Основной метод управления ПЛК для устранения помех сигнала на месте в промышленной среде
1. Обзор
С развитием науки и техники применение ПЛК в промышленном управлении становится все более распространенным. Надежность систем управления ПЛК напрямую влияет на безопасную производственную и экономическую работу промышленных предприятий, а помехоустойчивость системы является залогом надежной работы всей системы. Различные типы ПЛК, используемые в системе автоматизации, в основном устанавливаются в диспетчерской, на производственном оборудовании на месте и в различных моторных устройствах. Они в основном находятся в жесткой электромагнитной среде, образованной сильными электрическими цепями и оборудованием. Чтобы повысить надежность систем управления ПЛК, проектировщики могут эффективно обеспечить надежную работу системы только путем заблаговременного понимания различных помех.
2. Источники электромагнитных помех и их влияние на систему
Помехи, которые влияют на системы управления PLC, похожи на те, которые влияют на промышленное контрольное оборудование в целом. Они в основном возникают в местах, где ток или напряжение претерпевают резкие изменения. Это области, где заряды движутся энергично, и они являются источниками шума, то есть источниками помех.
Типы помех обычно классифицируются в соответствии с причинами помех, моделями помех шума и свойствами формы волны шума. Среди них: в соответствии с различными причинами генерации шума они делятся на шум разряда, спорадический шум и т. д.; в соответствии с различными моделями помех звука они делятся на синфазные помехи и дифференциальные помехи, что является широко используемым методом классификации. Синфазные помехи - это разность потенциалов между сигналом и землей, в основном образованная последовательным соединением сетки, разностью потенциалов земли и синфазным напряжением, наведенным на сигнальной линии космическим электромагнитным излучением. Синфазное напряжение иногда велико, особенно в случае помещений электропитания с плохими характеристиками изоляции, синфазное напряжение выходного сигнала передатчика, как правило, высокое, а некоторые могут даже достигать более 130 В. Синфазное напряжение может быть преобразовано в синфазное напряжение через асимметричные цепи, напрямую влияя на измеряемые и контролируемые сигналы, вызывая повреждение компонентов. Эти синфазные помехи могут быть как постоянными, так и переменными. Синфазные помехи относятся к напряжению помех между уровнями сигналов, в основном образованному индукцией связи пространственных электромагнитных полей между сигналами и напряжением, образованным преобразованием синфазных помех в неуравновешенных цепях. Этот вид помех напрямую накладывается на сигнал и напрямую влияет на точность измерения и управления.
3. Каковы основные источники электромагнитных помех в системах управления ПЛК?
Радиационные помехи из космоса
Электромагнитные поля космического излучения в основном возникают из сетей электропитания, переходных процессов электрооборудования, молний, радиовещания, телевидения, радаров, высокочастотного индукционного нагревательного оборудования и т. д. Обычно их называют радиационными помехами. Распределение таких помех чрезвычайно сложно. Если система PLC помещена в указанное частотное поле, она будет подвержена радиационным помехам. Воздействие в основном происходит двумя путями: один - это прямое излучение на внутренние компоненты PLC, которое генерируется индукцией цепи и вызывает помехи; другой - это излучение на коммуникационную сеть внутри PLC, которое вводится индукцией линий связи и разрядом высоковольтных подавителей. Величина радиационных помех связана с электромагнитными полями, создаваемыми локальным оборудованием, особенно частотой. Защита обычно достигается путем установки экранированных кабелей, локального экранирования PLC и высоковольтных разрядных элементов.
2) Помехи от внешних проводов системы
В основном он вводится через линии электропитания и сигнальные линии и обычно называется кондуктивной помехой. Этот вид помех чрезвычайно серьезен на промышленных объектах в нашей стране.
3) Помехи от источника питания
Практика показала, что существует множество случаев, когда сбои в системе управления вызваны помехами от источника питания. Это встречалось при инженерной отладке. Только заменив источник питания ПЛК на тот, который имеет лучшие показатели изоляции, можно было решить проблему.
Нормальное электропитание систем PLC полностью обеспечивается электросетью. Из-за широкого охвата электросети на нее будут влиять все виды космических электромагнитных помех и индуцированных напряжений и цепей на линиях, особенно изменения внутри самой электросети, импульсные токи, вызванные операциями переключения, гармоники, генерируемые запуском и остановкой большого силового оборудования, устройства преобразования переменного тока в постоянный ток и переходные воздействия коротких замыканий электросети и т. д., все из которых передаются через линии электросети на сторону электропитания PLC. Источники питания PLC обычно используют изолированные источники питания, но из-за их структурных и производственных факторов их изоляционные характеристики не идеальны. Фактически, из-за существования распределенных параметров, особенно распределенных конденсаторов, абсолютная изоляция невозможна.
