Pengontrol Logika yang Dapat Diprogram (PLC), sebagai produk kontrol utama dalam otomasi industri, telah ada selama setengah abad. Dengan berkembangnya teknologi semikonduktor, komputer, dan komunikasi, bidang kendali industri telah mengalami perubahan dramatis, dan PLC telah berkembang melalui lima generasi dalam hal kinerja, fungsionalitas, kemudahan penggunaan, dan bentuk produk. Hari ini, kita akan membahas solusi untuk tantangan umum PLC.
Pertama, mari kita lihat kembali dasar-dasarnya dan definisikan apa itu PLC:
Ini adalah jenis perangkat memori yang dapat diprogram yang digunakan untuk menyimpan program secara internal. Ia mengeksekusi instruksi berorientasi pengguna seperti operasi logis, kontrol sekuensial, pengaturan waktu, penghitungan, dan operasi aritmatika, dan mengontrol berbagai jenis mesin atau proses produksi melalui input/output digital atau analog.
I. Masalah Resistensi Interferensi
Dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, PLC diterapkan secara lebih luas dalam pengendalian industri. Keandalannya berdampak langsung pada produksi yang aman dan operasi ekonomi perusahaan industri, dan kemampuan sistem untuk melawan gangguan adalah kunci untuk memastikan pengoperasian keseluruhan sistem yang andal. Untuk meningkatkan keandalan sistem kontrol PLC, di satu sisi, produsen PLC harus meningkatkan ketahanan interferensi peralatan; di sisi lain, hal ini memerlukan prioritas tinggi untuk diberikan pada desain teknik, instalasi, konstruksi, serta pengoperasian dan pemeliharaan. Hanya melalui kerja sama multi-pihak, masalah ini dapat diselesaikan sepenuhnya, sehingga secara efektif meningkatkan ketahanan terhadap interferensi sistem.
[Sumber Interferensi dan Klasifikasi Umum]
Sumber interferensi yang mempengaruhi sistem kontrol PLC serupa dengan sumber gangguan yang umumnya mempengaruhi peralatan kontrol industri; sebagian besar muncul di daerah di mana arus atau tegangan berfluktuasi secara dramatis. Area pergerakan muatan yang intens ini merupakan sumber kebisingan, yaitu sumber interferensi.
Sumber interferensi biasanya diklasifikasikan berdasarkan penyebab interferensi, mode interferensi kebisingan, dan karakteristik bentuk gelombang kebisingan.
1. Berdasarkan penyebab timbulnya kebisingan: kebisingan pelepasan, kebisingan lonjakan arus,-kebisingan osilasi frekuensi tinggi
2. Berdasarkan bentuk gelombang dan sifat kebisingan: kebisingan terus menerus, kebisingan sporadis
3. Berdasarkan mode interferensi: interferensi-mode umum, interferensi-mode diferensial
Di antaranya, interferensi-mode umum dan interferensi-mode diferensial mewakili metode klasifikasi yang relatif umum. Interferensi mode-umum mengacu pada perbedaan potensial antara saluran sinyal dan ground. Hal ini terutama dibentuk oleh superposisi tegangan mode umum (arah yang sama) yang diinduksi pada saluran sinyal oleh intrusi jaringan listrik, perbedaan potensial tanah, dan radiasi elektromagnetik spasial. Tegangan mode umum-terkadang bisa cukup tinggi; khususnya di ruangan yang didukung oleh unit distribusi dengan kinerja isolasi yang buruk, tegangan mode umum dari sinyal keluaran pemancar umumnya tinggi, bahkan ada yang mencapai lebih dari 130 V. Tegangan mode umum dapat diubah menjadi tegangan mode diferensial melalui sirkuit yang tidak seimbang, yang secara langsung memengaruhi sinyal pengukuran dan kontrol dan menyebabkan kerusakan komponen. Jenis interferensi mode{15}}umum ini dapat berupa DC atau AC.
