产品描述
PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备,一般不需要采取什么措施,就可以直接在工业环境中使用。然而,尽管有如上所述的性较高,抗干扰能力较强,但当生产环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装使用不当,就可能造成程序错误或运算错误,从而产生误输入并引起误输出,这将会造成设备的失控和误动作,从而不能保证PLC的正常运行,要提高PLC控制系统性,一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力;另一方面,要求设计、安装和使用维护中引起高度重视,多方配合才能完善解决问题,有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题:
1.工作环境
(1)温度
PLC要求环境温度在0~55oC,安装时不能放在发热量大的元件下面,四周通风散热的空间应足够大。
(2)湿度
为了保证PLC的绝缘性能,空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。
(3)震动
应使PLC远离强烈的震动源,防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时,采取减震措施,如采用减震胶等。
(4)空气
避免有腐蚀和易燃的气体,例如、等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境,可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。
(5)电源
PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在性要求很高或电源干扰特别严重的环境中,可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端,当输入端使用外接直流电源时,应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源,由于纹波的影响,容易使PLC接收到错误信息。
2.控制系统中干扰及其来源
现场电磁干扰是PLC控制系统中常见也是易影响系统性的因素之一,所谓治标先治本,找出问题所在,才能提出解决问题的办法。因此知道现场干扰的。(1)干扰源及一般分类
影响PLC控制系统的干扰源,大都产生在电流或电压剧烈变化的部位,其原因是电流改变产生磁场,对设备产生电磁辐射;磁场改变产生电流,电磁高速产生电磁波。通常电磁干扰按干扰模式不同,分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差,主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压,直接影响测控信号,造成元器件损坏(这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因),这种共模干扰可为直流,亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两间的干扰电压,主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压,这种干扰叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。
(2)PLC系统中干扰的主要来源及途径
强电干扰
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化,开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源原边。
柜内干扰
控制柜内的高压电器,大的电感性负载,混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。
来自信号线引入的干扰
与PLC控制系统连接的各类信号传输线,除了传输有效的各类信息之外,总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径:一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低,严重时将引起元器件损伤。
来自接地系统混乱时的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地,既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地,反而会引入严重的干扰信号,使PLC系统将无法正常工作。
来自PLC系统内部的干扰
主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生,如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响,模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
变频器干扰
一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰,引起电网电压畸变,影响电网的供电质量;二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰,影响周边设备的正常工作。
