إن وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)، باعتبارها منتجات التحكم الرئيسية في الأتمتة الصناعية، موجودة منذ نصف قرن. ومع تطور تقنيات أشباه الموصلات والكمبيوتر والاتصالات، شهد مجال التحكم الصناعي تغيرات جذرية، وتطورت الشركات المحدودة العامة عبر خمسة أجيال من حيث الأداء والوظيفة وسهولة الاستخدام وشكل المنتج. سنناقش اليوم حلولاً لتحديات PLC الشائعة.
أولاً، دعونا نعيد النظر في الأساسيات ونحدد ما هو PLC:
إنه نوع من أجهزة الذاكرة القابلة للبرمجة المستخدمة لتخزين البرامج داخليًا. فهو ينفذ تعليمات موجهة للمستخدم- مثل العمليات المنطقية، والتحكم المتسلسل، والتوقيت، والعد، والعمليات الحسابية، ويتحكم في أنواع مختلفة من الآلات أو عمليات الإنتاج من خلال الإدخال/الإخراج الرقمي أو التناظري.
I. قضايا مقاومة التدخل
مع تقدم العلوم والتكنولوجيا، يتم تطبيق PLCs على نطاق أوسع في التحكم الصناعي. تؤثر موثوقيتها بشكل مباشر على الإنتاج الآمن والعمليات الاقتصادية للمؤسسات الصناعية، وتعد قدرة النظام على مقاومة التداخل أمرًا أساسيًا لضمان التشغيل الموثوق للنظام بأكمله. لتحسين موثوقية أنظمة التحكم PLC، من ناحية، يجب على مصنعي PLC تعزيز مقاومة تداخل المعدات؛ ومن ناحية أخرى، يتطلب الأمر إعطاء أولوية عالية للتصميم الهندسي والتركيب والبناء والتشغيل والصيانة. فقط من خلال التعاون متعدد-الأطراف يمكن حل المشكلة بشكل كامل، مما يؤدي إلى تعزيز مقاومة تداخل النظام بشكل فعال.
[مصادر التداخل والتصنيف العام]
مصادر التداخل التي تؤثر على أنظمة التحكم PLC تشبه تلك التي تؤثر بشكل عام على معدات التحكم الصناعية؛ تنشأ معظمها في المناطق التي يتقلب فيها التيار أو الجهد بشكل كبير. هذه المناطق ذات الحركة المكثفة للشحنات هي مصادر الضوضاء، أي مصادر التداخل.
يتم تصنيف مصادر التداخل عادةً بناءً على سبب التداخل وأسلوب تداخل الضوضاء وخصائص شكل موجة الضوضاء.
1. حسب سبب توليد الضوضاء: ضوضاء التفريغ، ضوضاء الاندفاع، ضوضاء التذبذب عالية التردد-
2. حسب شكل الموجة وطبيعة الضوضاء: الضوضاء المستمرة، الضوضاء المتفرقة
3. حسب وضع التداخل: تداخل الوضع-العام، وتداخل الوضع-التفاضلي
ومن بين هذه الأساليب، يمثل تداخل الوضع-الشائع وتداخل الوضع-التفاضلي طريقة تصنيف شائعة نسبيًا. يشير تداخل الوضع - الشائع إلى الفرق المحتمل بين خط الإشارة والأرض. يتم تشكيله في المقام الأول من خلال تراكب الفولتية المشتركة (نفس الاتجاه) - الناتجة على خطوط الإشارة عن طريق اقتحام شبكة الطاقة، واختلافات الجهد الأرضي، والإشعاع الكهرومغناطيسي المكاني. يمكن أن تكون جهود الوضع العام-عالية جدًا في بعض الأحيان؛ خاصة في الغرف التي يتم تشغيلها بواسطة وحدات التوزيع ذات أداء العزل الضعيف، يكون جهد الوضع المشترك-لإشارات خرج جهاز الإرسال مرتفعًا بشكل عام، حيث يصل بعضها إلى ما يزيد عن 130 فولت. ويمكن تحويل جهد الوضع-العام إلى جهد الوضع-التفاضلي من خلال دوائر غير متوازنة، مما يؤثر بشكل مباشر على إشارات القياس والتحكم ويتسبب في تلف المكونات. هذا النوع من تداخل الوضع-الشائع يمكن أن يكون إما DC أو AC.