Interferensi mode-diferensial mengacu pada tegangan interferensi yang bekerja antara dua terminal sinyal. Hal ini terutama dibentuk oleh tegangan yang dihasilkan dari penggabungan medan elektromagnetik di udara dan konversi interferensi mode-umum oleh sirkuit yang tidak seimbang. Tegangan ini langsung ditumpangkan pada sinyal, secara langsung mempengaruhi akurasi pengukuran dan kontrol.
[Sumber Utama Interferensi Elektromagnetik]
1. Interferensi Radiasi dari Lingkungan
Medan elektromagnetik yang terpancar (EMI) di lingkungan terutama dihasilkan oleh jaringan listrik, transien pada peralatan listrik, petir, siaran radio, televisi, radar, dan-peralatan pemanas induksi frekuensi tinggi. Hal ini biasa disebut sebagai interferensi terpancar.
Hal ini terutama menyebabkan interferensi melalui dua jalur: 1) Radiasi langsung ke PLC, menyebabkan interferensi di sirkuit
2) Radiasi diarahkan ke jaringan komunikasi internal PLC, menimbulkan interferensi melalui induksi pada jalur komunikasi
Interferensi terpancar berkaitan dengan tata letak peralatan lapangan dan besarnya medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh peralatan tersebut, khususnya frekuensinya. Perlindungan umumnya dicapai dengan menggunakan kabel berpelindung, pelindung lokal PLC, dan penahan lonjakan tegangan tinggi.
2. Gangguan dari Kabel Sistem Eksternal
Interferensi ini terutama terjadi melalui saluran listrik dan sinyal dan biasanya disebut sebagai interferensi terkonduksi. Jenis gangguan ini sangat parah di lingkungan industri di Tiongkok.
1) Gangguan dari Catu Daya
Praktek telah menunjukkan bahwa banyak kegagalan sistem kontrol PLC disebabkan oleh interferensi yang ditimbulkan melalui catu daya; masalah ini biasanya diatasi dengan mengganti catu daya dengan catu daya yang menawarkan kinerja isolasi lebih tinggi.
Catu daya PLC biasanya menggunakan sumber daya terisolasi, namun karena faktor struktural dan proses manufaktur, kinerja isolasinya tidak ideal. Pada kenyataannya, isolasi absolut tidak mungkin dilakukan karena adanya parameter terdistribusi, khususnya kapasitansi terdistribusi.
2) Gangguan yang Ditimbulkan melalui Jalur Sinyal
Berbagai jalur transmisi sinyal yang terhubung ke sistem kontrol PLC pasti memungkinkan sinyal interferensi eksternal masuk, selain mengirimkan informasi yang valid.
Interferensi ini terutama terjadi melalui dua jalur: pertama, interferensi jaringan listrik yang ditimbulkan melalui catu daya pemancar atau catu daya yang digunakan bersama dengan instrumen sinyal-sebuah faktor yang sering diabaikan;
kedua, interferensi yang disebabkan oleh radiasi elektromagnetik spasial pada jalur sinyal, yaitu interferensi yang disebabkan oleh eksternal pada jalur sinyal, yang sangat parah.
3) Gangguan yang Disebabkan oleh Sistem Grounding yang Tidak Terorganisir
Grounding adalah salah satu metode efektif untuk meningkatkan kompatibilitas elektromagnetik (EMC) peralatan elektronik. Pengardean yang tepat dapat menekan efek interferensi elektromagnetik dan mencegah peralatan mengeluarkan interferensi; sebaliknya, grounding yang tidak tepat dapat menimbulkan sinyal interferensi yang parah, menyebabkan sistem PLC tidak berfungsi.
Jalur pembumian dalam sistem kontrol PLC meliputi pembumian sistem, pembumian pelindung, pembumian AC, dan pembumian pelindung. Interferensi yang disebabkan oleh sistem grounding yang kacau pada sistem PLC terutama disebabkan oleh distribusi potensial yang tidak merata di berbagai titik grounding. Perbedaan potensial antara titik grounding yang berbeda menciptakan arus ground loop, yang mempengaruhi operasi normal sistem.