3.主要抗干扰措施
(1)电源的合理处理,抑制电网引入的干扰
对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰,还可以在电源输入端串接LC滤波电路
(2)安装与布线
● 动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线,隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。将PLC的IO线和大功率线分开走线,如在同槽内,分开捆扎交流线、直流线,若条件允许,分槽走线,这不仅能使其有尽可能大的空间距离,并能将干扰降到限度。
● PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备,不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线(二者之间距离应大于200mm)。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载,如功率较大的继电器、接触器的线圈,应并联RC消弧电路。
● PLC的输入与输出分开走线,开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线,屏蔽层应一端或两端接地,接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。
● 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆,输出线应尽量远离高压线和动力线,避免并行。
(3)I/O端的接线
输入接线
● 输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小,电压降不大时,输入接线可适当长些。
● 输入/输出线不能用同一根电缆,输入/输出线要分开。
● 尽可能采用常开触点形式连接到输入端,使编制的梯形图与继电器原理图一致,便于阅读。
输出连接
● 输出端接线分为立输出和公共输出。在不同组中,可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
● 由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上,并且连接至端子板,若将连接输出元件的负载短路,将烧毁印制电路板。
● 采用继电器输出时,所承受的电感性负载的大小,会影响到继电器的使用寿命,因此,使用电感性负载时应合理选择,或加隔离继电器。
● PLC的输出负载可能产生干扰,因此要采取措施加以控制,如直流输出的续流管保护,交流输出的阻容吸收电路,晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
(4)正确选择接地点,完善接地系统
良好的接地是保证PLC工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个,其一为了,其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层一点接地,如果电缆屏蔽层两端A、B都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层,当发生异常状态如雷击时,地线电流将大。
此外,屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内又会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布,影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降,引起对信号测控的严重失真和误动作。
● 地或电源接地
将电源线接地端和柜体连线接地为接地。如电源漏电或柜体带电,可从接地导入地下,不会对人造成伤害。
● 系统接地
PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地,叫系统接地。接地电阻值不得大于4Ω,一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起,作为控制系统地。
● 信号与屏蔽接地
一般要求信号线要有的参考地,屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合,也要在就地或者控制室接地,防止形成“地环路”。信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地;不接地时,应在PLC侧接地;信号线中间有接头时,屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地;多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时,各屏蔽层应相互连接好,并经绝缘处理,选择适当的接地处单点接点。
(5)对变频器干扰的抑制
变频器的干扰处理一般有下面几种方式:
加隔离变压器,主要是针对来自电源的传导干扰,可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。
