مقدمة
تعمل أجهزة PLC، أو وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، كمكونات أساسية في مجال الأتمتة الصناعية.
إنها تلعب دورًا حاسمًا في التحكم في المعدات الميكانيكية المختلفة والعمليات والأنظمة الآلية.
تقدم هذه المقالة 10 نصائح عملية لتطبيقات PLC لمساعدتك على حل المشكلات التي تواجهها في العمليات اليومية بكفاءة.
01
قضايا التأريض
أنظمة PLC لها متطلبات تأريض صارمة. من الأفضل أن يكون لديك نظام تأريض مخصص، والتأكد من تأريض المعدات الأخرى المرتبطة بـ PLC-بشكل موثوق أيضًا.
قد يؤدي توصيل نقاط تأريض متعددة للدائرة معًا إلى توليد تيارات غير متوقعة، مما يؤدي إلى حدوث أخطاء منطقية أو تلف الدائرة.
عادةً ما تنشأ إمكانات الأرض التفاضلية عندما تكون النقاط الأرضية مفصولة فعليًا بمسافات كبيرة. عندما يتم توصيل معدات متباعدة على نطاق واسع عبر كابلات الاتصال أو أجهزة الاستشعار، قد تتدفق التيارات عبر الدائرة بأكملها بين الكابل والأرض. حتى على مسافات قصيرة، يمكن لتيارات الحمل من المعدات الكبيرة أن تسبب تحولات محتملة بالنسبة للأرض، أو قد تتولد تيارات غير متوقعة مباشرة من خلال التأثيرات الكهرومغناطيسية. قد تتدفق تيارات مدمرة قادرة على إتلاف المعدات بين مصادر الطاقة المتصلة بنقاط تأريض غير صحيحة.
تستخدم أنظمة PLC بشكل عام -نقطة تأريض واحدة. لتعزيز مناعة تداخل الوضع-العام، يمكن تطبيق تقنيات الأرض العائمة المحمية على الإشارات التناظرية. يتضمن ذلك تأريض طبقة التدريع لكابلات الإشارة عند نقطة واحدة مع ترك حلقة الإشارة عائمة، مع الحفاظ على مقاومة العزل للأرض بما لا يقل عن 50 ميجا أوم.
02
تخفيف التداخل
البيئات الصناعية قاسية، وتحتوي على العديد من التداخلات ذات الترددات العالية- والمنخفضة-. عادةً ما يتم إدخال هذه التداخلات إلى PLC من خلال الكابلات المتصلة بالأجهزة الميدانية.
بالإضافة إلى تدابير التأريض، يجب تنفيذ{{0}احتياطات منع التداخل أثناء اختيار الكابل وتركيبه:
(1) الإشارات التناظرية عبارة عن إشارة صغيرة-وشديدة التأثر بالتداخل الخارجي؛ يجب استخدام الكابلات المحمية - المزدوجة.
(2) تتطلب الإشارات النبضية عالية السرعة- (على سبيل المثال، مستشعرات النبض والعدادات الرقمية) كابلات محمية لمنع التداخل الخارجي وتخفيف التداخل من النبضات عالية السرعة-إلى الإشارات ذات المستوى المنخفض-؛
(3) تعمل كابلات الاتصال بين PLCs بترددات أعلى. يوصى عمومًا بالكابلات التي توفرها الشركة المصنعة-؛ قد تكون الكابلات المزدوجة الملتوية-المحمية كافية للتطبيقات الأقل أهمية؛
(4) يجب عدم توجيه خطوط الإشارة التناظرية وخطوط إشارة التيار المستمر في نفس علبة الكابلات مثل خطوط إشارة التيار المتردد؛
(5) يجب تأريض الكابلات المحمية التي تدخل أو تخرج من خزائن التحكم وتوصيلها مباشرة بالمعدات دون المرور عبر الكتل الطرفية؛
(6) يجب ألا تتشارك إشارات التيار المتردد وإشارات التيار المستمر والإشارات التناظرية في نفس الكابل. يجب وضع كابلات الطاقة بشكل منفصل عن كابلات الإشارة.
