Programmable Logic Controllers (PLC) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ควบคุมกระแสหลักในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมมีอยู่มาครึ่งศตวรรษแล้ว ด้วยการพัฒนาของเซมิคอนดักเตอร์ คอมพิวเตอร์ และเทคโนโลยีการสื่อสาร ในด้านการควบคุมทางอุตสาหกรรมมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก และ PLC ได้พัฒนาผ่านมาถึงห้ารุ่นแล้วในแง่ของประสิทธิภาพ ฟังก์ชันการทำงาน การใช้งานง่าย และรูปแบบผลิตภัณฑ์ วันนี้เราจะหารือเกี่ยวกับวิธีแก้ปัญหาสำหรับความท้าทายทั่วไปของ PLC
ขั้นแรก เรามาทบทวนข้อมูลพื้นฐานอีกครั้งและกำหนดว่า PLC คืออะไร:
เป็นอุปกรณ์หน่วยความจำแบบตั้งโปรแกรมได้ชนิดหนึ่งซึ่งใช้ในการจัดเก็บโปรแกรมภายใน โดยดำเนินการคำสั่งที่มุ่งเน้นผู้ใช้- เช่น การดำเนินการเชิงตรรกะ การควบคุมตามลำดับ เวลา การนับ และการคำนวณทางคณิตศาสตร์ และควบคุมเครื่องจักรหรือกระบวนการผลิตประเภทต่างๆ ผ่านอินพุต/เอาท์พุตดิจิทัลหรือแอนะล็อก
I. ปัญหาความต้านทานการรบกวน
ด้วยความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี PLC จึงถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางมากขึ้นในการควบคุมทางอุตสาหกรรม ความน่าเชื่อถือส่งผลโดยตรงต่อการผลิตที่ปลอดภัยและการดำเนินงานทางเศรษฐกิจขององค์กรอุตสาหกรรม และความสามารถของระบบในการต้านทานการรบกวนเป็นกุญแจสำคัญในการรับประกันการทำงานที่เชื่อถือได้ของทั้งระบบ เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบควบคุม PLC ในด้านหนึ่ง ผู้ผลิต PLC จะต้องปรับปรุงความต้านทานการรบกวนของอุปกรณ์ ในทางกลับกัน การออกแบบทางวิศวกรรม การติดตั้ง การก่อสร้าง ตลอดจนการดำเนินงานและการบำรุงรักษาต้องให้ความสำคัญเป็นอันดับแรก มีเพียง-ความร่วมมือจากหลายฝ่ายเท่านั้นที่จะสามารถแก้ไขปัญหาได้อย่างเต็มที่ และเพิ่มความต้านทานการรบกวนของระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ
[แหล่งสัญญาณรบกวนและการจำแนกประเภททั่วไป]
แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนที่ส่งผลต่อระบบควบคุม PLC นั้นคล้ายคลึงกับแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนที่ส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์ควบคุมทางอุตสาหกรรมโดยทั่วไป ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในพื้นที่ที่กระแสหรือแรงดันไฟฟ้าผันผวนอย่างมาก บริเวณที่มีประจุเคลื่อนที่อย่างรุนแรงเหล่านี้คือแหล่งกำเนิดเสียง เช่น แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน
โดยทั่วไปแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนจะถูกจำแนกตามสาเหตุของการรบกวน โหมดสัญญาณรบกวน และลักษณะรูปคลื่นของสัญญาณรบกวน
1. โดยสาเหตุของการเกิดเสียงรบกวน: เสียงคายประจุ, เสียงไฟกระชาก, เสียงการสั่นความถี่สูง-
2. ตามรูปคลื่นและลักษณะของเสียง: เสียงต่อเนื่อง, เสียงประปราย
3. ตามโหมดการรบกวน: การรบกวนโหมด-ทั่วไป, การรบกวนโหมดดิฟเฟอเรนเชียล-