使用滤波器,滤波器具有较强的抗干扰能力,还具有防止将设备本身的干扰传导给电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能
PLC的日常维护和保养比较简单,主要是换保险丝和锂电池, 基本没有其它易损元器件。由于存放用户程序的随机存储器(RAM)、计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护,锂电池的寿命大约为5年,当锂电池的电压逐渐降低到一定程度时,PLC基本单元上电池电压跌落到指示灯亮,提示用户注意有锂电池所支持的程序还可保留一周左右,换电池,这是日常维护的主要内容。
调换锂电池的步骤为:
■在拆装前,应先让PLC通电15秒以上(这样可使作为存储器备用电源的电容器充电,在锂电池断开后,该电容可对PLC做短暂供电,以保护RAM 中的信息不丢失);
■断开PLC的交流电源;
■打开基本单元的电池盖板;
■取下旧电池,装上新电池;
■盖上电池盖板。
注意换电池时间要尽量短,一般不允许过3分钟。如果时间过长,RAM中的程序将消失。
此外,应注意换保险丝时要采用型号的产品。
I/O模块的换
若需替换一个模块,用户应确认被安装的模块是同类型。有些I/O系统允许带电换模块,而有些则需切断电源。若替换后可解决问题,但在一相对较短时间后又发生故障,那么用户应检查能产生电压的感性负载,也许需要从外部抑制其电流尖峰。如果保险丝在换后易被烧断,则有可能是模块的输出电流限,或输出设备被短路。
PLC的故障诊断是一个十分重要的问题,是保证PLC控制系统正常、运行的关键。本文对常用的故障诊断方法进行了探讨。在实际工作过程中,应充分考虑到对PLC的各种不利因素,定期进行检查和日常维护,以保证PLC控制系统、地运行。笔者近几年在维护和修理PLC系统中,总结了一些快速查找PLC系统故障原因的经验,现与大家交流如下。
一个典型的PLC系统包括一个现场PLC站,和通过高速数据线与之相连的上位机以及模拟屏PLC站,上位机用以显示各种图形和数据,模拟屏PLC站用来驱动模拟屏上的发光二管。整个PLC系统与外联设备相接,就构成了一个自动控制系统。
通常将PLC当作一个黑盒子,我们可以简单地根据I/O信号来判断故障的位置。判断故障的情况有两种,即模拟屏上闪烁的故障信号和该运行的设备在模拟屏上无显示。
1、模拟屏上闪烁的故障信号
根据PLC控制站图纸,先检查该设备在模拟屏PLC柜内的显示状态,如果相符合再检查现场PLC柜的显示状态,同样符合时再继续检查PLC柜的I/O端子、外联设备的I/O端子,并由此推断出是设备故障还是PLC故障。判断PLC柜I/O端子、外联设备的I/O端子是否与状态信号相符的方法很简单,只要用万用表的直流电压档测量端子号与公共端的电压值,为24V表示断开,无信号;为0V表示接通,有信号。
2、该运行的设备在模拟屏上无显示
此时应判断是PLC没有给运行信号,还是给了运行信号而设备有故障不能运行。
我们可以从现场的PLC柜的输出模块中观察有无信号显示,继而检查PLC站输出继电器有无吸合,再看外联设备的电气柜有无驱动信号。如有,而设备无运行,则是设备有故障,如果设备正常运行,则应从外联设备的输入端往回查,过程正好与种故障检查过程相反。
ABB的AC500系列PLC近2年才来到中国广泛应用,其支持的总线比较多,比如常用的Modbus、Profibus、CANopen、DeviceNet、Ethernet、ARCNET以及ABB自己开发的AC31总线。由于支持比较多,而且是同时支持。所以扩展对于AC500而已不是问题,大的问题是你需要的计算速度和存储器的大小来选择CPU。呵呵,扯远了点,我这次主要是讲讲其支持的总线基本介绍:
Modbus® RTU(Modicon 在1979 年开发)Modbus RTU是开放式主/ 从协议,适用于串口设备上。众多自动化系统把Modbus RTU接口作为标准或可选设备,因此可很容集成于AC500 上的COM1 和COM2 串口(RS232 或RS485)与之通讯。Modbus 不但用在工业场合,而且用在建筑安装和能源优化系统,用于远距离和连接操作面板等。通讯通过轮询,也就是主站发送请求给从站并接收响应。COM1 和COM2 串口均可作为Modbus 接口同时工作。接口的Modbus 工作模式可通过编程软件设定。
拓扑结构
RS232 点对点,RS485 多点。RS232 模式仅一个主站和从站,RS485 模式允许一个主站及多31 个从站。RS232 模式电缆大长度15 米,RS485 模式下是1.2 公里。
数据交换
交换速率大为187.5 kB/s,每个报文有16 位的循环冗余码校验;报文允许输入输出数据的读和写,单地或成组地 : 数据为RTU 数据包的格式。
传输介质
支持多种传输介质,其中比较常用的是符合RS485 总线规范的、带终端电阻的屏蔽双绞线。诊断(AC500大的好处就是有个液晶屏,能查看故障,而不需要通过编程软件在线)便于快速解决问题的详细诊断信息,可在CPU的液晶屏上显示或用编程软件通过在线方式查询,此外,通讯模块上的四个LED 灯可指示设备的状态。
PROFIBUS DP(Process Field Bus - Decentral Periphery)
PROFIBUS DP 是一种开放、高速、应用广泛的现场总线。在现场可提供多主站和主-从