(7) أثناء الصيانة الميدانية، تشمل طرق تخفيف التداخل ما يلي: استبدال الخطوط المتأثرة بكابلات محمية وإعادة توجيهها؛ دمج كود تصفية التداخل-في البرنامج.
03
إزالة السعة البينية-للأسلاك لمنع المشغلات الكاذبة
توجد السعة بين جميع الموصلات داخل الكابل. تحد الكابلات المؤهلة من قيمة السعة هذه ضمن نطاقات محددة.
حتى مع الكابلات المؤهلة، عندما يتجاوز طول الكابل حدًا معينًا، قد تتجاوز السعة -بين الأسلاك الحدود المطلوبة. عند استخدام مثل هذه الكابلات لمدخلات PLC، فإن السعة البينية-يمكن أن تتسبب في حدوث خلل في PLC، مما يؤدي إلى العديد من الظواهر غير المبررة.
تتجلى هذه الظواهر في المقام الأول على النحو التالي:
- توصيلات صحيحة بشكل واضح، ولكن لم يتم اكتشاف أي إدخال بواسطة PLC؛ المدخلات التي يجب أن تكون موجودة غائبة، بينما تظهر المدخلات غير المرغوب فيها-مما يشير إلى التداخل المتبادل بين مدخلات PLC. لحل هذه المشكلة:
(1) استخدام الكابلات ذات النوى الملتوية؛
(2) تقليل طول الكابل؛
(3) كابلات منفصلة للمدخلات التي تتداخل مع بعضها البعض؛
(4) استخدام الكابلات المحمية.
04
اختيار وحدة الإخراج
يتم تصنيف وحدات الإخراج كنوع -الترانزستور، أو نوع -الثايرستور ثنائي الاتجاه، أو نوع-الاتصال:
(1) توفر وحدات الترانزستور- أسرع سرعة تحويل (عادة 0.2 مللي ثانية) ولكنها تتمتع بأقل سعة تحميل (حوالي . 0.2–0.3 أمبير، 24 فولت تيار مستمر). إنها مناسبة للتبديل السريع ومعدات توصيل الإشارات، والتي تستخدم عادة مع محركات التردد المتغير وأجهزة التيار المستمر. يجب الانتباه إلى تأثير تيار تسرب الترانزستور على الحمل.
(2) توفر الوحدات النمطية من النوع -الثايرستور التشغيل بدون تلامس وخصائص تحميل التيار المتردد، على الرغم من أن سعة التحميل الخاصة بها محدودة.
(3) تدعم مخرجات التتابع كلاً من أحمال التيار المتردد والتيار المستمر بسعة عالية. عادةً ما تكون مخرجات اتصال التتابع هي الخيار الأول لتطبيقات التحكم التقليدية. ومن عيوبها بطء سرعة التبديل (حوالي 10 مللي ثانية)، مما يجعلها غير مناسبة للتبديل عالي التردد-.
05
العاكس الزائد والتعامل مع التيار الزائد
(1) عند تقليل نقطة الضبط لإبطاء المحرك، يدخل المحرك في وضع الكبح المتجدد. تعتبر الطاقة التي يتم تغذيتها مرة أخرى إلى العاكس كبيرة، وتتراكم في مكثفات المرشح. يؤدي هذا إلى ارتفاع جهد المكثف بسرعة، وغالبًا ما يصل إلى عتبة حماية الجهد الزائد للتيار المستمر ويؤدي إلى رحلة العاكس.
الحل: قم بتركيب مقاومة فرامل خارجية لتبديد الطاقة المتجددة التي يتم تغذيتها إلى جانب التيار المستمر.
(2) عندما يتم توصيل عدة محركات صغيرة بالعاكس، يؤدي خطأ التيار الزائد في أحد المحركات إلى إطلاق إنذار، مما يتسبب في تعثر العاكس وإيقاف جميع المحركات.
