Les automates programmables (PLC), principaux produits de contrôle de l'automatisation industrielle, existent depuis un demi-siècle. Avec le développement des technologies des semi-conducteurs, des ordinateurs et des communications, le domaine du contrôle industriel a subi des changements spectaculaires et les automates programmables ont évolué sur cinq générations en termes de performances, de fonctionnalités, de facilité d'utilisation et de forme de produit. Aujourd'hui, nous discuterons des solutions aux défis courants liés aux automates.
Tout d’abord, revenons sur les bases et définissons ce qu’est un automate :
Il s'agit d'un type de périphérique de mémoire programmable utilisé pour stocker des programmes en interne. Il exécute des instructions orientées utilisateur-telles que des opérations logiques, un contrôle séquentiel, des opérations de synchronisation, de comptage et arithmétiques, et contrôle divers types de machines ou de processus de production via des entrées/sorties numériques ou analogiques.
I. Problèmes de résistance aux interférences
Avec les progrès de la science et de la technologie, les API sont de plus en plus utilisés dans le contrôle industriel. Leur fiabilité a un impact direct sur la sécurité de la production et les opérations économiques des entreprises industrielles, et la capacité du système à résister aux interférences est essentielle pour garantir le fonctionnement fiable de l'ensemble du système. Pour améliorer la fiabilité des systèmes de contrôle PLC, d'une part, les fabricants de PLC doivent améliorer la résistance aux interférences de l'équipement ; d'autre part, il faut accorder une haute priorité à la conception technique, à l'installation, à la construction, à l'exploitation et à la maintenance. Ce n'est que grâce à une coopération multipartite-que le problème peut être entièrement résolu, améliorant efficacement la résistance aux interférences du système.
[Sources d'interférences et classification générale]
Les sources d'interférence affectant les systèmes de contrôle PLC sont similaires à celles affectant généralement les équipements de contrôle industriel ; la plupart surviennent dans des zones où le courant ou la tension fluctue considérablement. Ces zones de mouvement intense de charges sont des sources de bruit, c'est-à-dire des sources d'interférences.
Les sources d'interférences sont généralement classées en fonction de la cause de l'interférence, du mode d'interférence sonore et des caractéristiques de forme d'onde du bruit.
1. Par cause de génération de bruit : bruit de décharge, bruit de surtension, bruit d'oscillation à haute fréquence-
2. Par forme d’onde et nature du bruit : bruit continu, bruit sporadique
3. Par mode d'interférence : interférence en mode commun-, interférence en mode différentiel-
Parmi celles-ci, les interférences en mode commun-et les interférences en mode différentiel-représentent une méthode de classification relativement courante. L'interférence en mode commun-fait référence à la différence de potentiel entre une ligne de signal et la terre. Il est principalement formé par la superposition de tensions de mode commun-(même-direction) induites sur les lignes de signaux par l'intrusion du réseau électrique, les différences de potentiel au sol et le rayonnement électromagnétique spatial. Les tensions en mode commun- peuvent parfois être assez élevées ; en particulier dans les pièces alimentées par des unités de distribution avec de mauvaises performances d'isolation, la tension de mode commun-des signaux de sortie de l'émetteur est généralement élevée, certains atteignant plus de 130 V. La tension de mode commun-peut être convertie en tension de mode différentiel-via des circuits déséquilibrés, affectant directement les signaux de mesure et de contrôle et provoquant des dommages aux composants. Ce type d'interférence en mode commun- peut être soit CC, soit CA.
L'interférence en mode différentiel-fait référence à la tension d'interférence agissant entre les deux bornes d'un signal. Il est principalement formé par des tensions résultant du couplage de champs électromagnétiques dans l'air et de la conversion des interférences de mode commun - par des circuits déséquilibrés. Cette tension est directement superposée au signal, affectant directement la précision de la mesure et du contrôle.
[Principales sources d'interférences électromagnétiques]
1. Interférence rayonnée de l’environnement
Les champs électromagnétiques rayonnés (EMI) dans l'environnement sont principalement générés par les réseaux électriques, les transitoires dans les équipements électriques, la foudre, les émissions de radio, la télévision, les radars et les équipements de chauffage par induction à haute fréquence. Ceci est communément appelé interférence rayonnée.
Il provoque principalement des interférences par deux voies : 1) Rayonnement direct dans l'automate, induisant des interférences dans les circuits.
2) Rayonnement dirigé vers le réseau de communication interne de l'automate, introduisant des interférences par induction dans les lignes de communication
Les interférences rayonnées sont liées à la disposition des équipements de terrain et à l'ampleur des champs électromagnétiques générés par les équipements, notamment leur fréquence. La protection est généralement obtenue à l'aide de câbles blindés, d'un blindage local de l'automate et de parafoudres haute tension-.
