Introduzione
I PLC, o controllori logici programmabili, fungono da componenti fondamentali nel campo dell'automazione industriale.
Svolgono un ruolo cruciale nel controllo di varie apparecchiature meccaniche, processi automatizzati e sistemi.
Questo articolo presenta 10 suggerimenti pratici per le applicazioni PLC che consentono di risolvere in modo efficiente i problemi riscontrati nelle operazioni quotidiane.
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Problemi di messa a terra
I sistemi PLC hanno severi requisiti di messa a terra. È meglio disporre di un sistema di messa a terra dedicato e garantire che anche altre apparecchiature correlate al PLC- siano messe a terra in modo affidabile.
Il collegamento di più punti di messa a terra del circuito insieme può generare correnti impreviste, causando errori logici o danni al circuito.
I potenziali di terra differenziali si verificano tipicamente quando i punti di terra sono fisicamente separati da distanze significative. Quando apparecchiature molto distanziate sono collegate tramite cavi di comunicazione o sensori, le correnti possono fluire attraverso l'intero circuito tra il cavo e la terra. Anche su brevi distanze, le correnti di carico provenienti da apparecchiature di grandi dimensioni possono causare potenziali spostamenti rispetto al suolo, oppure correnti imprevedibili possono essere generate direttamente attraverso effetti elettromagnetici. Correnti distruttive in grado di danneggiare le apparecchiature possono circolare tra fonti di alimentazione collegate a punti di messa a terra errati.
I sistemi PLC generalmente utilizzano la messa a terra a-punto singolo. Per migliorare l'immunità alle interferenze di modo-comune, è possibile applicare ai segnali analogici tecniche di messa a terra flottante schermata. Ciò comporta la messa a terra dello strato di schermatura dei cavi di segnale in un singolo punto lasciando il circuito del segnale fluttuante, con la resistenza di isolamento verso terra mantenuta a non meno di 50 MΩ.
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Mitigazione delle interferenze
Gli ambienti industriali sono difficili e contengono numerose interferenze ad alta- e bassa-frequenza. Queste interferenze vengono tipicamente introdotte nel PLC attraverso cavi collegati ai dispositivi di campo.
Oltre alle misure di messa a terra, è necessario implementare precauzioni anti-interferenze durante la selezione e l'installazione dei cavi:
(1) I segnali analogici sono segnali-piccoli e altamente suscettibili alle interferenze esterne; utilizzare cavi a doppia-schermatura.
(2) I segnali di impulsi ad alta-velocità (ad es. sensori di impulsi, contatori digitali) richiedono cavi schermati per prevenire interferenze esterne e mitigare le interferenze dagli impulsi ad alta-velocità ai segnali di basso-livello;
(3) I cavi di comunicazione tra i PLC funzionano a frequenze più elevate. In genere si consigliano i cavi forniti dal produttore-; i cavi schermati a doppino intrecciato-potrebbero essere sufficienti per applicazioni meno critiche;
(4) Le linee di segnale analogico e le linee di segnale CC non devono essere instradate nello stesso portacavi delle linee di segnale CA;
(5) I cavi schermati in entrata o in uscita dagli armadi di controllo devono essere messi a terra e collegati direttamente alle apparecchiature senza passare attraverso morsettiere;
(6) I segnali CA, i segnali CC e i segnali analogici non devono condividere lo stesso cavo. I cavi di potenza devono essere posati separatamente dai cavi di segnale.
(7) Durante la manutenzione sul campo, i metodi di mitigazione delle interferenze includono: la sostituzione delle linee interessate con cavi schermati e il loro reinstradamento; incorporando nel programma il codice di filtraggio anti-interferenza.
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Eliminazione della capacità tra-fili per prevenire falsi trigger
La capacità esiste tra tutti i conduttori all'interno di un cavo. I cavi qualificati limitano questo valore di capacità entro intervalli specificati.
Anche con cavi qualificati, quando la lunghezza del cavo supera una determinata soglia, la capacità inter- dei fili potrebbe superare i limiti richiesti. Quando tali cavi vengono utilizzati per gli ingressi del PLC, la capacità inter- dei fili può causare malfunzionamenti del PLC, portando a numerosi fenomeni inspiegabili.