الحل: قم بتركيب محول عزل 1:1 على جانب إخراج العاكس. عندما يواجه محرك صغير واحد أو أكثر عطلًا في التيار الزائد، يؤثر تيار العطل على المحول بدلاً من العاكس، مما يمنع التعثر. بعد الاختبار، يعمل النظام بشكل موثوق دون حدوث حوادث متكررة لتوقف المحركات العادية.
06
وضع علامة على المدخلات والمخرجات لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها
يتحكم PLC في نظام معقد، حيث يقدم فقط صفوفًا متداخلة من أطراف ترحيل الإدخال/الإخراج، وأضواء المؤشر المقابلة، وأرقام PLC-تشبه دائرة متكاملة بها عشرات من الأطراف. بدون الرجوع إلى المخطط، يصبح استكشاف الأخطاء وإصلاحها مستحيلاً، ويكون اكتشاف الأخطاء بطيئًا للغاية.
ولمعالجة ذلك، قمنا بإنشاء جدول مرجعي يعتمد على المخطط الكهربائي. يقوم هذا الجدول، المثبت على وحدة التحكم أو الخزانة الخاصة بالجهاز، بتعيين كل رقم طرفي للإدخال/الإخراج PLC إلى الرمز الكهربائي المقابل له والاسم الصيني - على غرار الأوصاف الوظيفية لكل طرف على دائرة متكاملة.
باستخدام جدول الإدخال/الإخراج هذا، يمكن للكهربائيين المطلعين على العملية التشغيلية أو مخطط سلم الجهاز متابعة استكشاف الأخطاء وإصلاحها.
ومع ذلك، بالنسبة للكهربائيين غير المعتادين على العملية التشغيلية أو غير القادرين على قراءة مخططات السلم، يلزم وجود جدول إضافي: مخطط الوظائف المنطقية للإدخال/الإخراج PLC. يشرح هذا المخطط بشكل أساسي المراسلات المنطقية بين دوائر الإدخال (مكونات التشغيل والمكونات المرتبطة) ودوائر الإخراج (مكونات التشغيل) لمعظم العمليات التشغيلية.
لقد أثبتت الممارسة: إذا كان بإمكانك استخدام كل من جدول توافق الإدخال/الإخراج وجدول الوظائف المنطقية للإدخال/الإخراج بمهارة، فإن استكشاف الأخطاء الكهربائية وإصلاحها يصبح سهلاً-حتى بدون التخطيطات.
07
خصم الأخطاء من خلال منطق البرنامج
يتم استخدام العديد من أنواع PLC بشكل شائع في الصناعة اليوم. بالنسبة لوحدات التحكم PLC ذات النهاية المنخفضة-، تكون تعليمات مخطط السلم متشابهة إلى حد كبير. بالنسبة للطرز المتوسطة-إلى-المرتفعة-مثل S7-300، تتم كتابة العديد من البرامج باستخدام جداول اللغة.
يجب أن تتضمن مخططات السلم العملية تعليقات توضيحية للرمز الصيني؛ وإلا فسيكون من الصعب قراءتها. إن فهم عملية المعدات أو التسلسل التشغيلي مسبقًا يجعل تفسير مخططات السلم أسهل.
عند إجراء تحليل الأعطال الكهربائية، يتم عادةً تطبيق أسلوب التتبع العكسي-المعروف أيضًا باسم التتبع الخلفي-. يتضمن ذلك استخدام جدول مراسلات الإدخال / الإخراج لتحديد موقع مرحل إخراج PLC المقابل من نقطة الخطأ، ثم تتبعه مرة أخرى لتحديد العلاقات المنطقية التي تسببت في تنشيطه.
تظهر التجربة أن تحديد مشكلة واحدة عادةً ما يؤدي إلى حل الخطأ، حيث من النادر حدوث حالات فشل متزامنة في نقطتين أو أكثر.
