¿Cuál es la razón por la cual el PLC funciona de manera confiable y tiene una gran capacidad antiinterferente?

1 Descripción general

Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, el PLC se utiliza cada vez más en el control industrial. La confiabilidad del sistema de control PLC afecta directamente la producción segura y el funcionamiento económico de las empresas industriales. La capacidad antiinterferencias del sistema es la clave para el funcionamiento confiable de todo el sistema. En la sala de control se instalan varios tipos de PLC utilizados en sistemas de automatización, y algunos se instalan en el sitio de producción y en diversos equipos de motor. La mayoría de ellos se encuentran en el duro entorno electromagnético formado por circuitos y equipos de alto voltaje. Para mejorar la confiabilidad del sistema de control PLC, por un lado, los fabricantes de PLC deben mejorar la capacidad antiinterferente del equipo, por otro lado, deben otorgar gran importancia al diseño, la instalación y la operación de ingeniería; y mantenimiento sólo a través de la cooperación multipartita se puede resolver el problema y mejorar eficazmente el rendimiento antiinterferencias.

2 Fuentes de interferencias electromagnéticas e interferencias al sistema

2.1 Fuentes de interferencias y clasificación general de las interferencias

Fuentes de interferencias que afectan a los sistemas de control PLC y su impacto general en control industrial Las fuentes de interferencia de los equipos son las mismas. La mayoría de ellas ocurren en partes donde la corriente o el voltaje cambian drásticamente. Estas partes donde las cargas se mueven violentamente son fuentes de ruido, es decir, fuentes de interferencia.

Los tipos de interferencia generalmente se clasifican según la causa de la interferencia, el patrón de interferencia del ruido y las características de la forma de onda del ruido. Entre ellos: según las diferentes causas del ruido, se puede dividir en ruido de descarga, ruido de sobretensión, ruido de oscilación de alta frecuencia, etc. Según la forma de onda y la naturaleza del ruido, se puede dividir en ruido continuo y ruido episódico. Según los diferentes modos de interferencia de ruido, se puede dividir en interferencia de modo ** e interferencia de modo diferencial. * * *La interferencia de modo y la interferencia de modo diferencial son métodos de clasificación comúnmente utilizados. * * * La interferencia del patrón es la diferencia de potencial entre la señal y la tierra, que es causada principalmente por la superposición de la conexión en serie de la red, la diferencia de potencial de tierra y el * * * voltaje estatal (codireccional) inducido por la radiación electromagnética espacial. en la línea de señal. * * * El voltaje de modo a veces es mayor, especialmente en salas de energía con un rendimiento de aislamiento deficiente. El voltaje del modo * * * de la señal de salida del transmisor es generalmente más alto y algunos pueden llegar hasta 130 V. * * * El voltaje de modo se puede convertir en voltaje de modo diferencial a través de un circuito asimétrico, lo que afecta directamente la señal de medición y control y causa daño a los componentes (esta es la razón principal de la alta tasa de daño de algunos módulos de E/S del sistema). Esta interferencia de modo * * * puede ser interferencia de CC o interferencia de CA. La interferencia de modo diferencial se refiere al voltaje de interferencia que actúa entre los dos polos de la señal. Es inducida principalmente por el acoplamiento espacial del campo electromagnético entre las señales y el voltaje formado por la interferencia del modo de conversión del circuito desequilibrado. Esta interferencia se superpone directamente a la señal y afecta directamente la precisión de la medición y el control.

2.2 Las principales fuentes de interferencias electromagnéticas en los sistemas de control PLC

2.2.1 Interferencias por radiación espacial

El campo electromagnético radiado en el espacio es causado principalmente por la radiación instantánea. Radiación de redes eléctricas y equipos eléctricos Generada por procesos dinámicos, rayos, transmisiones de radio, televisión, radares, equipos de calentamiento por inducción de alta frecuencia, etc. , a menudo llamada interferencia radiada, y su distribución es extremadamente compleja. Si el sistema PLC se coloca en un campo de radiofrecuencia, recibirá interferencias de radiación y su impacto pasa principalmente a través de dos caminos: uno es la interferencia directa con la radiación dentro del PLC, que sin embargo es inducida por el circuito durante la comunicación del PLC; , se generará radiación en la red y la inducción en las líneas de comunicación puede introducir interferencias. La interferencia radiada está relacionada con la disposición de los equipos en el sitio y los campos electromagnéticos generados por los equipos, especialmente la frecuencia. Generalmente está protegido mediante la instalación de cables blindados y componentes de alivio de presión de alto voltaje y blindaje local del PLC.