3. Gangguan dari dalam sistem PLC
Interferensi ini terutama dihasilkan oleh radiasi elektromagnetik timbal balik antara komponen dan sirkuit internal, seperti radiasi timbal balik antara sirkuit logika dan dampaknya pada sirkuit analog, interaksi antara ground analog dan ground logika, dan penggunaan komponen yang tidak cocok. Permasalahan ini termasuk dalam cakupan desain kompatibilitas elektromagnetik (EMC) yang dilakukan oleh produsen PLC untuk komponen internal sistem. Karena ini adalah masalah kompleks yang berada di luar kendali departemen aplikasi, maka hal ini tidak perlu diteliti secara berlebihan; namun, penting untuk memilih sistem dengan rekam jejak yang terbukti atau sistem yang telah diuji secara menyeluruh.
[Interferensi-Desain Tahan]
1. Pemilihan Peralatan
Saat memilih peralatan, prioritaskan produk dengan ketahanan interferensi tinggi, termasuk kompatibilitas elektromagnetik (EMC), khususnya ketahanan terhadap interferensi eksternal. Contohnya termasuk sistem PLC yang menggunakan teknologi tanah terapung dan mempunyai kinerja isolasi yang sangat baik; Kedua, seseorang harus meninjau spesifikasi anti-interferensi yang disediakan oleh pabrikan, seperti rasio penolakan mode umum (CMRR) dan rasio penolakan mode diferensial (DMRR), kemampuan menahan tegangan, dan kekuatan medan listrik maksimum serta frekuensi medan magnet pada sistem yang dinilai untuk beroperasi; selain itu, seseorang harus mengevaluasi rekam jejak produk dalam aplikasi serupa.
2. Desain Anti-Interferensi Komprehensif
Hal ini terutama melibatkan beberapa langkah penting untuk menekan interferensi yang berasal dari luar sistem, termasuk: melindungi sistem PLC dan kabel eksternal untuk mencegah interferensi elektromagnetik yang terpancar; mengisolasi dan memfilter kabel eksternal-khususnya kabel daya-dan menyusunnya berlapis-lapis untuk mencegah interferensi elektromagnetik masuk melalui kabel; dan merancang titik pembumian dan perangkat pembumian dengan benar untuk meningkatkan sistem pembumian. Selain itu, metode berbasis perangkat lunak-harus dimanfaatkan untuk lebih meningkatkan keamanan dan keandalan sistem.
[Langkah-langkah Anti-Interferensi Utama]
1. Gunakan Catu Daya-Berkinerja Tinggi untuk Menekan Interferensi yang Dihasilkan dari Jaringan Listrik
Dalam sistem kontrol PLC, catu daya memainkan peran penting. Gangguan jaringan listrik terutama digabungkan ke dalam sistem kontrol PLC melalui sumber daya sistem (seperti catu daya CPU, catu daya I/O, dll.), catu daya pemancar, dan catu daya instrumen yang memiliki sambungan listrik langsung ke sistem PLC. Saat ini, catu daya dengan kinerja isolasi yang baik umumnya digunakan untuk sistem PLC. Namun, perhatian yang diberikan kurang pada pasokan listrik untuk pemancar dan instrumen yang terhubung langsung secara elektrik ke sistem PLC. Meskipun tindakan isolasi tertentu telah diterapkan, namun secara umum tindakan tersebut tidak memadai. Hal ini terutama karena transformator isolasi yang digunakan memiliki parameter terdistribusi yang besar dan kemampuan menekan interferensi yang buruk, sehingga memungkinkan interferensi-mode umum dan mode-diferensial digabungkan melalui catu daya. Oleh karena itu, untuk memberi daya pada pemancar dan instrumen yang berbagi saluran sinyal, distributor daya dengan kapasitansi terdistribusi rendah dan bandwidth penekanan yang lebar (seperti yang menggunakan beberapa tahap isolasi, pelindung, dan teknik pengurangan induktansi kebocoran) harus dipilih untuk meminimalkan interferensi dalam sistem PLC.
