema. Para mejorar la confiabilidad de los sistemas de control PLC, por un lado, los fabricantes de PLC deben mejorar la resistencia a las interferencias del equipo; por otro lado, exige que se dé alta prioridad al diseño de ingeniería, la instalación, la construcción y la operación y mantenimiento. Sólo a través de la cooperación multi-puede resolverse completamente el problema, mejorando efectivamente la resistencia a la interferencia del sistema.
[Fuentes de interferencia y clasificación general]
Las fuentes de interferencia que afectan a los sistemas de control PLC son similares a las que afectan generalmente a los equipos de control industrial; la mayoría surge en áreas donde la corriente o el voltaje fluctúan dramáticamente. Estas áreas de intenso movimiento de carga son fuentes de ruido, es decir, fuentes de interferencia.
Las fuentes de interferencia normalmente se clasifican según la causa de la interferencia, el modo de interferencia del ruido y las características de la forma de onda del ruido.
1. Por causa de la generación de ruido: ruido de descarga, ruido de sobretensión, ruido de oscilación de alta-frecuencia
2. Por forma de onda y naturaleza del ruido: ruido continuo, ruido esporádico
3. Por modo de interferencia: interferencia en modo-común, interferencia en modo-diferencial
Entre ellos, la interferencia en modo común-y la interferencia en modo diferencial-representan un método de clasificación relativamente común. La interferencia de modo común-se refiere a la diferencia de potencial entre una línea de señal y tierra. Se forma principalmente por la superposición de voltajes de modo común-(misma-dirección) inducidos en las líneas de señal por la intrusión en la red eléctrica, diferencias de potencial de tierra y radiación electromagnética espacial. Los voltajes del modo común-a veces pueden ser bastante altos; Especialmente en salas alimentadas por unidades de distribución con un rendimiento de aislamiento deficiente, el voltaje de modo común-de las señales de salida del transmisor es generalmente alto, y algunos alcanzan más de 130 V. El voltaje de modo común-puede convertirse en voltaje de modo diferencial-a través de circuitos desequilibrados, lo que afecta directamente las señales de medición y control y causa daños a los componentes. Este tipo de interferencia de modo común-puede ser CC o CA.
La interferencia en modo diferencial-se refiere al voltaje de interferencia que actúa entre los dos terminales de una señal. Está formado principalmente por voltajes resultantes del acoplamiento de campos electromagnéticos en el aire y la conversión de interferencias de modo común-por circuitos desequilibrados. Este voltaje se superpone directamente a la señal, afectando directamente la precisión de la medición y el control.
[Principales fuentes de interferencia electromagnética]
1. Interferencia radiada del medio ambiente
Los campos electromagnéticos radiados (EMI) en el medio ambiente son generados principalmente por redes eléctricas, transitorios en equipos eléctricos, rayos, transmisiones de radio, televisión, radares y equipos de calentamiento por inducción de alta-frecuencia. Esto se conoce comúnmente como interferencia radiada.
Principalmente causa interferencia a través de dos vías: 1) Radiación directa al PLC, lo que induce interferencia en los circuitos.
2) Radiación dirigida a la red de comunicación interna del PLC, introduciendo interferencias por inducción en las líneas de comunicación.
La interferencia radiada está relacionada con la disposición de los equipos de campo y la magnitud de los campos electromagnéticos generados por los equipos, particularmente su frecuencia. La protección generalmente se logra mediante el uso de cables blindados, blindaje local del PLC y descargadores de sobretensiones de alto-voltaje.
2. Interferencia de cables del sistema externo
Esta interferencia se introduce principalmente a través de líneas eléctricas y de señal y comúnmente se la conoce como interferencia conducida. Este tipo de interferencia es particularmente grave en los entornos industriales de China.
1) Interferencia de fuentes de alimentación
La práctica ha demostrado que muchas fallas del sistema de control PLC son causadas por interferencias introducidas a través de la fuente de alimentación; El problema normalmente se resuelve reemplazando la fuente de alimentación por una que ofrezca un mayor rendimiento de aislamiento.
Las fuentes de alimentación PLC suelen utilizar fuentes de alimentación aisladas, pero debido a factores estructurales y del proceso de fabricación, su rendimiento de aislamiento no es ideal. En realidad, el aislamiento absoluto es imposible debido a la presencia de parámetros distribuidos, particularmente capacitancia distribuida.