4) Помехи, возникающие при нарушении работы системы заземления.
Различные линии передачи сигналов, подключенные к системе управления PLC, помимо передачи действительных сигналов, всегда будут подвержены внешним помехам. Более того, они могут подавлять излучение помех от оборудования наружу. Однако неправильное заземление вместо этого внесет серьезные помеховые сигналы, в результате чего система управления PLC не будет работать нормально. Заземление системы управления PLC включает в себя системное заземление, экранированное заземление, заземление переменного тока и защитное заземление и т. д. Неразбериха в системе заземления в основном приведет к неравномерному распределению каждой точки заземления, и между различными точками заземления возникнет разность потенциалов в потенциале земли, что приведет к току контура заземления и повлияет на нормальную работу системы. Например, экранирующий слой кабеля должен быть заземлен в одной точке. Если оба конца экранирующего слоя кабеля заземлены, возникнет разность потенциалов, и ток будет протекать через разность потенциалов. Когда возникает ненормальное состояние или ударяет молния, ток земли будет еще больше.
Кроме того, экранирующий слой, заземляющий провод и земля могут образовывать замкнутую цепь. Под воздействием изменяющегося магнитного поля в экранирующем слое будет возникать индуцированный ток. Через связь между экранирующим слоем и сердечником провода будут образовываться цепи сигнала помех. Если обработка заземления системы хаотична и несовместима с другими методами заземления, генерируемый ток циркуляции заземления может иметь неравномерное распределение потенциала на заземляющем проводе, что повлияет на нормальную работу логических схем и аналоговых схем в ПЛК. Напряжение помех логической работы ПЛК относительно низкое. Распределение помех логического потенциала заземления, вероятно, повлияет на логическую работу и хранение данных ПЛК, вызывая путаницу в данных, выход программы из строя или сбой системы. Распределение аналогового потенциала заземления приведет к снижению точности измерений и серьезным искажениям и неправильной работе при измерении и управлении сигналами.
5) Помехи, вносимые введением фидерной линии
Различные линии передачи сигналов, подключенные к системе управления ПЛК, в дополнение к передаче действительных сигналов, всегда будут иметь внешние помехи. Эти помехи в основном возникают двумя способами: во-первых, через источник питания преобразователя или общего сигнального прибора они вводятся в электросеть через последовательное соединение. Это часто упускается из виду; во-вторых, это помехи, вызванные пространственным электромагнитным излучением на сигнальных линиях, то есть внешние наведенные помехи на сигнальных линиях. Это очень серьезно. Помехи, вызванные сигналами, могут вызвать ненормальную работу сигнала и значительное снижение точности измерения. В тяжелых случаях это может даже привести к повреждению компонентов. Для систем с плохими характеристиками изоляции это также приведет к взаимным помехам между сигналами, что приведет к возврату общей системной шины заземления, что приведет к изменениям в логических данных, неисправностям и сбоям системы. Повреждение модулей, вызванное помехами ввода сигнала в системах управления ПЛК, довольно серьезно, и ситуаций, вызывающих сбои системы из-за этого, также много.
6) Помехи изнутри ПЛК
В основном это вызвано взаимным электромагнитным излучением между внутренними компонентами и цепями системы, например, взаимным излучением между логическими цепями и его влиянием на аналоговые цепи, взаимным влиянием между аналоговой землей и логической землей и несогласованным использованием компонентов. Это относится к содержанию проектирования электромагнитной совместимости для системы внутри завода-изготовителя ПЛК. Это довольно сложно, и как прикладной отдел, его нельзя изменить. Поэтому нет необходимости слишком много его рассматривать. Однако следует выбрать систему с большим опытом применения или которая была протестирована.
4. При нарушении работы системы часто возникают следующие основные явления интерференции:
Когда система выдает команды, двигатель вращается неравномерно.
2) Когда сигнал равен нулю, на цифровом дисплее отображаются нестабильные колебания значений.