2. Interférences provenant des câbles du système externe
Ces interférences sont principalement introduites par les lignes électriques et de signaux et sont communément appelées interférences conduites. Ce type d’interférence est particulièrement grave dans les milieux industriels en Chine.
1) Interférences provenant des alimentations
La pratique a montré que de nombreuses pannes du système de contrôle PLC sont causées par des interférences introduites via l'alimentation électrique ; le problème est généralement résolu en remplaçant l'alimentation électrique par une autre offrant des performances d'isolation plus élevées.
Les alimentations CPL utilisent généralement des sources d'alimentation isolées, mais en raison de facteurs structurels et de processus de fabrication, leurs performances d'isolation ne sont pas idéales. En réalité, une isolation absolue est impossible du fait de la présence de paramètres distribués, notamment de capacité distribuée.
2) Interférences introduites via les lignes de signaux
Diverses lignes de transmission de signaux connectées au système de contrôle PLC permettent inévitablement à des signaux d'interférence externes de s'introduire, en plus de transmettre des informations valides.
Ces interférences pénètrent principalement par deux voies : premièrement, les interférences du réseau électrique introduites via l'alimentation électrique de l'émetteur ou l'alimentation électrique partagée avec les instruments de signal-un facteur souvent négligé ;
deuxièmement, les interférences induites par le rayonnement électromagnétique spatial sur les lignes de signaux, c'est-à-dire les interférences induites externes sur les lignes de signaux, qui sont particulièrement graves.
3) Interférences causées par un système de mise à la terre désorganisé
La mise à la terre est l'une des méthodes efficaces pour améliorer la compatibilité électromagnétique (CEM) des équipements électroniques. Une mise à la terre appropriée peut à la fois supprimer les effets des interférences électromagnétiques et empêcher l'équipement d'émettre des interférences ; à l’inverse, une mise à la terre inappropriée peut introduire de graves signaux d’interférence, provoquant un dysfonctionnement du système PLC.
Les lignes de mise à la terre d'un système de contrôle PLC comprennent la terre du système, la terre du blindage, la terre CA et la terre de protection. Les perturbations causées par un système de mise à la terre chaotique dans un système API résultent principalement d'une répartition inégale du potentiel aux différents points de mise à la terre. Les différences potentielles entre les différents points de mise à la terre créent des courants de boucle de terre qui affectent le fonctionnement normal du système.
3. Interférence provenant de l'intérieur du système PLC
Cette interférence est principalement générée par un rayonnement électromagnétique mutuel entre les composants et circuits internes, tel que le rayonnement mutuel entre les circuits logiques et leur impact sur les circuits analogiques, l'interaction entre la masse analogique et la masse logique et l'utilisation inappropriée des composants. Ces problèmes relèvent de la conception de compatibilité électromagnétique (CEM) menée par le fabricant d'automates pour les composants internes du système. Comme il s’agit d’une question complexe échappant au contrôle du service des applications, il n’est pas nécessaire de l’examiner de manière excessive ; cependant, il est essentiel de sélectionner des systèmes ayant fait leurs preuves ou ceux qui ont été minutieusement testés.
[Conception résistante aux interférences-]
1. Sélection de l'équipement
Lors de la sélection des équipements, privilégiez les produits présentant une résistance élevée aux interférences, notamment une compatibilité électromagnétique (CEM), en particulier une résistance aux interférences externes. Les exemples incluent les systèmes PLC qui utilisent la technologie de masse flottante et ont d'excellentes performances d'isolation ; Deuxièmement, il convient de revoir les spécifications anti-interférences fournies par le fabricant, telles que le taux de réjection en mode commun-(CMRR) et le taux de réjection en mode différentiel-(DMRR), la capacité de tenue en tension, ainsi que l'intensité maximale du champ électrique et la fréquence du champ magnétique auxquelles le système est conçu pour fonctionner ; en outre, il convient d'évaluer les antécédents du produit dans des applications similaires.
2. Conception complète anti-interférences
Cela implique principalement plusieurs mesures clés pour supprimer les interférences provenant de l'extérieur du système, notamment : le blindage du système PLC et des câbles externes pour empêcher les interférences électromagnétiques rayonnées ; isoler et filtrer les câbles externes-en particulier les câbles d'alimentation-et les disposer en couches pour empêcher les interférences électromagnétiques conduites de pénétrer via les câbles ; et concevoir correctement des points de mise à la terre et des dispositifs de mise à la terre pour améliorer le système de mise à la terre. De plus, des méthodes logicielles-doivent être utilisées pour améliorer davantage la sécurité et la fiabilité du système.