يشير التداخل في الوضع -التفاضلي إلى جهد التداخل الذي يعمل بين طرفي الإشارة. ويتكون بشكل أساسي من الفولتية الناتجة عن اقتران المجال الكهرومغناطيسي في الهواء وتحويل تداخل الوضع الشائع -من خلال دوائر غير متوازنة. يتم فرض هذا الجهد مباشرة على الإشارة، مما يؤثر بشكل مباشر على دقة القياس والتحكم.
[المصادر الرئيسية للتداخل الكهرومغناطيسي]
1. التداخل المشع من البيئة
يتم إنشاء المجالات الكهرومغناطيسية المشعة (EMI) في البيئة في المقام الأول عن طريق شبكات الطاقة، والعابرين في المعدات الكهربائية، والبرق، والبث الإذاعي، والتلفزيون، والرادار، ومعدات التدفئة الحثية عالية التردد. ويشار إلى هذا عادةً بالتداخل المشع.
فهو يتسبب في المقام الأول في حدوث تداخل من خلال مسارين: 1) توجيه الإشعاع إلى PLC، مما يؤدي إلى حدوث تداخل في الدوائر
2) الإشعاع الموجه إلى شبكة الاتصالات الداخلية للـ PLC، مما يحدث تداخلاً من خلال الحث في خطوط الاتصال
ويرتبط التداخل الإشعاعي بتصميم المعدات الميدانية وحجم المجالات الكهرومغناطيسية التي تولدها المعدات، وخاصة ترددها. يتم تحقيق الحماية بشكل عام من خلال استخدام الكابلات المحمية، والتدريع المحلي لـ PLC، وأجهزة منع زيادة الجهد-.
2. التداخل من كابلات النظام الخارجية
يتم تقديم هذا التداخل في المقام الأول من خلال خطوط الطاقة والإشارة ويشار إليه عادة باسم التداخل المجرى. وهذا النوع من التداخل شديد بشكل خاص في البيئات الصناعية في الصين.
1) التدخل من مصادر الطاقة
لقد أظهرت الممارسة أن العديد من حالات فشل نظام التحكم PLC ناتجة عن التداخل الذي يتم إدخاله من خلال مصدر الطاقة؛ يتم حل المشكلة عادةً عن طريق استبدال مصدر الطاقة بمصدر يوفر أداء عزل أعلى.
عادةً ما تستخدم مصادر طاقة PLC مصادر طاقة معزولة، ولكن نظرًا لعوامل عملية التصنيع والهيكلة، فإن أداء عزلها ليس مثاليًا. في الواقع، العزل المطلق مستحيل بسبب وجود المعلمات الموزعة، وخاصة السعة الموزعة.
2) التداخل المقدم عبر خطوط الإشارة
إن خطوط نقل الإشارات المختلفة المتصلة بنظام التحكم PLC تسمح حتماً بتداخل إشارات التداخل الخارجي، بالإضافة إلى نقل المعلومات الصحيحة.
يدخل هذا التداخل بشكل أساسي من خلال مسارين: أولاً، تداخل شبكة الطاقة الذي يتم تقديمه عبر مصدر طاقة جهاز الإرسال أو مصدر الطاقة المشترك مع أجهزة الإشارة-وهو عامل غالبًا ما يتم تجاهله؛
ثانياً، التداخل الناجم عن الإشعاع الكهرومغناطيسي المكاني على خطوط الإشارة، أي التداخل المستحث الخارجي على خطوط الإشارة، وهو شديد الخطورة بشكل خاص.
3) التداخل الناتج عن نظام التأريض غير المنظم
يعد التأريض إحدى الطرق الفعالة لتحسين التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) للمعدات الإلكترونية. يمكن للتأريض الصحيح أن يمنع تأثيرات التداخل الكهرومغناطيسي ويمنع الجهاز من انبعاث التداخل؛ على العكس من ذلك، يمكن أن يؤدي التأريض غير الصحيح إلى ظهور إشارات تداخل شديدة، مما يؤدي إلى خلل في نظام PLC.
تشتمل خطوط التأريض في نظام التحكم PLC على تأريض النظام، وتأريض الدرع، وتأريض التيار المتردد، والتأريض الواقي. إن التداخل الناتج عن نظام التأريض الفوضوي في نظام PLC ينتج بشكل أساسي عن التوزيع المحتمل غير المتساوي عند نقاط التأريض المختلفة. تؤدي الاختلافات المحتملة بين نقاط التأريض المختلفة إلى إنشاء تيارات حلقة أرضية، مما يؤثر على التشغيل العادي للنظام.