Questi fenomeni si manifestano principalmente come:
- Cablaggio visibilmente corretto, ma nessun ingresso rilevato dal PLC; Gli ingressi che dovrebbero essere presenti sono assenti, mentre compaiono ingressi indesiderati-indicando un'interferenza reciproca tra gli ingressi del PLC. Per risolvere questo problema:
(1) Utilizzare cavi con nuclei intrecciati;
(2) Ridurre al minimo la lunghezza del cavo;
(3) Cavi separati per ingressi che interferiscono tra loro;
(4) Utilizzare cavi schermati.
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Selezione del modulo di uscita
I moduli di uscita sono classificati come tipo-transistor, tipo-tiristore bidirezionale o tipo-contatto:
(1) I moduli di tipo transistor- offrono la velocità di commutazione più elevata (tipicamente 0,2 ms) ma hanno la capacità di carico più bassa (circa. 0.2–0,3 A, 24 V CC). Sono adatti per apparecchiature di commutazione rapida e interconnessione di segnali, comunemente utilizzate con azionamenti a frequenza variabile e dispositivi CC. È necessario prestare attenzione all'impatto della corrente di dispersione del transistor sul carico.
(2) I moduli di tipo tiristore- offrono funzionamento senza contatto e caratteristiche di carico CA, sebbene la loro capacità di carico sia limitata.
(3) Le uscite relè supportano carichi sia CA che CC con capacità elevata. Le uscite dei contatti relè sono in genere la prima scelta per le applicazioni di controllo convenzionali. Il loro svantaggio è la bassa velocità di commutazione (circa 10 ms), che li rende inadatti alla commutazione ad alta-frequenza.
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Gestione della sovratensione e della sovracorrente dell'inverter
(1) Quando si riduce il setpoint per decelerare il motore, il motore entra in modalità di frenatura rigenerativa. L'energia restituita all'inverter è notevole e si accumula nei condensatori del filtro. Ciò fa sì che la tensione del condensatore aumenti rapidamente, raggiungendo spesso la soglia di protezione da sovratensione CC e innescando l'intervento dell'inverter.
Soluzione: installare un resistore di frenatura esterno per dissipare l'energia rigenerativa restituita al lato CC.
(2) Quando all'inverter sono collegati più motori piccoli, un guasto da sovracorrente in un motore attiva un allarme, provocando lo scatto dell'inverter e l'arresto di tutti i motori.
Soluzione: installare un trasformatore di isolamento 1:1 sul lato di uscita dell'inverter. Quando uno o più piccoli motori subiscono un guasto da sovracorrente, la corrente di guasto colpisce il trasformatore anziché l'inverter, impedendone lo sgancio. Dopo il test, il sistema funziona in modo affidabile senza episodi ricorrenti di normale arresto dei motori.
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Contrassegnare ingressi e uscite per la risoluzione dei problemi
Il PLC controlla un sistema complesso, presentando solo file sfalsate di terminali relè di ingresso/uscita, indicatori luminosi corrispondenti e numeri PLC-che assomigliano a un circuito integrato con dozzine di pin. Senza consultare lo schema, la risoluzione dei problemi diventa impossibile e il rilevamento dei guasti è estremamente lento.
Per risolvere questo problema, abbiamo creato una tabella di riferimento basata sullo schema elettrico. Questa tabella, affissa alla console di controllo o all'armadio dell'apparecchiatura, associa il numero di ciascun terminale di ingresso/uscita del PLC al simbolo elettrico corrispondente e al nome cinese-simile alle descrizioni funzionali per ciascun pin su un circuito integrato.
Con questa tabella I/O gli elettricisti che hanno familiarità con il processo operativo o con lo schema ladder del dispositivo possono procedere alla risoluzione dei problemi.
Tuttavia, per gli elettricisti che non hanno familiarità con il processo operativo o che non sono in grado di leggere i diagrammi ladder, è necessaria una tabella aggiuntiva: il diagramma delle funzioni logiche degli ingressi/uscite del PLC. Questo grafico spiega essenzialmente la corrispondenza logica tra i circuiti di ingresso (componenti di attivazione, componenti associati) e i circuiti di uscita (componenti di attuazione) per la maggior parte dei processi operativi.
La pratica ha dimostrato: se si riesce a utilizzare abilmente sia la tabella delle corrispondenze input/output che la tabella delle funzioni logiche input/output, la risoluzione dei problemi elettrici diventa semplice-anche senza schemi.