3) При работе датчика значения сигнала, собранные ПЛК, не соответствуют фактическим значениям соответствующих параметров. Более того, значения ошибок случайны и нерегулярны.
4) Система не работает должным образом при использовании одного источника питания с сервосистемой переменного тока.
5. Как можно лучше и проще решить проблему помех в системах ПЛК?
В идеальных условиях следует выбирать оборудование с лучшими характеристиками изоляции, использовать высококачественные источники питания, линии электропередач и сигнальные линии для электропроводки, а также обеспечивать разумное заземление питания. Однако для этого требуются совместные усилия различных производителей оборудования, что труднодостижимо и сопряжено с большими затратами.
2) При использовании изоляторов аналоговых сигналов существует устройство, называемое преобразователем сигналов, которое относится к категории обработки сигналов и в основном служит для сопротивления помехам. Именно потому, что оно обладает исключительно сильной способностью противостоять помехам, оно широко применяется в системах управления автоматикой. Особенно для сложных промышленных объектов, где программы управления со временем становятся все более сложными, изоляторы сигналов обеспечивают трехконтактную изоляцию для различных аналоговых сигналов для входа, выхода и питания. Это действительно одна из эффективных мер по сопротивлению помехам в современных системах управления автоматикой.
6. Почему изолятор сигналов является предпочтительным решением для устранения помех в системах ПЛК?
Он прост и удобен в использовании, надежен, экономичен и способен одновременно устранять несколько помех.
2) Это может значительно снизить нагрузку на проектировщиков и отладчиков систем. Даже для сложных систем они станут очень стабильными и надежными, если ими будут управлять обычные проектировщики.
Каков принцип работы изолятора сигнала?
Сначала сигналы, полученные ПЛК, модулируются и преобразуются через полупроводниковые приборы, затем изолируются и преобразуются фоточувствительными или магнитными чувствительными приборами, а затем демодулируются для восстановления исходных сигналов или различных сигналов до изоляции. В то же время источник питания для изолированных сигналов изолируется и обрабатывается. Убедитесь, что сигналы, источник питания и заземление после преобразования абсолютно независимы.
В настоящее время на рынке представлено множество марок изоляторов, и их цены сильно различаются. Как сделать выбор?
Изолятор расположен между двумя системными каналами. Поэтому при выборе изолятора необходимо сначала определить функции входа и выхода. В то же время режим входа и выхода изолятора (тип напряжения, тип тока, тип питания контура и т. д.) должен быть адаптирован к режимам интерфейса каналов front-end и back-end. Кроме того, существует множество важных параметров, таких как точность, потребляемая мощность, шум, прочность изоляции и шинная связь, которые связаны с производительностью продукта. Например, шум связан с точностью, а потребляемая мощность связана с надежностью. Это требует от пользователей тщательного выбора. В заключение следует сказать, что пробное использование, надежность и производительность стоимости продукта являются основными принципами при выборе изолятора.
Принцип работы: Сначала полупроводниковое устройство модулируется и преобразуется. Затем через фотодатчик или магнитный датчик выполняется преобразование изоляции. Затем выполняется демодуляция для восстановления исходного сигнала до изоляции. Между тем, источник питания изолированного сигнала изолируется для обработки, чтобы гарантировать, что источник питания преобразованного сигнала изолирован. Убедитесь, что источник питания, сигнал и заземление преобразованного сигнала абсолютно независимы.
Первое: защитить контур управления подчиненных подразделений.
2. Ослабить влияние окружающего шума на испытательную схему.
III: Реализуйте надежную защиту для заземления общего пользования, преобразователя частоты, электромагнитного клапана, входов/выходов ПЛК/РСУ и интерфейсов связи.
Стандартная конструкция направляющей серии, простая в установке, может эффективно изолировать потенциалы между входом, выходом, электромагнитными клапанами и землей, а также может преодолевать различные высокочастотные и низкочастотные пульсационные помехи уровня шума преобразователя частоты.
Каковы основные типы изоляторов сигналов?
Изолятор
В промышленном производстве для повышения нагрузочной способности приборов, обеспечения того, чтобы приборы, подключенные к одному и тому же сигналу, не создавали помех друг другу, и повышения производительности электроустановки необходимо собирать, усиливать, обрабатывать и выполнять помехоподавляющую обработку входных сигналов, таких как напряжение, ток или частота, сопротивление и т. д., а затем выводить изолированные сигналы тока и напряжения для безопасного использования вторичными приборами и ПЛК/РСУ.
