Programlanabilir Lojik Kontrolörler (PLC'ler), endüstriyel otomasyonun ana kontrol ürünleri olarak yarım yüzyıldır varlığını sürdürmektedir. Yarı iletken, bilgisayar ve iletişim teknolojilerinin gelişmesiyle birlikte endüstriyel kontrol alanı dramatik değişikliklere uğramış ve PLC'ler performans, işlevsellik, kullanım kolaylığı ve ürün biçimi açısından beş nesil boyunca gelişmiştir. Bugün, yaygın PLC sorunlarına yönelik çözümleri tartışacağız.
Öncelikle temelleri tekrar gözden geçirelim ve PLC'nin ne olduğunu tanımlayalım:
Programları dahili olarak depolamak için kullanılan bir tür programlanabilir hafıza cihazıdır. Mantıksal işlemler, sıralı kontrol, zamanlama, sayma ve aritmetik işlemler gibi kullanıcıya yönelik talimatları yürütür ve dijital veya analog giriş/çıkış yoluyla çeşitli makine türlerini veya üretim süreçlerini kontrol eder.
I. Girişim Direnci Sorunları
Bilim ve teknolojinin ilerlemesiyle birlikte PLC'ler endüstriyel kontrolde daha yaygın olarak kullanılıyor. Güvenilirlikleri, endüstriyel işletmelerin güvenli üretimini ve ekonomik operasyonlarını doğrudan etkiler ve sistemin müdahaleye direnme yeteneği, tüm sistemin güvenilir şekilde çalışmasını sağlamanın anahtarıdır. PLC kontrol sistemlerinin güvenilirliğini artırmak için, bir yandan PLC üreticilerinin ekipmanın parazit direncini artırması gerekir; diğer taraftan mühendislik tasarımına, kurulumuna, inşaatına, işletme ve bakımına yüksek öncelik verilmesini gerektirir. Yalnızca çok-taraflı işbirliği yoluyla sorun tamamen çözülebilir ve sistemin parazit direnci etkili bir şekilde artırılabilir.
[Parazit Kaynakları ve Genel Sınıflandırma]
PLC kontrol sistemlerini etkileyen parazit kaynakları genel olarak endüstriyel kontrol ekipmanlarını etkileyenlere benzer; çoğu akım veya voltajın önemli ölçüde dalgalandığı alanlarda ortaya çıkar. Yoğun yük hareketinin olduğu bu alanlar gürültü kaynaklarıdır, yani girişim kaynaklarıdır.
Girişim kaynakları tipik olarak girişimin nedenine, gürültü girişim moduna ve gürültünün dalga biçimi özelliklerine göre sınıflandırılır.
1. Gürültü oluşumu nedeniyle: deşarj gürültüsü, dalgalanma gürültüsü, yüksek-frekanslı salınım gürültüsü
2. Dalga biçimi ve gürültünün doğası gereği: sürekli gürültü, ara sıra gürültü
3. Girişim moduna göre: ortak-mod girişimi, diferansiyel-mod girişimi
Bunlar arasında ortak-mod girişimi ve diferansiyel-mod girişimi nispeten yaygın bir sınıflandırma yöntemini temsil eder. Ortak-mod girişimi, bir sinyal hattı ile toprak arasındaki potansiyel farkı ifade eder. Temel olarak, elektrik şebekesine izinsiz giriş, toprak potansiyeli farklılıkları ve uzaysal elektromanyetik radyasyon tarafından sinyal hatlarında indüklenen ortak-mod (aynı{-yön) gerilimlerin üst üste binmesiyle oluşur. Ortak-mod voltajları bazen oldukça yüksek olabilir; özellikle zayıf izolasyon performansına sahip dağıtım üniteleri tarafından desteklenen odalarda, verici çıkış sinyallerinin ortak-mod voltajı genellikle yüksektir ve bazıları 130 V'un üzerine çıkar. Ortak-mod voltajı, dengesiz devreler aracılığıyla diferansiyel-mod voltajına dönüştürülebilir, bu da ölçüm ve kontrol sinyallerini doğrudan etkileyerek bileşen hasarına neden olur. Bu tür ortak-mod girişimi DC veya AC olabilir.