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Deduzione degli errori attraverso la logica del programma
Oggigiorno nell’industria vengono comunemente utilizzati numerosi tipi di PLC. Per i PLC-di fascia bassa, le istruzioni del diagramma ladder sono in gran parte simili. Per i modelli di fascia medio-e-alta-come l'S7-300, molti programmi vengono scritti utilizzando tabelle linguistiche.
I diagrammi ladder pratici devono includere annotazioni con simboli cinesi; in caso contrario, sono difficili da leggere. Comprendere in anticipo il processo dell'apparecchiatura o la sequenza operativa facilita l'interpretazione dei diagrammi ladder.
Quando si esegue l'analisi dei guasti elettrici, viene generalmente applicato il metodo di tracciamento inverso-noto anche come backtracking-. Ciò comporta l'utilizzo della tabella di corrispondenza ingressi/uscite per individuare il relè di uscita del PLC corrispondente dal punto di guasto, quindi risalire per identificare le relazioni logiche che ne hanno causato l'attivazione.
L'esperienza dimostra che l'identificazione di un singolo problema di solito risolve il guasto, poiché i guasti simultanei in due o più punti sono rari.
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Diagnosi dei guasti hardware del PLC
In generale, i PLC sono dispositivi altamente affidabili con tassi di guasto estremamente bassi. La probabilità di danni hardware al PLC o alla CPU o di errori operativi del software è praticamente pari a zero. I punti di ingresso del PLC raramente si guastano a meno che non siano soggetti a intrusioni di alta-tensione. Allo stesso modo, i contatti normalmente aperti dei relè di uscita del PLC presentano una durata di vita eccezionalmente lunga a meno che non siano compromessi da cortocircuiti del carico esterno, progettazione impropria o corrente che supera i limiti nominali.
Pertanto, durante la risoluzione dei problemi elettrici, l'attenzione dovrebbe essere posta sui componenti elettrici periferici collegati al PLC. Evitare di sospettare immediatamente problemi legati all'hardware o alla programmazione del PLC, poiché questo approccio è fondamentale per una riparazione rapida e un rapido ripristino della produzione.
Di conseguenza, la diagnosi dei guasti elettrici qui discussa per i circuiti di controllo del PLC non pone l'accento sul PLC stesso, ma sui componenti elettrici periferici all'interno dei circuiti controllati dal PLC.
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Ottimizzazione dell'utilizzo delle risorse software e hardware
(1) Non è necessario che le istruzioni non coinvolte nei cicli di controllo o già attivate prima del ciclo siano collegate al PLC;
(2) Quando più istruzioni controllano un singolo task, possono essere collegate in parallelo esternamente prima di essere collegate a un singolo punto di input;
(3) Sfruttare appieno i blocchi funzione interni del PLC e gli stati intermedi per garantire l'integrità e la coerenza del programma, facilitando lo sviluppo. Ciò riduce anche gli investimenti hardware e abbassa i costi;
(4) Ove possibile, isolare ciascun canale di uscita per facilitare il controllo e l'ispezione, proteggendo al tempo stesso gli altri circuiti di uscita. Un guasto in un punto di uscita causerà solo la perdita di controllo del circuito di uscita corrispondente;
(5) Per le uscite che controllano i carichi avanti/indietro, implementare l'interblocco non solo all'interno del programma PLC ma anche esternamente per evitare che il carico funzioni simultaneamente in entrambe le direzioni;
(6) Gli arresti di emergenza del PLC devono essere implementati tramite interruttori esterni per garantire la sicurezza.
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Considerazioni aggiuntive
(1) Non collegare mai le linee di alimentazione CA ai terminali di ingresso per evitare danni al PLC;
(2) I terminali di terra devono essere collegati a terra in modo indipendente, non collegati in serie con la terra di altre apparecchiature. La sezione trasversale del filo di terra-non deve essere inferiore a 2 mm²;
(3) L'alimentazione ausiliaria ha una capacità limitata e può alimentare solo dispositivi a bassa-potenza (ad esempio sensori fotoelettrici);
(4) Alcuni PLC dispongono di terminali di indirizzo riservati (ovvero terminali di indirizzo vuoti). Non collegare i cavi a questi terminali;
(5) Quando i circuiti di uscita del PLC non sono protetti, installare dispositivi di protezione come fusibili in serie all'interno del circuito esterno per evitare danni derivanti da cortocircuiti del carico.