2) Interferencia introducida a través de líneas de señal
Varias líneas de transmisión de señales conectadas al sistema de control PLC inevitablemente permiten la intrusión de señales de interferencia externas, además de transmitir información válida.
Esta interferencia ingresa principalmente a través de dos vías: primero, la interferencia de la red eléctrica introducida a través de la fuente de alimentación del transmisor o la fuente de alimentación compartida con los instrumentos de señal-un factor que a menudo se pasa por alto;
en segundo lugar, interferencia inducida por radiación electromagnética espacial en las líneas de señal, es decir, interferencia inducida externa en las líneas de señal, que es particularmente grave.
3) Interferencia causada por un sistema de puesta a tierra desorganizado
La conexión a tierra es uno de los métodos eficaces para mejorar la compatibilidad electromagnética (EMC) de los equipos electrónicos. Una conexión a tierra adecuada puede suprimir los efectos de las interferencias electromagnéticas y evitar que el equipo emita interferencias; por el contrario, una conexión a tierra inadecuada puede introducir señales de interferencia graves y provocar un mal funcionamiento del sistema PLC.
Las líneas de tierra en un sistema de control PLC incluyen tierra del sistema, tierra de blindaje, tierra de CA y tierra de protección. Las interferencias causadas por un sistema de puesta a tierra caótico en un sistema PLC resultan principalmente de una distribución potencial desigual en varios puntos de puesta a tierra. Las diferencias de potencial entre diferentes puntos de conexión a tierra crean corrientes de bucle de tierra que afectan el funcionamiento normal del sistema.
3. Interferencia desde dentro del sistema PLC
Esta interferencia se genera principalmente por radiación electromagnética mutua entre circuitos y componentes internos, como la radiación mutua entre circuitos lógicos y su impacto en los circuitos analógicos, la interacción entre tierra analógica y tierra lógica y el uso no coincidente de componentes. Estos problemas entran dentro del alcance del diseño de compatibilidad electromagnética (EMC) realizado por el fabricante del PLC para los componentes internos del sistema. Como se trata de un asunto complejo que escapa al control del departamento de aplicaciones, no es necesario examinarlo demasiado; sin embargo, es esencial seleccionar sistemas con un historial comprobado o aquellos que hayan sido probados exhaustivamente.
[Interferencia-Diseño resistente]
1. Selección de equipo
Al seleccionar equipos, dé prioridad a los productos con alta resistencia a las interferencias, incluida la compatibilidad electromagnética (EMC), en particular la resistencia a las interferencias externas. Los ejemplos incluyen sistemas PLC que emplean tecnología de suelo flotante y tienen un excelente rendimiento de aislamiento; En segundo lugar, se deben revisar las especificaciones antiinterferencias proporcionadas por el fabricante, como la relación de rechazo de modo común-(CMRR) y la relación de rechazo de modo diferencial-(DMRR), la capacidad de resistencia al voltaje y la intensidad máxima del campo eléctrico y la frecuencia del campo magnético a las que el sistema está clasificado para operar; Además, se debe evaluar el historial del producto en aplicaciones similares.
2. Diseño integral antiinterferencias-
Esto implica principalmente varias medidas clave para suprimir las interferencias que se originan desde fuera del sistema, que incluyen: blindar el sistema PLC y los cables externos para evitar interferencias electromagnéticas radiadas; aislar y filtrar cables externos-particularmente cables de alimentación-y organizarlos en capas para evitar que la interferencia electromagnética conducida entre a través de los cables; y diseñar correctamente puntos de puesta a tierra y dispositivos de puesta a tierra para mejorar el sistema de puesta a tierra. Además, se deben utilizar métodos basados en software-para mejorar aún más la seguridad y confiabilidad del sistema.