ในบรรดาสิ่งเหล่านี้ การรบกวนของโหมด-ทั่วไปและการรบกวนของโหมดดิฟเฟอเรนเชียล- ถือเป็นวิธีการจำแนกประเภทที่ค่อนข้างธรรมดา การรบกวนในโหมดทั่วไป-หมายถึงความแตกต่างที่เป็นไปได้ระหว่างสายสัญญาณและกราวด์ โดยพื้นฐานแล้วเกิดจากการซ้อนทับของแรงดันไฟฟ้าโหมด-ทั่วไป (ทิศทางเดียวกัน-) ที่เกิดขึ้นบนสายสัญญาณโดยการบุกรุกโครงข่ายไฟฟ้า ความต่างศักย์ของพื้นดิน และการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเชิงพื้นที่ แรงดันไฟฟ้าของโหมดทั่วไป-บางครั้งอาจค่อนข้างสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในห้องที่ขับเคลื่อนโดยหน่วยกระจายสัญญาณที่มีประสิทธิภาพการแยกต่ำ โดยทั่วไป-แรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปของสัญญาณเอาท์พุตของเครื่องส่งสัญญาณจะสูง โดยบางรุ่นมีกระแสไฟเกิน 130 V แรงดันไฟฟ้าโหมด-ทั่วไปสามารถแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าโหมดดิฟเฟอเรนเชียล-ผ่านวงจรที่ไม่สมดุล ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อสัญญาณการวัดและควบคุม และทำให้ส่วนประกอบเสียหาย การรบกวนในโหมดทั่วไป-ประเภทนี้อาจเป็นได้ทั้ง DC หรือ AC
การรบกวนในโหมดดิฟเฟอเรนเชียล-หมายถึงแรงดันไฟรบกวนที่กระทำระหว่างขั้วทั้งสองของสัญญาณ โดยหลักแล้วเกิดขึ้นจากแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากการควบคู่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในอากาศและการแปลงการรบกวนโหมดร่วม-โดยวงจรที่ไม่สมดุล แรงดันไฟฟ้านี้ซ้อนทับกับสัญญาณโดยตรง ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำในการวัดและการควบคุม
[แหล่งที่มาหลักของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า]
1. การแผ่รังสีรบกวนจากสิ่งแวดล้อม
สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีการแผ่รังสี (EMI) ในสภาพแวดล้อมส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นโดยโครงข่ายไฟฟ้า ภาวะชั่วคราวในอุปกรณ์ไฟฟ้า ฟ้าผ่า วิทยุกระจายเสียง โทรทัศน์ เรดาร์ และอุปกรณ์ให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำความถี่สูง- โดยทั่วไปเรียกว่าการรบกวนแบบแผ่รังสี
โดยหลักแล้วทำให้เกิดการรบกวนผ่านสองช่องทาง: 1) การแผ่รังสีโดยตรงเข้าสู่ PLC ทำให้เกิดการรบกวนในวงจร
2) การแผ่รังสีมุ่งตรงไปที่เครือข่ายการสื่อสารภายในของ PLC โดยทำให้เกิดการรบกวนผ่านการเหนี่ยวนำในสายการสื่อสาร
การรบกวนจากการแผ่รังสีสัมพันธ์กับโครงร่างของอุปกรณ์ภาคสนามและขนาดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างโดยอุปกรณ์ โดยเฉพาะความถี่ของอุปกรณ์ดังกล่าว โดยทั่วไปการป้องกันทำได้โดยการใช้สายเคเบิลที่มีฉนวนหุ้ม การป้องกันเฉพาะที่ของ PLC และอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูง-
2. การรบกวนจากสายเคเบิลระบบภายนอก
การรบกวนนี้เกิดขึ้นผ่านสายไฟฟ้าและสายสัญญาณเป็นหลัก และโดยทั่วไปเรียกว่าการรบกวนแบบดำเนินการ การรบกวนประเภทนี้มีความรุนแรงอย่างยิ่งในการตั้งค่าทางอุตสาหกรรมในประเทศจีน
