プログラマブル ロジック コントローラー (PLC) は、産業オートメーションにおける主流の制御製品として、半世紀にわたって存在しています。半導体、コンピュータ、通信技術の発展により産業用制御の分野は大きく変化し、PLCは性能、機能、使いやすさ、製品形態の点で5世代にわたって進化してきました。今日は、PLC の一般的な課題に対する解決策について説明します。
まず、基本を再確認し、PLC とは何かを定義しましょう。
これは、プログラムを内部に保存するために使用されるプログラマブル メモリ デバイスの一種です。論理演算、逐次制御、タイミング、計数、算術演算などのユーザー指向の命令を実行し、デジタルまたはアナログの入出力を通じてさまざまな種類の機械や生産プロセスを制御します。-
I. 耐干渉性の問題
科学技術の進歩に伴い、PLC は産業用制御にさらに広く適用されています。その信頼性は、産業企業の安全な生産と経済的な運営に直接影響を及ぼし、干渉に耐えるシステムの能力は、システム全体の信頼性の高い動作を確保するための鍵となります。 PLC 制御システムの信頼性を向上させるために、PLC メーカーは機器の耐干渉性を強化する必要があります。一方で、エンジニアリング設計、設置、建設、運用保守を最優先する必要があります。多者間の協力を通じてのみ問題を完全に解決し、システムの耐干渉性を効果的に強化できます。
【干渉源と一般的な分類】
PLC 制御システムに影響を与える干渉源は、一般に産業用制御機器に影響を与えるものと似ています。ほとんどは、電流または電圧が劇的に変動する領域で発生します。電荷の移動が激しいこれらの領域はノイズ源、つまり干渉源となります。
干渉源は通常、干渉の原因、ノイズ干渉モード、およびノイズの波形特性に基づいて分類されます。
1. ノイズ発生原因別：放電ノイズ、サージノイズ、高周波発振ノイズ
2. ノイズの波形と性質による：連続的なノイズ、散発的なノイズ
3. 干渉モード別: コモン-モード干渉、ディファレンシャル-モード干渉
これらの中でも、コモンモード干渉とディファレンシャルモード干渉は比較的一般的な分類方法です。-コモンモード干渉とは、信号線とグランド間の電位差を指します。これは主に、電力網の侵入、接地電位差、空間電磁放射によって信号線に誘起されるコモンモード(同じ-方向)電圧の重畳によって形成されます。コモンモード電圧は非常に高くなることがあります。特に絶縁性能の低い配電ユニットから給電されている部屋では、送信機出力信号のコモンモード電圧は一般に高く、130 V を超えるものもあります。コモンモード電圧は不平衡回路を通じて差動モード電圧に変換される可能性があり、測定信号や制御信号に直接影響を与え、コンポーネントの損傷を引き起こす可能性があります。-}このタイプのコモンモード干渉は、DC または AC のいずれかになります。-
差動-モード干渉とは、信号の 2 つの端子間に作用する干渉電圧を指します。これは主に、空気中の電磁界結合と、不平衡回路によるコモンモード干渉の変換によって生じる電圧によって形成されます。-。この電圧は信号に直接重畳され、測定と制御の精度に直接影響します。
【主な電磁干渉源】
1. 環境からの放射妨害
環境中の放射電磁界（EMI）は、主に電力網、電気機器の過渡現象、雷、ラジオ放送、テレビ、レーダー、高周波誘導加熱装置によって発生します。-これは一般に放射干渉と呼ばれます。
これは主に 2 つの経路を通じて干渉を引き起こします: 1) PLC への直接放射、回路内の干渉の誘発
2) PLC の内部通信ネットワークに向けられた放射により、通信回線の誘導による干渉が引き起こされます。
放射干渉は、フィールド機器のレイアウトと、機器によって生成される電磁場の大きさ、特にその周波数に関係します。保護は通常、シールド ケーブル、PLC のローカル シールド、高電圧避雷器を使用して実現されます。-
2. 外部システムケーブルからの干渉