Diferansiyel-mod girişimi, bir sinyalin iki terminali arasında etki eden girişim voltajını ifade eder. Öncelikle havadaki elektromanyetik alan eşleşmesinden ve ortak-mod girişiminin dengesiz devreler tarafından dönüştürülmesinden kaynaklanan voltajlardan oluşur. Bu voltaj doğrudan sinyalin üzerine bindirilir ve ölçüm ve kontrol doğruluğunu doğrudan etkiler.
[Elektromanyetik Girişimin Başlıca Kaynakları]
1. Çevreden Yayılan Girişim
Ortamda yayılan elektromanyetik alanlar (EMI) öncelikle güç şebekeleri, elektrikli ekipmanlardaki geçici akımlar, yıldırım, radyo yayınları, televizyon, radar ve yüksek-frekanslı indüksiyonlu ısıtma ekipmanı tarafından oluşturulur. Buna genel olarak yayılan girişim denir.
Öncelikle iki yoldan girişime neden olur: 1) PLC'ye doğrudan radyasyon göndererek devrede girişime neden olur.
2) PLC'nin dahili iletişim ağına yönlendirilen radyasyon, iletişim hatlarında indüksiyon yoluyla parazite yol açar
Yayılan girişim, saha ekipmanının düzeni ve ekipman tarafından üretilen elektromanyetik alanların büyüklüğü, özellikle de bunların frekansı ile ilgilidir. Koruma genellikle blendajlı kablolar, PLC'nin yerel blendajı ve yüksek-yüksek gerilim parafudrları kullanılarak sağlanır.
2. Harici Sistem Kablolarından Kaynaklanan Parazit
Bu girişim öncelikle güç ve sinyal hatları yoluyla sağlanır ve genellikle iletilen girişim olarak adlandırılır. Bu tür parazitler Çin'deki endüstriyel ortamlarda özellikle şiddetlidir.
1) Güç Kaynaklarından Kaynaklanan Parazit
Uygulama, birçok PLC kontrol sistemi arızasının, güç kaynağından kaynaklanan parazitlerden kaynaklandığını göstermiştir; sorun genellikle güç kaynağının daha yüksek izolasyon performansı sunan bir güç kaynağıyla değiştirilmesiyle çözülür.
PLC güç kaynakları genellikle izole edilmiş güç kaynakları kullanır ancak yapısal ve üretim süreci faktörleri nedeniyle izolasyon performansları ideal değildir. Gerçekte, dağıtılmış parametrelerin, özellikle de dağıtılmış kapasitansın varlığından dolayı mutlak izolasyon imkansızdır.
2) Sinyal Hatları Aracılığıyla Ortaya Çıkan Parazit
PLC kontrol sistemine bağlı çeşitli sinyal iletim hatları, geçerli bilgilerin iletilmesine ek olarak kaçınılmaz olarak harici parazit sinyallerinin izinsiz girmesine izin verir.
Bu parazit öncelikle iki yoldan girer: birincisi, vericinin güç kaynağı veya sinyal cihazlarıyla paylaşılan güç kaynağı yoluyla sağlanan elektrik şebekesi paraziti-bu genellikle göz ardı edilen bir faktördür;
ikincisi, sinyal hatları üzerinde uzaysal elektromanyetik radyasyonun neden olduğu girişim, yani sinyal hatları üzerinde özellikle şiddetli olan dış kaynaklı girişim.
3) Düzensiz Topraklama Sisteminin Neden Olduğu Parazit
Topraklama, elektronik ekipmanın elektromanyetik uyumluluğunu (EMC) iyileştirmenin etkili yöntemlerinden biridir. Uygun topraklama hem elektromanyetik parazitin etkilerini bastırabilir hem de ekipmanın parazit yaymasını engelleyebilir; tersine, uygunsuz topraklama ciddi parazit sinyallerine yol açarak PLC sisteminin arızalanmasına neden olabilir.