2) Распределительный щит
На промышленных объектах обычно применяется двухпроводной режим передачи. Он не только обеспечивает питание 24 В для первичных приборов, таких как передатчики, но также собирает, усиливает, обрабатывает и фильтрует входные токовые сигналы, а затем выводит изолированные токовые и вольтовые сигналы для вторичных приборов или других приборов для использования.
3) Защитный барьер
Некоторые специальные промышленные объекты требуют не только двухпроводной передачи, но и должны обеспечивать распределение электроэнергии и функции изоляции сигнала. В то же время они должны обладать характеристиками взрывозащиты от искр в безопасных условиях, надежного подавления мощности электропитания, предотвращения воспламенения между электропитанием, сигналом и землей, ограничения тока и напряжения для двойных ограничений на сигнальные и силовые цепи, а также ограничения энергии, поступающей в опасные зоны в пределах безопасной квоты.
На какие моменты следует обратить внимание при установке и обслуживании изоляторов сигналов?
Из-за различий в производителях производственные процессы и определения проводки изоляторов не все одинаковы. Однако сценарии применения в основном одинаковы, поэтому требования к защите и обслуживанию для продуктов также в основном одинаковы.
Перед применением внимательно прочтите инструкцию.
При использовании в качестве изолятора сигнала входной конец должен быть подключен последовательно к контуру, а выходной конец должен быть подключен к контуру выборки.
3. При использовании для изолированного распределения питания входные клеммы должны быть подключены к силовой цепи, а выходные клеммы должны быть подключены к передатчику.
4. Если устройство не работает должным образом, сначала проверьте правильность подключения. Также обратите внимание на наличие питания и правильную полярность.
Почему иногда сигналы явлений, принимаемые ПЛК, имеют большие ошибки и плохую стабильность?
Существует много причин для такого рода воображения. Разность потенциалов между различными опорными точками сигналов прибора является важным фактором. Из-за этой разницы между сигналами прибора генерируются токи помех, что приводит к большим ошибкам ПЛК и плохой стабильности. Поэтому наилучшей ситуацией для сигналов разного оборудования и приборов является наличие общей опорной точки. Изолятор полностью электрически изолирует вход/выход и образует общую опорную точку с аналоговой интерфейсной платой на ПЛК для решения проблемы идеальной защиты от помех.
Изолируем канал 4-20мА, но в шкафу не осталось места для установки блока питания. Что делать?
Доступен пассивный изолятор сигнала, который может изолировать сигналы 4-20 мА без необходимости внешнего источника питания. PH1033 является таким продуктом.
В настоящее время на рынке представлено множество марок изоляторов, и цены на них сильно различаются. Как сделать выбор?
Изолятор расположен между двумя системными каналами. Поэтому при выборе изолятора необходимо сначала определить функции входа и выхода. В то же время режим входа и выхода изолятора должен быть адаптирован к режимам интерфейса каналов front-end и back-end. Кроме того, существует множество важных параметров, таких как точность, энергопотребление, шум, прочность изоляции и функция связи по шине, которые связаны с производительностью продукта. Например, шум связан с точностью, а потребляемая мощность связана с надежностью. Это требует от пользователей тщательного выбора. В заключение следует отметить, что применимость, надежность и производительность стоимости продукта являются основными принципами при выборе изолятора.
Сигналы от полевых двухпроводных датчиков давления, принимаемые DCS, нестабильны. Как решить эту проблему?
Двухпроводные передатчики часто используются в области промышленной автоматизации. Подобно другим промышленным полевым устройствам, двухпроводные передатчики также имеют проблемы с восприимчивостью к помехам и устойчивостью к помехам. В соответствии с режимом интерфейса аналоговой платы DCS следует выбирать различные типы изолирующих трансформаторов с различными функциями. В принципе, требуется, чтобы они могли не только обеспечивать питание изоляции для передатчиков, чтобы гарантировать, что каждый передатчик имеет независимый источник питания, но также изолировать и передавать сигналы передатчиков в DCS.
Интерфейс платы моделирования ПЛК использует двухпроводной метод питания контура и требует изоляции сигнала. Как выбрать продукцию?