この干渉は主に電力線と信号線を通じて発生し、一般に伝導性干渉と呼ばれます。この種の干渉は、中国の工業環境で特に深刻です。
1) 電源からの干渉
実際の経験から、PLC 制御システムの障害の多くは、電源を通じて導入される干渉によって引き起こされることがわかっています。この問題は通常、電源をより高い絶縁性能を備えたものに交換することで解決されます。
PLC 電源は通常、絶縁型電源を使用しますが、構造的および製造プロセスの要因により、その絶縁性能は理想的ではありません。実際には、分布パラメータ、特に分布容量が存在するため、完全な絶縁は不可能です。
2) 信号線を介して導入される干渉
PLC 制御システムに接続されているさまざまな信号伝送ラインでは、有効な情報を伝送するだけでなく、外部からの干渉信号の侵入も避けられません。
この干渉は主に 2 つの経路を通じて侵入します。1 つは、送信機の電源または信号機器と共有される電源を介して導入される電力網の干渉です。-これは見落とされがちな要因です。
第二に、信号線上の空間電磁放射によって誘発される干渉、すなわち、信号線上に外部から誘発される干渉であり、これは特に深刻である。
3) 接地システムの乱れによる干渉
接地は、電子機器の電磁適合性 (EMC) を改善するための効果的な方法の 1 つです。適切に接地すると、電磁干渉の影響を抑制し、機器が干渉を発するのを防ぐことができます。逆に、接地が不適切だと重大な干渉信号が発生し、PLC システムが誤動作する可能性があります。
PLC 制御システムの接地線には、システム接地、シールド接地、AC 接地、および保護接地が含まれます。 PLC システムの無秩序な接地システムによって引き起こされる干渉は、主にさまざまな接地点における不均一な電位分布によって発生します。異なる接地点間の電位差により接地ループ電流が発生し、システムの通常動作に影響を与えます。
3. PLC システム内からの干渉
この干渉は主に、内部コンポーネントと回路の間の相互電磁放射によって発生します。たとえば、ロジック回路間の相互放射とアナログ回路への影響、アナログ グランドとロジック グランド間の相互作用、コンポーネントの不適切な使用などです。これらの問題は、PLC メーカーがシステムの内部コンポーネントに対して実施する電磁両立性 (EMC) 設計の範囲に該当します。これはアプリケーション部門の制御を超えた複雑な問題であるため、過度に精査する必要はありません。ただし、実績のあるシステム、または徹底的にテストされたシステムを選択することが重要です。
[耐干渉設計]
1. 機器の選定
機器を選択する際は、電磁適合性 (EMC) を含む耐干渉性、特に外部干渉に対する耐性が高い製品を優先してください。例としては、フローティング グラウンド技術を採用し、優れた絶縁性能を備えた PLC システムが挙げられます。次に、メーカーが提供する耐干渉仕様を確認する必要があります。たとえば、コモンモード除去比 (CMRR) とディファレンシャルモード除去比 (DMRR)、耐電圧性能、システムの動作定格の最大電界強度と磁界周波数などです。-さらに、同様の用途における製品の実績を評価する必要があります。
2. 包括的な干渉防止設計-
これには主に、システムの外部から発生する干渉を抑制するためのいくつかの重要な対策が含まれます。これには、次のものが含まれます。 PLC システムと外部ケーブルをシールドして、放射電磁干渉を防ぐ。外部ケーブル-特に電源ケーブル-を隔離およびフィルタリングし、ケーブルを介して伝導電磁干渉が侵入するのを防ぐためにそれらを層状に配置します。接地ポイントと接地装置を正しく設計して、接地システムを改善します。さらに、システムの安全性と信頼性をさらに強化するには、ソフトウェア ベースの方法を利用する必要があります。-
[主要な干渉対策]
1. 高性能電源を使用して電力網から導入される干渉を抑制する-