[Principales mesures anti-interférences]
1. Utilisez des alimentations électriques hautes-performances pour supprimer les interférences introduites par le réseau électrique
Dans les systèmes de contrôle PLC, l’alimentation électrique joue un rôle essentiel. Les interférences du réseau électrique sont principalement couplées au système de contrôle API via les sources d'alimentation du système (telles que les alimentations du processeur, les alimentations d'E/S, etc.), les alimentations des émetteurs et les alimentations des instruments qui ont des connexions électriques directes au système API. Actuellement, les alimentations offrant de bonnes performances d’isolation sont généralement utilisées pour les systèmes PLC. Cependant, une attention insuffisante a été accordée aux alimentations électriques des transmetteurs et des instruments directement connectés électriquement au système PLC. Même si certaines mesures d'isolement ont été mises en place, elles sont généralement insuffisantes. Cela est principalement dû au fait que les transformateurs d'isolement utilisés ont des paramètres distribués importants et de faibles capacités de suppression des interférences, permettant de coupler les interférences en mode commun-et différentiel- via l'alimentation électrique. Par conséquent, pour alimenter les émetteurs et les instruments partageant des lignes de signaux, des distributeurs de puissance avec une faible capacité distribuée et une large bande passante de suppression (tels que ceux utilisant plusieurs étages d'isolation, un blindage et des techniques de réduction de l'inductance de fuite) doivent être sélectionnés pour minimiser les interférences dans le système PLC.
2. Sélection et disposition des câbles
Différents types de signaux doivent être transmis via des câbles séparés. Les câbles de signaux doivent être disposés en couches en fonction du type de signal transmis. Il est strictement interdit d'utiliser différents conducteurs dans le même câble pour transmettre simultanément l'alimentation et les signaux. Les lignes de signaux ne doivent pas être disposées à proximité étroite des câbles d’alimentation afin de minimiser les interférences électromagnétiques.
3. Filtrage matériel et mesures anti-interférences logicielles
Avant que les signaux n'entrent dans l'ordinateur, connectez un condensateur en parallèle entre la ligne de signal et la terre pour réduire les interférences en mode commun- ; l'installation d'un filtre entre les deux bornes de signal peut réduire les interférences en mode différentiel-.
4. Sélection appropriée des points de mise à la terre et amélioration du système de mise à la terre
La mise à la terre sert généralement à deux fins : la sécurité et la suppression des interférences. Un système de mise à la terre bien conçu-est l'une des mesures clés pour protéger les systèmes de contrôle PLC contre les interférences électromagnétiques. Il existe trois types de méthodes de mise à la terre du système : mise à la terre flottante, mise à la terre directe et mise à la terre capacitive.
Lorsque la source du signal est mise à la terre, le blindage doit être mis à la terre du côté signal ; lorsqu'il n'est pas mis à la terre, il doit l'être du côté de l'automate ; lorsqu'il y a des joints dans la ligne de signal, le blindage doit être solidement connecté et isolé, et plusieurs points de mise à la terre doivent être évités ; lorsque des câbles blindés à paire torsadée-provenant de plusieurs points de mesure sont connectés à un câble multi-à paire torsadée-avec un blindage commun, les blindages de chaque câble doivent être correctement interconnectés et isolés.
II. Améliorer l'efficacité opérationnelle
1. Planifiez les blocs fonctionnels en fonction des exigences réelles du projet
Écriture de sous-programmes : dans un automate, un sous-programme est un programme relativement indépendant écrit à des fins de contrôle spécifiques. Lors de l'exécution d'instructions d'appel de sous-programme telles que CALL, si les conditions de l'appel de sous-programme ne sont pas remplies, l'analyse du programme se poursuit uniquement dans le programme principal et n'analyse pas la section de sous-programme, réduisant ainsi le temps d'analyse inutile.
2. Contrôler les sorties en transférant des données de mots ou de doubles-mots vers des points DO
Les applications API impliquent généralement un grand nombre de contrôles de sortie. Contrôler les sorties en transférant des données de mots ou de doubles-mots vers des points DO peut améliorer la vitesse. En attribuant raisonnablement des adresses de sortie et en convertissant les mots de sortie de contrôle en fonction des exigences réelles de l'application, le nombre d'étapes d'exécution dans le programme API peut être considérablement réduit, accélérant ainsi la durée d'exécution du programme.
3. Impulsion-SET et RESET déclenchés
Dans un automate, l'instruction SET ne doit être exécutée qu'une seule fois ; il n'est pas nécessaire de l'exécuter à chaque analyse, ce qui le rend parfaitement adapté à une utilisation avec des instructions de sortie d'impulsions (PLS/PLF). Certains ingénieurs négligent ce problème et utilisent des méthodes conventionnelles pour déclencher l'instruction SET, augmentant par inadvertance le temps d'exécution du programme API.