2.2.2 Interferencia procedente de cables externos del sistema

Se introduce principalmente a través de líneas de alimentación y señal, y suele denominarse interferencia conducida. Esta perturbación es aún más grave en el sector industrial de China.

(1) Interferencia en la fuente de alimentación

La práctica ha demostrado que el autor encontró muchas fallas en el sistema de control del PLC debido a interferencias en la fuente de alimentación durante una depuración de ingeniería. Reemplazo del PLC con mayor rendimiento de aislamiento. El problema se resolvió después de encender la fuente de alimentación.

El suministro eléctrico normal del sistema PLC lo proporciona la red eléctrica. Debido a la amplia cobertura de la red eléctrica, ésta estará sujeta a interferencias electromagnéticas desde todos los espacios, induciendo tensiones y circuitos en las líneas. En particular, cambios en la red eléctrica, sobretensiones de conmutación, arranque y parada de grandes equipos eléctricos, armónicos causados ​​por variadores de CA y CC, impactos transitorios de cortocircuito de la red eléctrica, etc.

se transmiten al lado primario de la fuente de alimentación a través de líneas de transmisión. Las fuentes de alimentación PLC suelen utilizar fuentes de alimentación aisladas, pero debido a su mecanismo y factores del proceso de fabricación, el aislamiento no es ideal. De hecho, el aislamiento absoluto es imposible debido a la existencia de parámetros distribuidos, especialmente capacitancia distribuida.

(2) Interferencia introducida por las líneas de señal

Además de transmitir diversa información efectiva, varias líneas de transmisión de señales conectadas al sistema de control PLC siempre tendrán señales de interferencia externas intrusivas. Hay dos formas principales de este tipo de interferencia: una es la interferencia de la red eléctrica de la fuente de alimentación del transmisor o la fuente de alimentación del instrumento de señal en serie, que a menudo se ignora; en segundo lugar, la línea de señal es interferida por la inducción; de la radiación electromagnética espacial, es decir, la línea de señal se ve afectada por la interferencia de inducción del mundo exterior, lo cual es muy grave. La interferencia introducida por la señal hará que la señal de E/S funcione de forma anormal, lo que reducirá en gran medida la precisión de la medición y, en casos graves, provocará daños en los componentes. Para sistemas con un rendimiento de aislamiento deficiente, también provocará interferencias mutuas entre señales, lo que provocará un reflujo del bus del sistema, cambios en los datos lógicos, mal funcionamiento y fallos. La cantidad de daños en los módulos de E/S causados ​​por interferencias de señales en el sistema de control PLC es bastante grave y también hay muchas fallas en el sistema.

(3) Interferencia del sistema de puesta a tierra caótico

La conexión a tierra es uno de los medios eficaces para mejorar la compatibilidad electromagnética de los equipos electrónicos. Una conexión a tierra correcta no sólo puede suprimir los efectos de la interferencia electromagnética, sino también la interferencia del equipo; sin embargo, una conexión a tierra incorrecta puede introducir señales de interferencia graves, haciendo que el sistema PLC no pueda funcionar correctamente.