1) การรบกวนจากแหล่งจ่ายไฟ
การปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าความล้มเหลวของระบบควบคุม PLC จำนวนมากเกิดจากการรบกวนที่เกิดขึ้นจากแหล่งจ่ายไฟ โดยทั่วไปปัญหาจะได้รับการแก้ไขโดยการเปลี่ยนพาวเวอร์ซัพพลายด้วยพาวเวอร์ซัพพลายที่ให้ประสิทธิภาพการแยกสูงกว่า
โดยทั่วไปแหล่งจ่ายไฟ PLC จะใช้แหล่งจ่ายไฟแบบแยก แต่เนื่องจากปัจจัยด้านโครงสร้างและกระบวนการผลิต ประสิทธิภาพการแยกจึงไม่เหมาะ ในความเป็นจริง การแยกโดยสิ้นเชิงเป็นไปไม่ได้เนื่องจากมีพารามิเตอร์แบบกระจาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งความจุแบบกระจาย
2) การรบกวนที่แนะนำผ่านสายสัญญาณ
สายส่งสัญญาณต่างๆ ที่เชื่อมต่อกับระบบควบคุม PLC จะทำให้สัญญาณรบกวนจากภายนอกเข้ามารบกวนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ นอกเหนือจากการส่งข้อมูลที่ถูกต้องแล้ว
การรบกวนนี้โดยพื้นฐานแล้วเข้ามาผ่านสองช่องทาง: ประการแรก การรบกวนโครงข่ายไฟฟ้าที่เกิดขึ้นผ่านแหล่งจ่ายไฟของเครื่องส่งสัญญาณหรือแหล่งจ่ายไฟที่ใช้ร่วมกันกับเครื่องมือสัญญาณ- ซึ่งเป็นปัจจัยที่มักถูกมองข้าม
ประการที่สอง การรบกวนที่เกิดจากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเชิงพื้นที่บนสายสัญญาณ กล่าวคือ การรบกวนที่เกิดจากภายนอกบนสายสัญญาณ ซึ่งมีความรุนแรงเป็นพิเศษ
3) การรบกวนที่เกิดจากระบบสายดินที่ไม่เป็นระเบียบ
การต่อสายดินเป็นหนึ่งในวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การต่อสายดินที่เหมาะสมสามารถระงับผลกระทบของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ปล่อยการรบกวน ในทางกลับกัน การต่อสายดินที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนที่รุนแรง ส่งผลให้ระบบ PLC ทำงานผิดปกติ
สายกราวด์ในระบบควบคุม PLC ประกอบด้วยกราวด์ของระบบ กราวด์กราวด์ กราวด์ไฟฟ้ากระแสสลับ และกราวด์ป้องกัน การรบกวนที่เกิดจากระบบสายดินที่ไม่เป็นระเบียบในระบบ PLC สาเหตุหลักมาจากการกระจายศักย์ไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอที่จุดต่อสายดินต่างๆ ความต่างศักย์ระหว่างจุดต่อกราวด์ที่ต่างกันจะทำให้เกิดกระแสลูปกราวด์ ซึ่งส่งผลต่อการทำงานปกติของระบบ
3. สัญญาณรบกวนจากภายในระบบ PLC
การรบกวนนี้ส่วนใหญ่เกิดจากการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งกันและกันระหว่างส่วนประกอบภายในและวงจร เช่น การแผ่รังสีซึ่งกันและกันระหว่างวงจรลอจิกและผลกระทบต่อวงจรแอนะล็อก ปฏิสัมพันธ์ระหว่างกราวด์แอนะล็อกและกราวด์ลอจิก และการใช้ส่วนประกอบที่ไม่ตรงกัน ปัญหาเหล่านี้อยู่ภายใต้ขอบเขตของการออกแบบความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) ที่ดำเนินการโดยผู้ผลิต PLC สำหรับส่วนประกอบภายในของระบบ เนื่องจากนี่เป็นเรื่องที่ซับซ้อนซึ่งอยู่นอกเหนือการควบคุมของแผนกการสมัคร จึงไม่จำเป็นต้องตรวจสอบมากเกินไป อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องเลือกระบบที่มีประวัติที่พิสูจน์แล้วหรือระบบที่ได้รับการทดสอบอย่างละเอียดแล้ว