Метод двухпроводного контурного питания является распространенным интерфейсом для аналоговых плат. Продукты, совместимые с этим интерфейсом, называются продуктами серии двухпроводной контурной изоляции. Устройства изоляции внутри этих передатчиков изоляции используют трансформаторные методы. С одной стороны, они передают сигналы; с другой стороны, они также передают электрическую энергию от конца источника питания к входной части, позволяя различным схемам во входной части работать нормально. Например, такие продукты, как ph2217 и другие интерфейсные устройства.
Сколько типов двухпроводных автоматических выключателей обычно используется?
Для широко используемых двухпроводных изолированных передатчиков доступны две серии продуктов. Общей чертой этих двух серий является то, что они обе могут обеспечить независимое изолированное питание для двухпроводных передатчиков через внешний источник питания после изоляции: распределение питания для передатчиков зависит от аналогового количества PLC/DCS, настроенного на месте.
Применение защитного барьера
Барьер безопасности изначально был вспомогательным блоком электрически комбинированного приборного блока. Его основная функция заключалась в том, чтобы служить устройством изоляции для взрывозащищенной системы. Барьер безопасности изолировал сигналы от опасной зоны, преобразовывал их и выводил изолированные токовые сигналы в безопасную зону. Он применялся в искробезопасной взрывозащищенной системе, где энергия, отправляемая в цепь возбуждения, ограничивалась цепями ограничения тока и напряжения, тем самым предотвращая попадание опасной энергии из неискробезопасных цепей в искробезопасную цепь. Барьер безопасности широко используется в системах автоматизации, таких как DCS/PLC/PCS, в таких отраслях, как нефтехимия.
Обычные защитные барьеры классифицируются по конструктивным формам на барьеры зенеровского типа и барьеры изоляционного типа.
Применение защитного барьера на основе диода Зенера:
В схеме используются быстрые предохранители, токоограничивающие резисторы или диоды, ограничивающие напряжение, для ограничения входной электрической энергии, тем самым гарантируя, что выходная энергия в опасную зону находится в пределах. Однако из-за присущих принципу недостатков его надежность в применении была скомпрометирована, а область его применения ограничена. Причины следующие:
Место установки должно иметь очень надежную систему заземления. Сопротивление заземления барьера безопасности Зенера должно быть менее 1 Ом; в противном случае он потеряет свою защитную функцию безопасности. Очевидно, что такое требование является чрезвычайно строгим и его трудно гарантировать в инженерных приложениях.
2. Необходимо, чтобы полевые приборы в опасной зоне были изолированного типа. В противном случае, когда заземляющий вывод барьера безопасности Зенера подключен к земле, сигнал не может быть передан правильно. Более того, из-за заземления сигнала, помехоустойчивость сигнала напрямую снижается, что влияет на стабильность системы.
3. Барьер безопасности Зенера оказывает значительное влияние на электропитание и также подвержен повреждениям из-за колебаний электропитания.
Применение изолированного защитного барьера:
Принять структуру схемы, которая электрически изолирует вход, выход и источник питания друг от друга, и в то же время соответствует требованиям взрывозащищенного типа по ограничению энергии.
Благодаря использованию метода трехсторонней изоляции отпадает необходимость в заземляющих линиях системы, что значительно упрощает проектирование и строительство на месте.
2. Для приборов, находящихся на объекте в опасной зоне, нет необходимости применять изолированные приборы.
3. Сигнальные линии не требуют общего заземления, что значительно повышает стабильность и помехозащищенность сигналов цепей обнаружения и управления, тем самым повышая надежность всей системы.
4. Изолированные защитные барьеры обладают более мощными возможностями обработки входного сигнала и могут принимать и обрабатывать сигналы, такие как сигналы термопар, терморезисторов и частот, чего не могут обеспечить защитные барьеры на основе стабилитронов.
5. Изолированный защитный барьер может выводить два взаимно изолированных сигнала, которые могут быть предоставлены двум устройствам, использующим один и тот же источник сигнала. Это гарантирует, что сигналы двух устройств не будут мешать друг другу, и одновременно повышает эффективность электробезопасной изоляции между подключенными устройствами.
Таким образом, сравнив характеристики и эксплуатационные характеристики барьеров безопасности типа Зенера и изоляционного типа, можно увидеть, что барьеры безопасности изоляционного типа имеют более существенные преимущества и более широко используются. На инженерных площадках с более высокими требованиями барьеры безопасности изоляционного типа почти всегда принимаются в качестве основных искробезопасных взрывозащищенных приборов, и они постепенно вытеснили барьеры безопасности типа Зенера.