Los cables de conexión a tierra del sistema de control PLC incluyen conexión a tierra del sistema, conexión a tierra de blindaje, conexión a tierra de CA y conexión a tierra de protección. La interferencia del caos del sistema de puesta a tierra en el sistema PLC se debe principalmente a la distribución desigual del potencial de cada punto de tierra y a las diferencias de potencial de tierra entre diferentes puntos de tierra, lo que provoca una corriente de bucle de tierra y afecta el funcionamiento normal del sistema. Por ejemplo, la pantalla del cable debe estar conectada a tierra en un punto. Si ambos extremos A y B del blindaje del cable están conectados a tierra, se producirá una diferencia de potencial de tierra y la corriente fluirá a través del blindaje. Cuando ocurren condiciones anormales como la caída de un rayo, la corriente de tierra será mayor.

Además, el blindaje, el cable de tierra y la tierra pueden formar un circuito cerrado. Bajo la influencia de un campo magnético cambiante, puede haber una corriente inducida en la capa protectora, que puede interferir con el bucle de señal a través del acoplamiento entre la capa protectora y el cable central. Si el sistema se confunde con otros tratamientos de puesta a tierra, la circulación de tierra resultante puede producir una distribución potencial desigual en el cable de tierra, afectando el funcionamiento normal de los circuitos lógicos y analógicos en el PLC. El PLC tiene una baja tolerancia a la interferencia de voltaje lógico. La interferencia de distribución del potencial de tierra lógico puede afectar fácilmente la operación lógica y el almacenamiento de datos del PLC, causando confusión en los datos, pérdida de control del programa o fallas. La distribución del potencial de tierra simulado conducirá a una disminución en la precisión de la medición, causando graves distorsiones y mal funcionamiento en la medición y el control de la señal.

2.2.3 Interferencias desde el interior del sistema PLC.

Es causada principalmente por la radiación electromagnética mutua entre componentes y circuitos del sistema, como la radiación mutua de los circuitos lógicos y su impacto en los circuitos analógicos, la influencia mutua entre la tierra analógica y la tierra lógica, y la inconsistencia de los componentes. uso coincidente, etc. Todo esto es parte del diseño EMC del sistema por parte del fabricante del PLC. Es relativamente complicado y no se puede cambiar como departamento de aplicaciones, por lo que no necesita pensar demasiado, pero debe elegir un sistema con más resultados de aplicación o. más pruebas.

Diseño antiinterferencias para aplicaciones de ingeniería de sistemas de control PLC

Para evitar o reducir las interferencias electromagnéticas internas y externas en el entorno electromagnético industrial, se deben tomar tres medidas de supresión desde el diseño. etapa: suprimir las fuentes de interferencia; cortar o atenuar la ruta de propagación de la interferencia electromagnética; mejorar la capacidad antiinterferente de los equipos y sistemas; Estos tres puntos son los principios básicos para suprimir las interferencias electromagnéticas.

La antiinterferencia del sistema de control PLC es un proyecto sistemático que requiere que los fabricantes diseñen y produzcan productos con una fuerte capacidad antiinterferente. Depende de la consideración integral del diseño, la instalación, la operación y el mantenimiento de ingeniería. por el departamento del usuario, combinado con la situación real, se lleva a cabo un diseño integral de acuerdo con la situación para garantizar la compatibilidad electromagnética y la confiabilidad operativa del sistema. Al realizar un diseño antiinterferencias para proyectos específicos, debe centrarse principalmente en los dos aspectos siguientes.

3.1 Selección de equipos

Al seleccionar equipos, primero debe elegir productos con fuertes capacidades antiinterferentes, incluida la compatibilidad electromagnética (EMC), especialmente productos con fuertes capacidades antiinterferentes, como Como utilice tecnología flotante y un sistema PLC con buen rendimiento de aislamiento, en segundo lugar, debe comprender los indicadores antiinterferencias proporcionados por el fabricante, como * * * relación del sistema analógico, relación analógica en modo diferencial, voltaje soportado, así como el permitido; intensidad del campo eléctrico de trabajo y campo magnético de alta frecuencia ¿Qué tan fuerte es el medio ambiente? El segundo es examinar el rendimiento de su aplicación en trabajos similares. Al elegir productos importados, tenga en cuenta: China utiliza un sistema de red eléctrica de alta resistencia interna de 220 V, mientras que Europa y Estados Unidos utilizan un sistema de red eléctrica de baja resistencia interna de 110 V. Debido a la gran resistencia interna de la red eléctrica de mi país, la gran deriva del potencial de punto cero y los grandes cambios de potencial del suelo, la interferencia electromagnética de las empresas industriales es al menos 4 veces mayor que la de Europa y los Estados Unidos, y la resistencia antimagnética del sistema. -el rendimiento de interferencia es mayor. Los productos PLC que pueden funcionar normalmente en el extranjero no necesariamente funcionan de manera confiable en la industria nacional. Cuando se utilizan productos extranjeros, deben seleccionarse razonablemente de acuerdo con los estándares de nuestro país (GB/T13926).