[การออกแบบป้องกันการรบกวน-]
1. การเลือกอุปกรณ์
เมื่อเลือกอุปกรณ์ ให้จัดลำดับความสำคัญของผลิตภัณฑ์ที่มีความต้านทานการรบกวนสูง รวมถึงความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) โดยเฉพาะอย่างยิ่งความต้านทานต่อการรบกวนจากภายนอก ตัวอย่าง ได้แก่ ระบบ PLC ที่ใช้เทคโนโลยีภาคพื้นดินลอยตัวและมีประสิทธิภาพการแยกที่ดีเยี่ยม ประการที่สอง ควรตรวจสอบข้อกำหนดการป้องกัน-สัญญาณรบกวนที่ผู้ผลิตให้มา เช่น-อัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไป (CMRR) และอัตราส่วนการปฏิเสธโหมด-ดิฟเฟอเรนเชียล (DMRR) ความสามารถในการทนต่อแรงดันไฟฟ้า และความแรงของสนามไฟฟ้าสูงสุดและความถี่ของสนามแม่เหล็กที่ระบบได้รับการจัดอันดับให้ทำงาน นอกจากนี้ ควรประเมินประวัติของผลิตภัณฑ์ในการใช้งานที่คล้ายคลึงกัน
2. การออกแบบการป้องกันสัญญาณรบกวน-ที่ครอบคลุม
โดยหลักแล้วจะเกี่ยวข้องกับมาตรการสำคัญหลายประการในการระงับการรบกวนที่เกิดจากภายนอกระบบ ซึ่งรวมถึง: การป้องกันระบบ PLC และสายเคเบิลภายนอกเพื่อป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมา การแยกและการกรองสายเคเบิลภายนอก-โดยเฉพาะสายไฟ- และจัดเรียงเป็นชั้นเพื่อป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ให้เข้ามาทางสายเคเบิล และการออกแบบจุดต่อสายดินและอุปกรณ์ต่อสายดินอย่างถูกต้องเพื่อปรับปรุงระบบสายดิน นอกจากนี้ จะต้องใช้วิธีการที่ใช้ซอฟต์แวร์-เพื่อเพิ่มความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบ
[คีย์การป้องกัน-มาตรการป้องกันการรบกวน]
1. ใช้แหล่งจ่ายไฟประสิทธิภาพสูง-เพื่อลดการรบกวนที่เกิดจากโครงข่ายไฟฟ้า
ในระบบควบคุม PLC แหล่งจ่ายไฟมีบทบาทสำคัญ การรบกวนโครงข่ายไฟฟ้าโดยหลักแล้วจะเชื่อมต่อเข้ากับระบบควบคุม PLC ผ่านแหล่งพลังงานของระบบ (เช่น แหล่งจ่ายไฟของ CPU, แหล่งจ่ายไฟ I/O ฯลฯ) แหล่งจ่ายไฟของเครื่องส่งสัญญาณ และแหล่งจ่ายไฟของเครื่องมือที่มีการเชื่อมต่อไฟฟ้าโดยตรงกับระบบ PLC ปัจจุบัน พาวเวอร์ซัพพลายที่มีประสิทธิภาพการแยกที่ดีมักใช้สำหรับระบบ PLC อย่างไรก็ตาม มีการให้ความสนใจไม่เพียงพอกับแหล่งจ่ายไฟสำหรับเครื่องส่งสัญญาณและเครื่องมือที่เชื่อมต่อทางไฟฟ้าโดยตรงกับระบบ PLC แม้ว่าจะมีการใช้มาตรการกักกันบางอย่างแล้ว แต่โดยทั่วไปแล้วยังไม่เพียงพอ สาเหตุหลักมาจากหม้อแปลงแยกที่ใช้มีพารามิเตอร์แบบกระจายขนาดใหญ่และมีความสามารถในการปราบปรามสัญญาณรบกวนต่ำ ซึ่งช่วยให้สามารถเชื่อมต่อ-โหมดทั่วไปและโหมดดิฟเฟอเรนเชียล-ผ่านแหล่งจ่ายไฟได้ ดังนั้น สำหรับการจ่ายไฟให้กับเครื่องส่งสัญญาณและเครื่องมือที่ใช้สายสัญญาณร่วมกัน ควรเลือกตัวจ่ายไฟที่มีความจุแบบกระจายต่ำและแบนด์วิธปราบปรามที่กว้าง (เช่น ตัวที่ใช้ขั้นตอนการแยกหลายขั้นตอน การป้องกัน และเทคนิคการลดตัวเหนี่ยวนำการรั่วไหล) เพื่อลดสัญญาณรบกวนในระบบ PLC
2. การเลือกและเค้าโครงสายเคเบิล