Bir PLC kontrol sistemindeki topraklama hatları sistem topraklamasını, koruma topraklamasını, AC topraklamasını ve koruyucu topraklamayı içerir. Bir PLC sistemindeki kaotik topraklama sisteminin neden olduğu parazit, öncelikle çeşitli topraklama noktalarındaki eşit olmayan potansiyel dağılımından kaynaklanır. Farklı topraklama noktaları arasındaki potansiyel farklar, sistemin normal çalışmasını etkileyen topraklama döngüsü akımlarını oluşturur.
3. PLC sistemi içinden kaynaklanan parazit
Bu girişim öncelikle, mantık devreleri arasındaki karşılıklı radyasyon ve bunların analog devreler üzerindeki etkisi, analog zemin ile mantık zemini arasındaki etkileşim ve bileşenlerin uyumsuz kullanımı gibi dahili bileşenler ve devreler arasındaki karşılıklı elektromanyetik radyasyon tarafından üretilir. Bu sorunlar, sistemin dahili bileşenleri için PLC üreticisi tarafından yürütülen elektromanyetik uyumluluk (EMC) tasarımının kapsamına girmektedir. Bu, uygulama departmanının kontrolü dışında karmaşık bir konu olduğundan, aşırı derecede incelenmesine gerek yoktur; ancak kanıtlanmış bir geçmişe sahip veya kapsamlı bir şekilde test edilmiş sistemleri seçmek önemlidir.
[Girişime-Dirençli Tasarım]
1. Ekipman Seçimi
Ekipmanı seçerken, elektromanyetik uyumluluk (EMC) dahil olmak üzere, özellikle dış parazitlere karşı dirençli olmak üzere yüksek parazit direncine sahip ürünlere öncelik verin. Örnekler arasında yüzer zemin teknolojisi kullanan ve mükemmel izolasyon performansına sahip PLC sistemleri; İkinci olarak, üretici tarafından sağlanan, ortak-mod reddetme oranı (CMRR) ve diferansiyel-mod reddetme oranı (DMRR), voltaj dayanma kapasitesi ve sistemin çalışacağı derecelendirilen maksimum elektrik alan gücü ve manyetik alan frekansı gibi parazit önleme spesifikasyonları gözden geçirilmelidir; ayrıca ürünün benzer uygulamalardaki geçmiş performansı da değerlendirilmelidir.
2. Kapsamlı-Müdahale Önleyici Tasarım
Bu öncelikle sistem dışından kaynaklanan paraziti bastırmak için aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli temel önlemleri içerir: yayılan elektromanyetik paraziti önlemek için PLC sisteminin ve harici kabloların korunması; harici kabloları (özellikle güç kablolarını- yalıtıp filtrelemek ve iletilen elektromanyetik parazitin kablolar yoluyla girmesini önlemek için bunları katmanlar halinde düzenlemek; ve topraklama sistemini iyileştirmek için topraklama noktalarının ve topraklama cihazlarının doğru şekilde tasarlanması. Ayrıca sistemin güvenliğini ve güvenilirliğini daha da artırmak için yazılım-tabanlı yöntemler kullanılmalıdır.
[-Girişime Karşı Temel Önlemler]
1. Güç Şebekesinden Kaynaklanan Paraziti Bastırmak için Yüksek-Performanslı Güç Kaynakları Kullanın
PLC kontrol sistemlerinde güç kaynağı kritik bir rol oynar. Güç şebekesi paraziti öncelikle sistemin güç kaynakları (CPU güç kaynakları, G/Ç güç kaynakları vb.), verici güç kaynakları ve PLC sistemine doğrudan elektrik bağlantıları olan cihazların güç kaynakları aracılığıyla PLC kontrol sistemine bağlanır. Şu anda PLC sistemlerinde genellikle iyi izolasyon performansına sahip güç kaynakları kullanılmaktadır. Ancak PLC sistemine elektriksel olarak doğrudan bağlanan vericiler ve cihazlar için güç kaynaklarına yeterince önem verilmemiştir. Her ne kadar bazı izolasyon tedbirleri uygulanmış olsa da bunlar genel olarak yetersizdir. Bunun temel nedeni, kullanılan izolasyon transformatörlerinin büyük dağıtılmış parametrelere ve zayıf parazit bastırma özelliklerine sahip olması ve ortak-mod ve diferansiyel- mod parazitinin güç kaynağı aracılığıyla bağlanmasına izin vermesidir. Bu nedenle, sinyal hatlarını paylaşan vericilere ve cihazlara güç sağlamak için, PLC sistemindeki paraziti en aza indirgemek amacıyla, düşük dağıtılmış kapasitanslı ve geniş bastırma bant genişliğine sahip güç dağıtıcıları (çoklu izolasyon aşamaları, ekranlama ve kaçak endüktans azaltma teknikleri kullananlar gibi) seçilmelidir.