3.2 Diseño antiinterferencias integral

Este artículo considera principalmente varias medidas de supresión de frecuencia intermedia desde fuera del sistema. Los contenidos principales incluyen: proteger el sistema PLC y los cables externos para evitar que las interferencias electromagnéticas radiadas en el espacio estén aisladas y filtradas, especialmente los cables de alimentación principales están dispuestos en capas para evitar que se introduzcan y corrijan interferencias electromagnéticas conductoras; Diseño de puntos de puesta a tierra y dispositivos de puesta a tierra, mejorar el sistema de puesta a tierra. Además, se deben utilizar medios de software para mejorar aún más la seguridad y fiabilidad del sistema.

4 Principales medidas antiinterferencias

4.1 Utilizar una fuente de alimentación de excelentes prestaciones para suprimir las interferencias introducidas por la red eléctrica.

En el sistema de control PLC, la fuente de alimentación ocupa un lugar muy importante. La interferencia de la red se acopla al sistema de control del PLC principalmente a través de la fuente de alimentación del sistema PLC (como la fuente de alimentación de la CPU, la fuente de alimentación de E/S, etc.). ), fuente de alimentación del transmisor y fuente de alimentación del instrumento que están conectados eléctricamente directamente al sistema PLC. En la actualidad, para la fuente de alimentación del sistema PLC, generalmente se utiliza la fuente de alimentación con buen rendimiento de aislamiento, mientras que la fuente de alimentación del transmisor y la fuente de alimentación del instrumento directamente conectada eléctricamente al sistema PLC no han recibido suficiente atención. Aunque se han tomado algunas medidas de aislamiento, generalmente no son suficientes. La razón principal es que el transformador de aislamiento utilizado tiene grandes parámetros de distribución y capacidades deficientes de supresión de interferencias. * La interferencia de modo y la interferencia de modo diferencial están conectadas en serie mediante acoplamiento de potencia. Por lo tanto, para el suministro de energía de transmisores e instrumentos de señal, se debe seleccionar un distribuidor con una capacitancia distribuida pequeña y una banda de supresión grande (como blindaje de aislamiento múltiple y tecnología de inductancia de fuga) para reducir la interferencia al sistema PLC.

Además, esta ubicación garantiza que el punto de alimentación a la red no se verá interrumpido y podrá ser alimentado por un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) en línea, lo que mejora la seguridad y fiabilidad del suministro eléctrico. Además, el UPS tiene un fuerte rendimiento de aislamiento de interferencias y es una fuente de alimentación ideal para sistemas de control PLC.

4.2 Selección y diseño de cables

Con el fin de reducir las interferencias electromagnéticas radiadas por los cables de alimentación, especialmente los cables de alimentación de los dispositivos de conversión de frecuencia. En cierto proyecto, el autor utilizó cables eléctricos blindados con cinta de cobre, reduciendo así la interferencia electromagnética en la producción de líneas eléctricas. Se lograron resultados satisfactorios después de que el proyecto se pusiera en producción.

Se transmiten diferentes tipos de señales mediante diferentes cables, y los cables de señal deben instalarse en diferentes capas según el tipo de señales transmitidas. Está estrictamente prohibido utilizar diferentes conductores del mismo cable para transmitir energía y señales al mismo tiempo. Evite la instalación paralela de líneas de señal y cables de alimentación para reducir las interferencias electromagnéticas.