สัญญาณประเภทต่างๆ ควรส่งสัญญาณผ่านสายเคเบิลแยกกัน ควรวางสายสัญญาณเป็นชั้น ๆ ตามประเภทของสัญญาณที่ส่ง ห้ามใช้ตัวนำที่แตกต่างกันภายในสายเคเบิลเดียวกันโดยเด็ดขาดเพื่อส่งทั้งกำลังและสัญญาณพร้อมกัน ไม่ควรวางสายสัญญาณโดยขนานใกล้กับสายไฟเพื่อลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า
3. การกรองฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ป้องกัน-มาตรการป้องกันการรบกวน
ก่อนที่สัญญาณจะเข้าสู่คอมพิวเตอร์ ให้เชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบขนานระหว่างสายสัญญาณและกราวด์เพื่อลด-การรบกวนในโหมดทั่วไป การติดตั้งตัวกรองระหว่างเทอร์มินัลสัญญาณทั้งสองสามารถลดการรบกวนโหมดดิฟเฟอเรนเชียล-ได้
4. การเลือกจุดต่อสายดินที่เหมาะสมและการปรับปรุงระบบสายดิน
โดยทั่วไปการต่อลงดินมีจุดประสงค์สองประการ: ความปลอดภัยและการปราบปรามสัญญาณรบกวน ระบบสายดินที่ออกแบบมาอย่างดี-เป็นหนึ่งในมาตรการสำคัญในการปกป้องระบบควบคุม PLC จากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า วิธีการต่อสายดินของระบบมีสามประเภท: กราวด์ลอย, กราวด์ตรง และกราวด์แบบคาปาซิทีฟ
เมื่อแหล่งสัญญาณถูกต่อสายดิน ควรต่อสายดินโล่ไว้ที่ด้านสัญญาณ เมื่อไม่ได้ต่อสายดินควรต่อสายดินที่ฝั่ง PLC เมื่อมีข้อต่อในสายสัญญาณ ควรเชื่อมต่อโล่และฉนวนอย่างแน่นหนา และต้องหลีกเลี่ยงจุดต่อลงดินหลายจุด เมื่อสายเคเบิลตีเกลียวคู่ที่มีฉนวนป้องกัน-จากจุดการวัดหลายจุดเชื่อมต่อกับสายเคเบิลตีเกลียวคู่แบบหลาย-แกนหลัก-ที่มีฉนวนป้องกันร่วมกัน ฉนวนของสายเคเบิลแต่ละเส้นควรเชื่อมต่อกันและมีฉนวนอย่างเหมาะสม
ครั้งที่สอง การปรับปรุงประสิทธิภาพการดำเนินงาน
1. วางแผนบล็อกการทำงานตามความต้องการของโครงการจริง
การเขียนรูทีนย่อย: ใน PLC รูทีนย่อยเป็นโปรแกรมที่ค่อนข้างอิสระซึ่งเขียนขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการควบคุมเฉพาะ เมื่อดำเนินการคำสั่งการเรียกรูทีนย่อย เช่น CALL หากไม่ตรงตามเงื่อนไขสำหรับการเรียกรูทีนย่อย การสแกนโปรแกรมจะดำเนินการภายในโปรแกรมหลักเท่านั้น และจะไม่สแกนส่วนของรูทีนย่อย จึงช่วยลดเวลาในการสแกนที่ไม่จำเป็น
2. การควบคุมผลลัพธ์โดยการถ่ายโอน Word หรือ Double- ข้อมูล Word ไปยัง DO Points
โดยทั่วไปแล้วแอปพลิเคชัน PLC จะเกี่ยวข้องกับการควบคุมเอาต์พุตจำนวนมาก การควบคุมเอาต์พุตโดยการถ่ายโอนคำหรือข้อมูลคำคู่- ไปยังจุด DO สามารถปรับปรุงความเร็วได้ ด้วยการจัดสรรที่อยู่เอาต์พุตอย่างสมเหตุสมผลและการแปลงคำเอาต์พุตควบคุมตามความต้องการใช้งานจริง จำนวนขั้นตอนการดำเนินการในโปรแกรม PLC จะลดลงอย่างมาก จึงช่วยเร่งรันไทม์ของโปรแกรม
3. พัลส์-ทริกเกอร์การตั้งค่าและรีเซ็ต
ใน PLC คำสั่ง SET จะต้องดำเนินการเพียงครั้งเดียวเท่านั้น ไม่จำเป็นต้องดำเนินการในระหว่างการสแกนทุกครั้ง ทำให้เหมาะ{0}}สำหรับใช้กับคำสั่งพัลส์เอาท์พุต (PLS/PLF) วิศวกรบางคนมองข้ามปัญหานี้และใช้วิธีการทั่วไปเพื่อทริกเกอร์คำสั่ง SET ส่งผลให้เวลาดำเนินการสแกนของโปรแกรม PLC เพิ่มขึ้นโดยไม่ตั้งใจ