PLC 制御システムでは、電源が重要な役割を果たします。電力網の干渉は主に、システムの電源 (CPU 電源、I/O 電源など)、送信機の電源、および PLC システムに直接電気的に接続されている機器の電源を介して PLC 制御システムに影響を及ぼします。現在、PLCシステムには絶縁性能に優れた電源が一般的に使用されています。しかし、PLC システムに直接電気的に接続されている送信機や機器の電源については、十分な注意が払われてきませんでした。特定の隔離措置が講じられていますが、一般的には不十分です。これは主に、使用されている絶縁トランスの分布パラメータが大きく干渉抑制機能が不十分なため、コモンモード干渉とディファレンシャルモード干渉が電源を介して結合される可能性があるためです。-したがって、信号線を共有する送信機や機器に電力を供給する場合は、PLC システムでの干渉を最小限に抑えるために、低い分布容量と広い抑制帯域幅を備えた電力分配器 (複数の絶縁段、シールド、漏れインダクタンス低減技術を採用しているものなど) を選択する必要があります。
2. ケーブルの選択とレイアウト
異なるタイプの信号は、別々のケーブルを介して送信する必要があります。信号ケーブルは、送信される信号の種類に応じて層状に配線する必要があります。同じケーブル内で異なる導体を使用して電力と信号の両方を同時に送信することは固く禁止されています。電磁干渉を最小限に抑えるために、信号線を電源ケーブルに近接して平行に配置しないでください。
3. ハードウェア フィルタリングとソフトウェア干渉対策-
信号がコンピュータに入力される前に、信号線とグランドの間にコンデンサを並列に接続して、コモンモード干渉を軽減します。- 2 つの信号端子の間にフィルタを取り付けると、ディファレンシャル-モードの干渉を軽減できます。
4. 接地点の適切な選択と接地システムの改善
通常、接地には安全性と干渉抑制という 2 つの目的があります。適切に設計された接地システムは、PLC 制御システムを電磁干渉から保護するための重要な対策の 1 つです。-システムの接地方法には、浮体接地、直接接地、容量接地の 3 種類があります。
信号源が接地されている場合、シールドは信号側で接地する必要があります。接地しない場合はPLC側で接地してください。信号線に継ぎ目がある場合は、シールドをしっかりと接続して絶縁し、複数の接地点を避ける必要があります。複数の測定点からのシールド付きツイストペア ケーブルを、共通のシールドを備えた多心ツイストペア ケーブルに接続する場合は、各ケーブルのシールドが適切に相互接続され、絶縁されている必要があります。{1}{2}
II.業務効率の向上
1. 実際のプロジェクト要件に基づいて機能ブロックを計画する
サブルーチンの作成: PLC では、サブルーチンは特定の制御目的のために作成された比較的独立したプログラムです。 CALLなどのサブルーチンコール命令実行時、サブルーチンコールの条件が整わない場合、サブルーチン部のスキャンを行わずにメインプログラム内のみでプログラムスキャンを行うことで、無駄なスキャンタイムを削減します。
2. ワードまたはダブルワードデータを DO ポイントに転送することによる出力の制御
PLC アプリケーションには通常、多数の出力制御が含まれます。ワードまたはダブルワード データを DO ポイントに転送して出力を制御すると、速度が向上します。-実際のアプリケーション要件に従って出力アドレスを合理的に割り当て、制御出力ワードを変換することにより、PLC プログラムの実行ステップ数が大幅に削減され、プログラムの実行時間が短縮されます。
3. パルス-でトリガーされるSETとRESET
PLC では、SET 命令は 1 回実行するだけで済みます。スキャンごとに実行する必要がないため、パルス出力（PLS/PLF）命令での使用に適しています。{0}一部のエンジニアはこの問題を見落とし、従来の方法を使用して SET 命令をトリガーし、PLC プログラムのスキャン実行時間を誤って増加させます。