通讯方式。它可用于AC500 和AC31 控制系统,也可通过PROFIBUS DP 接口用于其它
FBP 设备(分布式I/O 和智能化开关设备等)。
通讯
主站控制总线。当主站拥有总线访问权限(令牌)时,可不需外部请求传输数
据。被动设备,即从站等,没有任何总线访问权限;它们仅告知收到讯息或对主站请求做
出回应。波特率支持从9.6 k 到12 M。总线大设备数为126。
数据交换
主站与从站间主要采用循环方式。PROFIBUS-DP的基本功能中已详细说明了的通讯
功能,并遵从EN50170 标准。每个主站可访问读写自己的从站,但仅能读访问其它
主站的从站。主站间不能直接数据交换。主站与从站间也可进行参数整定和诊断等非周期
(DP-V1)。这些可以在主站循环传送数据时同步进行。
PROFIBUS DP 功能一览
● 每个网段多32 个站(主/ 从站),使用中继器可达到126 个站
● 数据交换速率从大12 MBit/s ,传输距离为100 m,到93.75 kBit/s 传输距离为1200 m
● 多主站或主/ 从站的通讯方式,多个主站通过令牌访问
● 通过9 针的SUB-D 插头连接到主站CPU 或相应的通讯模块上,通过FBP 通讯适配
器连接从站(CPU,I/O 和智能开关设备)
● 通讯介质为屏蔽双绞线或光纤,采用EIA RS485 标准
诊断
便于快速解决问题的详细诊断信息,可在CPU的液晶屏上显示或用编程软件通过在线方
式查询,此外,通讯模块上的四个LED 灯可指示设备的状态。
Ethernet(以太网)
以太网传输速率为10 Mbit/s,快速以太网为100 Mbit/s。以太网采用生产者/ 消费者模
式,这意味着每个站拥有同等权利。一个站发送数据时,其它站并接收指向自己的数
据。总线由CSMA / CD 访问方式(载波多路访问/ 冲突检测)控制,总线空闲时
每个站均可自由传输数据。发生冲突时,如果两个站同时发送数据,则两者均中断其传
送,并等待一段随机时间后尝试再次发送数据。以太网定义了OSI 模型的层(物理
层)和二层(数据链路层)。AC500 支持使用TCP / IP 和/ 或UDP / IP 发射和接收数
据,并且对高应用层也可用。也可同时运行TCP / IP、UDP / IP 和应用层。支持的协
议有 : IP、TCP、UDP、ARP、RP、BOOTP、DHCP,如MODBUS / TCP 应用层。
拓扑结构
星形或环网(使用以太网集线器或交换机)。
传输速率使用10 Base T 为10 Mbit/s 或使用快速以太网100 Mbit/s。
传输介质
RJ45 接头的双绞线电缆。100 Mbit/s 传输速率下,大电缆长度100 米。
诊断
便于快速解决问题的详细诊断信息,可在CPU的液晶屏上显示或用编程软件通过在线方
式查询,此外,通讯模块上的四个LED 灯可指示设备的状态。
CS31(Communication Serial Field Bus)
CS31 是一种专有的主/ 从式现场总线,1989 年由ABB 开发。它操作简便,易于配置,
安装价格低廉。AC500 的COM1 串口可设置为CS31 总线的主站。
通讯
使用轮询技术,即主站发送请求给从站,然后接收响应。COM1串口的CS31总线工作模
式在编程软件中设定。
拓扑结构
多点连线,RS485,无分支线路。系统由一个主站和多31个从站组成。电缆大长度500 m,
使用中继大长度2 km。从站主要是集成CS31 总线接口的分布式IO 模块。
传输速率187.5 kb/s。每个报文附加8 位CRC。报文允许输入输出数据的读和写。
传输介质
通常为带终端电阻的双绞线。其它传输介质:通过转换器的光纤(玻璃光纤大长度3 km,
塑料光纤大长度100 m),直接连线,滑环(大长度50 m)和数据光电池。
诊断
便于快速解决问题的详细诊断信息,可在CPU的液晶屏上显示或用编程软件通过在线方
式查询。
CANopen(Controller Area Network)和DeviceNet
CAN 协议初为欧洲汽车工业而开发出来的,用以通过网络线取代昂贵的电缆。今天它
也用于自动化领域,在控制系统、分布式IO 模块、传动设备和阀门等设备间传输处理数
据。CAN 有高度传输特性,因为很多监控机制都应用到CAN 芯片中。DeviceNet 和
CANopen 都采用了CAN(Controller Area Network)的物理结构和机制,不
同之处在于传输协议。DeviceNet 和CANopen 可对应地用于AC500 和AC31 控制系统,
通过CANopen-FBP 插头也可用于其它设备中(分布式IO 和智能化开关设备)。
定义了两种类型的讯息: I/O -用于过程数据,直接连接-用于诊断信息
用户总线控制
低地址连接ID 有总线权。发起者发送数据,接受者(即数据接受者)在配置期间同
时被。
CANopen
总线采用主/ 从原则,一个主站多127 个从站。采用符合ISO11898 规约的屏蔽双绞
线。电缆长度和传输速率: 1 Mbit/s 时大40 m,20 kbit/s 时大1000 m
DeviceNet
总线采用多主站或主/ 从原则。多64 个用户。使用两种类型屏蔽双绞线,主线路采用
干线电缆,分支线路采用引入电缆。
诊断
便于快速解决问题的详细诊断信息,在CPU的液晶屏上可显示或用编程软件通过在线方
式查询,此外,通讯模块上的四个LED 灯可指示设备的状态。
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