3. التداخل من داخل نظام PLC
يتولد هذا التداخل في المقام الأول عن طريق الإشعاع الكهرومغناطيسي المتبادل بين المكونات الداخلية والدوائر، مثل الإشعاع المتبادل بين الدوائر المنطقية وتأثيرها على الدوائر التناظرية، والتفاعل بين الأرض التناظرية والأرضية المنطقية، والاستخدام غير المتطابق للمكونات. تندرج هذه المشكلات ضمن نطاق تصميم التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) الذي تجريه الشركة المصنعة لـ PLC للمكونات الداخلية للنظام. وبما أن هذه مسألة معقدة خارجة عن سيطرة قسم التطبيقات، فلا داعي للتدقيق فيها بشكل مفرط؛ ومع ذلك، فمن الضروري اختيار الأنظمة التي تتمتع بسجل حافل أو تلك التي تم اختبارها بدقة.
[التداخل-تصميم مقاوم]
1. اختيار المعدات
عند اختيار المعدات، قم بإعطاء الأولوية للمنتجات ذات مقاومة التداخل العالية، بما في ذلك التوافق الكهرومغناطيسي (EMC)، وخاصة مقاومة التداخل الخارجي. تشمل الأمثلة أنظمة PLC التي تستخدم تقنية الأرض العائمة وتتمتع بأداء عزل ممتاز؛ ثانيًا، يجب مراجعة مواصفات مكافحة التداخل- المقدمة من قبل الشركة المصنعة، مثل نسبة رفض الوضع - الشائعة (CMRR) ونسبة رفض الوضع التفاضلي - (DMRR)، وإمكانية تحمل الجهد، والحد الأقصى لقوة المجال الكهربائي وتردد المجال المغناطيسي الذي تم تصنيف النظام للعمل به؛ بالإضافة إلى ذلك، ينبغي للمرء تقييم سجل المنتج في تطبيقات مماثلة.
2. تصميم شامل مضاد للتداخل-.
يتضمن هذا في المقام الأول العديد من التدابير الرئيسية لمنع التداخل الناشئ من خارج النظام، بما في ذلك: حماية نظام PLC والكابلات الخارجية لمنع التداخل الكهرومغناطيسي المشع؛ عزل وتصفية الكابلات الخارجية-خاصة كابلات الطاقة-وترتيبها في طبقات لمنع التداخل الكهرومغناطيسي الموصل من الدخول عبر الكابلات؛ وتصميم نقاط التأريض وأجهزة التأريض بشكل صحيح لتحسين نظام التأريض. بالإضافة إلى ذلك، يجب استخدام الأساليب المستندة إلى البرامج- لتعزيز أمان النظام وموثوقيته بشكل أكبر.
[إجراءات مكافحة-التدخل الرئيسية]
1. استخدم مصادر الطاقة-عالية الأداء لمنع التداخل القادم من شبكة الطاقة
في أنظمة التحكم PLC، يلعب مصدر الطاقة دورًا حاسمًا. يقترن تداخل شبكة الطاقة بشكل أساسي بنظام التحكم PLC من خلال مصادر طاقة النظام (مثل مصادر طاقة وحدة المعالجة المركزية، وإمدادات طاقة الإدخال/الإخراج، وما إلى ذلك)، وإمدادات طاقة جهاز الإرسال، وإمدادات الطاقة للأدوات التي لها توصيلات كهربائية مباشرة بنظام PLC. في الوقت الحالي، يتم استخدام مصادر الطاقة ذات أداء العزل الجيد بشكل عام في أنظمة PLC. ومع ذلك، لم يتم إيلاء اهتمام كاف لإمدادات الطاقة لأجهزة الإرسال والأدوات المتصلة كهربائيًا مباشرة بنظام PLC. وعلى الرغم من تنفيذ بعض تدابير العزل، إلا أنها غير كافية بشكل عام. ويرجع ذلك في المقام الأول إلى أن محولات العزل المستخدمة لها معلمات موزعة كبيرة وقدرات ضعيفة على منع التداخل، مما يسمح بتداخل الوضع-العام والوضع التفاضلي-من خلال مصدر الطاقة. ولذلك، بالنسبة لتشغيل أجهزة الإرسال والأجهزة التي تتقاسم خطوط الإشارة، يجب اختيار موزعي الطاقة ذوي السعة الموزعة المنخفضة وعرض نطاق القمع الواسع (مثل تلك التي تستخدم مراحل عزل متعددة، والتدريع، وتقنيات تقليل محاثة التسرب) لتقليل التداخل في نظام PLC.