2. Kablo Seçimi ve Yerleşimi
Farklı türdeki sinyaller ayrı kablolar aracılığıyla iletilmelidir. Sinyal kabloları, iletilen sinyalin türüne göre katmanlar halinde döşenmelidir. Hem gücü hem de sinyalleri aynı anda iletmek için aynı kablo içerisinde farklı iletkenlerin kullanılması kesinlikle yasaktır. Elektromanyetik girişimi en aza indirmek için sinyal hatları güç kablolarının çok yakınında paralel olarak döşenmemelidir.
3. Donanım Filtreleme ve Yazılıma-Karşı Girişim Önlemleri
Sinyaller bilgisayara girmeden önce, ortak-mod girişimini azaltmak için sinyal hattı ile toprak arasına paralel bir kapasitör bağlayın; iki sinyal terminali arasına bir filtre takılması diferansiyel-mod girişimini azaltabilir.
4. Topraklama Noktalarının Doğru Seçimi ve Topraklama Sisteminin İyileştirilmesi
Topraklama genellikle iki amaca hizmet eder: güvenlik ve parazit bastırma. İyi-tasarlanmış bir topraklama sistemi, PLC kontrol sistemlerini elektromanyetik girişime karşı korumanın temel önlemlerinden biridir. Üç tür sistem topraklama yöntemi vardır: yüzer toprak, doğrudan toprak ve kapasitif toprak.
Sinyal kaynağı topraklandığında, blendajın sinyal tarafında topraklanması gerekir; topraklanmadığında PLC tarafında topraklanmalıdır; Sinyal hattında bağlantılar olduğunda, ekran güvenli bir şekilde bağlanmalı ve yalıtılmalıdır ve birden fazla topraklama noktasından kaçınılmalıdır; birden fazla ölçüm noktasından gelen blendajlı bükümlü-çift kablolar, ortak bir blendajlı çok-damarlı bükümlü-çift kabloya bağlandığında, her bir kablonun blendajları uygun şekilde birbirine bağlanmalı ve yalıtılmalıdır.
II. Operasyonel Verimliliğin Artırılması
1. Gerçek proje gereksinimlerine göre fonksiyon bloklarını planlayın
Alt programların yazılması: Bir PLC'de, bir alt program, belirli kontrol amaçları için yazılan nispeten bağımsız bir programdır. CALL gibi alt program çağrısı talimatlarını yürütürken, alt program çağrısı koşulları karşılanmazsa, program taraması yalnızca ana program içinde ilerler ve alt program bölümünü taramaz, böylece gereksiz tarama süresi azalır.
2. Word veya Double-Word Verilerini DO Noktalarına Aktararak Çıkışları Kontrol Etme
PLC uygulamaları tipik olarak çok sayıda çıkış kontrolünü içerir. Kelime veya çift-kelime verilerini DO noktalarına aktararak çıktıları kontrol etmek hızı artırabilir. Çıkış adreslerini makul şekilde tahsis ederek ve kontrol çıkış kelimelerini gerçek uygulama gereksinimlerine göre dönüştürerek, PLC programındaki yürütme adımlarının sayısı önemli ölçüde azaltılabilir, böylece programın çalışma süresi hızlandırılabilir.
3. Darbe-Tetiklenen SET ve RESET
Bir PLC'de SET komutunun yalnızca bir kez yürütülmesi gerekir; her tarama sırasında yürütülmesine gerek yoktur, bu da onu-darbe çıkışı (PLS/PLF) talimatlarıyla kullanıma çok uygun hale getirir. Bazı mühendisler bu sorunu gözden kaçırıyor ve SET komutunu tetiklemek için geleneksel yöntemleri kullanarak, istemeden PLC programının tarama yürütme süresini artırıyor.