2. Pemilihan dan Tata Letak Kabel
Berbagai jenis sinyal harus ditransmisikan melalui kabel terpisah. Kabel sinyal harus diletakkan berlapis-lapis sesuai dengan jenis sinyal yang ditransmisikan. Dilarang keras menggunakan konduktor berbeda dalam kabel yang sama untuk mengirimkan daya dan sinyal secara bersamaan. Jalur sinyal tidak boleh diletakkan sejajar dengan kabel listrik untuk meminimalkan interferensi elektromagnetik.
3. Penyaringan Perangkat Keras dan Tindakan Anti-Interferensi Perangkat Lunak
Sebelum sinyal masuk ke komputer, sambungkan kapasitor secara paralel antara saluran sinyal dan ground untuk mengurangi interferensi-mode umum; memasang filter di antara dua terminal sinyal dapat mengurangi interferensi mode-diferensial.
4. Pemilihan Titik Pentanahan yang Tepat dan Peningkatan Sistem Pentanahan
Grounding biasanya memiliki dua tujuan: keamanan dan penekanan interferensi. Sistem grounding-yang dirancang dengan baik adalah salah satu langkah utama untuk melindungi sistem kontrol PLC dari interferensi elektromagnetik. Ada tiga jenis metode pentanahan sistem: tanah terapung, tanah langsung, dan tanah kapasitif.
Ketika sumber sinyal dibumikan, pelindung harus dibumikan pada sisi sinyal; bila tidak dibumikan, maka harus dibumikan pada sisi PLC; bila ada sambungan pada jalur sinyal, pelindung harus disambungkan dan diisolasi dengan aman, dan beberapa titik pembumian harus dihindari; bila kabel pasangan terpilin-terlindung dari beberapa titik pengukuran dihubungkan ke kabel pasangan terpilin-inti multi dengan pelindung umum, pelindung setiap kabel harus tersambung dan diisolasi dengan benar.
II. Meningkatkan Efisiensi Operasional
1. Rencanakan blok fungsi berdasarkan kebutuhan proyek sebenarnya
Menulis subrutin: Dalam PLC, subrutin adalah program yang relatif independen yang ditulis untuk tujuan kontrol tertentu. Saat menjalankan instruksi panggilan subrutin seperti CALL, jika kondisi panggilan subrutin tidak terpenuhi, pemindaian program hanya dilanjutkan dalam program utama dan tidak memindai bagian subrutin, sehingga mengurangi waktu pemindaian yang tidak perlu.
2. Mengontrol Output dengan Mentransfer Data Word atau Double-Word ke DO Point
Aplikasi PLC biasanya melibatkan sejumlah besar kontrol keluaran. Mengontrol keluaran dengan mentransfer data kata atau-kata ganda ke titik DO dapat meningkatkan kecepatan. Dengan mengalokasikan alamat keluaran secara wajar dan mengubah kata keluaran kontrol sesuai dengan kebutuhan aplikasi aktual, jumlah langkah eksekusi dalam program PLC dapat dikurangi secara signifikan, sehingga mempercepat waktu proses program.
3. Pulsa-Dipicu SET dan RESET
Dalam PLC, instruksi SET hanya perlu dijalankan satu kali; ini tidak perlu dijalankan setiap kali pemindaian, sehingga-cocok untuk digunakan dengan instruksi keluaran pulsa (PLS/PLF). Beberapa insinyur mengabaikan masalah ini dan menggunakan metode konvensional untuk memicu instruksi SET, sehingga secara tidak sengaja meningkatkan waktu eksekusi pemindaian program PLC.