08
تشخيص أعطال أجهزة PLC
بشكل عام، تعتبر PLCs أجهزة موثوقة للغاية مع معدلات فشل منخفضة للغاية. إن احتمالية حدوث تلف في أجهزة PLC أو وحدة المعالجة المركزية (CPU)، أو حدوث أخطاء تشغيلية في البرنامج، هي صفر تقريبًا. نادرًا ما تفشل نقاط إدخال PLC ما لم تتعرض لتداخل الجهد العالي-. وبالمثل، فإن الاتصالات المفتوحة عادة لمرحلات خرج PLC تظهر عمرًا طويلًا بشكل استثنائي ما لم يتم اختراقها بسبب دوائر قصر الحمل الخارجية، أو التصميم غير المناسب، أو التيار الذي يتجاوز الحدود المقدرة.
لذلك، عند استكشاف الأخطاء الكهربائية وإصلاحها، يجب أن يكون التركيز على المكونات الكهربائية الطرفية المتصلة بـ PLC. تجنب الشك على الفور في مشكلات أجهزة PLC أو مشكلات البرمجة، حيث يعد هذا النهج ضروريًا للإصلاح السريع واستعادة الإنتاج بسرعة.
وبالتالي، فإن تشخيص الأعطال الكهربائية الذي تمت مناقشته هنا لدوائر التحكم PLC لا يركز على PLC نفسه، ولكن على المكونات الكهربائية الطرفية داخل الدوائر التي يتحكم فيها PLC.
09
الاستخدام الأمثل لموارد البرامج والأجهزة
(1) لا يلزم توصيل التعليمات غير المشاركة في دورات التحكم أو تلك التي تم تنشيطها بالفعل قبل الدورة بـ PLC؛
(2) عندما تتحكم تعليمات متعددة في مهمة واحدة، يمكن توصيلها بالتوازي خارجيًا قبل ربطها بنقطة إدخال واحدة؛
(3) الاستفادة الكاملة من كتل الوظائف الداخلية والحالات المتوسطة لـ PLC لضمان سلامة البرنامج وتماسكه، وتسهيل التطوير. وهذا أيضًا يقلل من الاستثمار في الأجهزة ويخفض التكاليف؛
(4) حيثما أمكن، قم بعزل كل قناة إخراج لتسهيل التحكم والفحص، مع حماية دوائر الإخراج الأخرى. لن يؤدي حدوث خطأ في نقطة إخراج واحدة إلا إلى فقدان السيطرة على دائرة الإخراج المقابلة؛
(5) بالنسبة للمخرجات التي تتحكم في الأحمال الأمامية/الخلفية، قم بتنفيذ التشابك ليس فقط داخل برنامج PLC ولكن أيضًا خارجيًا لمنع الحمل من العمل في كلا الاتجاهين في وقت واحد؛
(6) يجب تنفيذ التوقف الطارئ PLC عبر مفاتيح خارجية لضمان السلامة.
10
اعتبارات إضافية
(1) لا تقم أبدًا بتوصيل خطوط طاقة التيار المتردد بأطراف الإدخال لمنع تلف PLC؛
(2) يجب أن تكون المحطات الأرضية مؤرضة بشكل مستقل، وغير متصلة على التوالي مع أسس المعدات الأخرى. يجب ألا تقل مساحة المقطع العرضي للسلك الأرضي- عن 2 مم²؛
(3) يتمتع مصدر الطاقة الإضافي بقدرة محدودة ويمكنه فقط تشغيل الأجهزة ذات الطاقة المنخفضة- (على سبيل المثال، أجهزة الاستشعار الكهروضوئية)؛
(4) تحتوي بعض أجهزة PLC على أطراف عناوين محجوزة (أي أطراف عناوين فارغة). لا تقم بتوصيل الأسلاك بهذه المحطات؛
(5) عندما تفتقر دوائر خرج PLC إلى الحماية، قم بتركيب أجهزة حماية مثل الصمامات المتسلسلة داخل الدائرة الخارجية لمنع الضرر الناتج عن دوائر قصر الحمل.