4.3 Filtrado de hardware y medidas anti-IF de software

Antes de conectar la señal al ordenador, conecte un condensador en paralelo entre la línea de señal y tierra para reducir el modo * * * interferencia; agregar un filtro entre los polos puede reducir la interferencia del modo diferencial.

Debido a la complejidad de las interferencias electromagnéticas, es imposible eliminar los efectos de las interferencias. Por lo tanto, en el diseño y configuración del software del sistema de control PLC, se debe realizar un procesamiento antiinterferencia en el software para mejorar aún más la confiabilidad del sistema. Algunas medidas comúnmente utilizadas: el filtrado digital y el muestreo de configuración de la frecuencia de potencia pueden eliminar eficazmente la interferencia periódica; corregir periódicamente el potencial del punto de referencia y utilizar puntos cero dinámicos para prevenir eficazmente la deriva potencial; utilizar tecnología de redundancia de información para diseñar las banderas de software correspondientes; Las trampas de software mejoran la confiabilidad de las estructuras de software.

4.4 Elegir correctamente el punto de puesta a tierra y mejorar el sistema de puesta a tierra.

La conexión a tierra suele tener dos propósitos, uno es por seguridad y el otro es suprimir interferencias. Un sistema de puesta a tierra completo es una de las medidas importantes para evitar interferencias electromagnéticas en los sistemas de control PLC.

El sistema dispone de tres métodos de puesta a tierra: puesta a tierra flotante, puesta a tierra directa y puesta a tierra capacitiva. Para el sistema de control PLC, es un dispositivo de control de bajo nivel y alta velocidad y debe estar directamente conectado a tierra. Debido a la influencia de la capacitancia distribuida del cable de señal y el filtrado del dispositivo de entrada, la frecuencia de intercambio de señal entre dispositivos es generalmente inferior a 1MHz, por lo que el cable de conexión a tierra del sistema de control PLC utiliza un punto de conexión a tierra y un punto de conexión a tierra en serie. El sistema PLC centralizado es adecuado para puntos de conexión a tierra paralelos, y el punto de conexión a tierra central de cada gabinete del equipo se conecta al electrodo de conexión a tierra con un cable de conexión a tierra separado. Si el espacio entre equipos es grande, se debe utilizar un punto de conexión en serie para la conexión a tierra. Utilice una barra colectora de cobre de sección grande (o un cable aislado) para conectar el punto de conexión a tierra central de cada gabinete del equipo y luego conecte la barra colectora de conexión a tierra directamente al electrodo de conexión a tierra. El cable de conexión a tierra debe ser un cable de cobre con una sección transversal superior a 22 mm2 y se debe utilizar una barra colectora con una sección transversal superior a 60 mm2. La resistencia de conexión a tierra del electrodo de conexión a tierra es inferior a 2ω. El electrodo de conexión a tierra debe estar enterrado a una distancia de 10 a 15 m del edificio. El punto de conexión a tierra del sistema PLC debe estar a más de 10 m del punto de conexión a tierra del equipo de alto voltaje.

Cuando la fuente de señal está conectada a tierra, la capa de blindaje debe estar conectada a tierra en el lado de la señal; cuando no está conectada a tierra, debe estar conectada a tierra en el lado del PLC cuando hay un conector en el medio; línea de señal, la capa de blindaje debe estar firmemente conectada y aislada, y se deben evitar múltiples puntos. Cuando los pares trenzados blindados de múltiples señales de puntos de medición están conectados al cable blindado principal de par trenzado de múltiples núcleos, las capas de blindaje deben estar conectadas y aisladas firmemente. conectados entre sí y aislados. Elija un punto de conexión a tierra adecuado para un contacto de punto único.

5 Conclusión

La interferencia en el sistema de control PLC es un problema muy complejo. Se deben considerar de manera integral varios factores en el diseño antiinterferencia para suprimir la interferencia de manera razonable y efectiva. Algunas situaciones de interferencia requieren un análisis detallado y medidas adecuadas para que el sistema de control PLC funcione normalmente.