2. اختيار الكابل وتخطيطه
ينبغي إرسال أنواع مختلفة من الإشارات عبر كابلات منفصلة. يجب وضع كابلات الإشارة في طبقات وفقًا لنوع الإشارة المرسلة. يمنع منعا باتا استخدام موصلات مختلفة داخل نفس الكابل لنقل الطاقة والإشارات في وقت واحد. لا ينبغي وضع خطوط الإشارة على مقربة من كابلات الطاقة لتقليل التداخل الكهرومغناطيسي.
3. تصفية الأجهزة وإجراءات مكافحة البرامج-للتداخل
قبل دخول الإشارات إلى الكمبيوتر، قم بتوصيل مكثف بالتوازي بين خط الإشارة والأرضي لتقليل تداخل الوضع -العام؛ يمكن أن يؤدي تثبيت مرشح بين طرفي الإشارة إلى تقليل تداخل الوضع -التفاضلي.
4. الاختيار الصحيح لنقاط التأريض وتحسين نظام التأريض
عادةً ما يخدم التأريض غرضين: الأمان ومنع التداخل. يعد نظام التأريض -المصمم جيدًا أحد الإجراءات الأساسية لحماية أنظمة التحكم PLC من التداخل الكهرومغناطيسي. هناك ثلاثة أنواع من طرق التأريض للنظام: الأرض العائمة، والأرض المباشرة، والأرضية السعوية.
عندما يتم تأريض مصدر الإشارة، يجب تأريض الدرع على جانب الإشارة؛ عندما لا يتم تأريضه، يجب تأريضه على جانب PLC؛ عندما تكون هناك مفاصل في خط الإشارة، يجب أن يكون الدرع متصلاً ومعزولًا بشكل آمن، ويجب تجنب نقاط التأريض المتعددة؛ عند توصيل -كابلات زوجية ملتوية محمية من نقاط قياس متعددة بكبلات زوجية-ملتوية متعددة النواة-مع درع مشترك، يجب أن تكون دروع كل كابل متصلة ببعضها البعض ومعزولة بشكل صحيح.
ثانيا. تحسين الكفاءة التشغيلية
1. تخطيط الكتل الوظيفية بناءً على متطلبات المشروع الفعلية
كتابة الروتين الفرعي: في PLC، الروتين الفرعي هو برنامج مستقل نسبيًا مكتوب لأغراض تحكم محددة. عند تنفيذ تعليمات استدعاء روتين فرعي مثل CALL، إذا لم يتم استيفاء شروط استدعاء الروتين الفرعي، فإن فحص البرنامج يستمر فقط داخل البرنامج الرئيسي ولا يقوم بمسح قسم الروتين الفرعي، وبالتالي تقليل وقت الفحص غير الضروري.
2. التحكم في المخرجات عن طريق نقل بيانات Word أو Double-Word إلى نقاط DO
تتضمن تطبيقات PLC عادةً عددًا كبيرًا من عناصر التحكم في الإخراج. يمكن أن يؤدي التحكم في المخرجات عن طريق نقل بيانات الكلمة أو الكلمة المزدوجة- إلى نقاط DO إلى تحسين السرعة. من خلال تخصيص عناوين المخرجات بشكل معقول وتحويل كلمات مخرجات التحكم وفقًا لمتطلبات التطبيق الفعلية، يمكن تقليل عدد خطوات التنفيذ في برنامج PLC بشكل كبير، وبالتالي تسريع وقت تشغيل البرنامج.
3. يتم تشغيل النبض -SET وإعادة الضبط
في PLC، يجب تنفيذ تعليمات SET مرة واحدة فقط؛ ولا يلزم تنفيذه أثناء كل عملية فحص، مما يجعله-مناسبًا تمامًا للاستخدام مع تعليمات إخراج النبض (PLS/PLF). يتجاهل بعض المهندسين هذه المشكلة ويستخدمون الطرق التقليدية لتشغيل تعليمات SET، مما يؤدي عن غير قصد إلى زيادة وقت تنفيذ المسح لبرنامج PLC.