[Medidas clave anti-interferencia]
1. Utilice fuentes de alimentación de alto-rendimiento para suprimir las interferencias introducidas desde la red eléctrica
En los sistemas de control PLC, la fuente de alimentación juega un papel fundamental. La interferencia de la red eléctrica se acopla principalmente al sistema de control PLC a través de las fuentes de alimentación del sistema (como fuentes de alimentación de CPU, fuentes de alimentación de E/S, etc.), fuentes de alimentación de transmisores y fuentes de alimentación de instrumentos que tienen conexiones eléctricas directas al sistema PLC. Actualmente, las fuentes de alimentación con buen rendimiento de aislamiento se utilizan generalmente para sistemas PLC. Sin embargo, no se ha prestado suficiente atención a las fuentes de alimentación para transmisores e instrumentos conectados eléctricamente directamente al sistema PLC. Aunque se han implementado ciertas medidas de aislamiento, en general son inadecuadas. Esto se debe principalmente a que los transformadores de aislamiento utilizados tienen grandes parámetros distribuidos y capacidades deficientes de supresión de interferencias, lo que permite acoplar interferencias de modo común-y modo diferencial- a través de la fuente de alimentación. Por lo tanto, para alimentar transmisores e instrumentos que comparten líneas de señal, se deben seleccionar distribuidores de energía con baja capacitancia distribuida y amplio ancho de banda de supresión (como aquellos que emplean múltiples etapas de aislamiento, blindaje y técnicas de reducción de inductancia de fuga) para minimizar la interferencia en el sistema PLC.
2. Selección y disposición del cable
Los diferentes tipos de señales deben transmitirse mediante cables separados. Los cables de señal deben disponerse en capas según el tipo de señal que se transmite. Está estrictamente prohibido utilizar diferentes conductores dentro de un mismo cable para transmitir simultáneamente potencia y señales. Las líneas de señal no deben colocarse muy paralelas a los cables de alimentación para minimizar las interferencias electromagnéticas.
3. Filtrado de hardware y medidas anti-de interferencia de software
Antes de que las señales ingresen a la computadora, conecte un capacitor en paralelo entre la línea de señal y tierra para reducir la interferencia del modo común-; La instalación de un filtro entre los dos terminales de señal puede reducir la interferencia del modo-diferencial.
4. Selección adecuada de puntos de puesta a tierra y mejora del sistema de puesta a tierra
La conexión a tierra normalmente tiene dos propósitos: seguridad y supresión de interferencias. Un sistema de puesta a tierra bien-diseñado es una de las medidas clave para proteger los sistemas de control PLC contra interferencias electromagnéticas. Hay tres tipos de métodos de puesta a tierra del sistema: tierra flotante, tierra directa y tierra capacitiva.
Cuando la fuente de señal está conectada a tierra, el blindaje debe estar conectado a tierra en el lado de la señal; cuando no está conectado a tierra, debe estar conectado a tierra del lado del PLC; cuando hay uniones en la línea de señal, el blindaje debe estar conectado y aislado de forma segura y se deben evitar múltiples puntos de conexión a tierra; Cuando se conectan cables de pares-trenzados blindados de múltiples puntos de medición a un cable de pares-trenzados de múltiples-núcleos con un blindaje común, los blindajes de cada cable deben estar interconectados y aislados adecuadamente.
II. Mejorar la eficiencia operativa
1. Planificar bloques de funciones basados en los requisitos reales del proyecto.
Escritura de subrutinas: en un PLC, una subrutina es un programa relativamente independiente escrito para propósitos de control específicos. Al ejecutar instrucciones de llamada de subrutina como CALL, si no se cumplen las condiciones para la llamada de subrutina, la exploración del programa continúa solo dentro del programa principal y no explora la sección de subrutina, reduciendo así el tiempo de exploración innecesario.
2. Controlar las salidas mediante la transferencia de datos de palabras o de doble-palabra a puntos DO
Las aplicaciones de PLC suelen implicar una gran cantidad de controles de salida. Controlar las salidas transfiriendo datos de palabras o de -palabras dobles a puntos DO puede mejorar la velocidad. Al asignar razonablemente direcciones de salida y convertir palabras de salida de control de acuerdo con los requisitos de la aplicación real, se puede reducir significativamente el número de pasos de ejecución en el programa PLC, acelerando así el tiempo de ejecución del programa.
3. Pulse-SET y RESET activados
En un PLC, la instrucción SET sólo necesita ejecutarse una vez; no es necesario ejecutarlo durante cada escaneo, lo que lo hace muy-adecuado para su uso con instrucciones de salida de pulsos (PLS/PLF). Algunos ingenieros pasan por alto este problema y utilizan métodos convencionales para activar la instrucción SET, lo que aumenta sin darse cuenta el tiempo de ejecución del escaneo del programa PLC.