Einführung
SPS oder speicherprogrammierbare Steuerungen dienen als Kernkomponenten im Bereich der industriellen Automatisierung.
Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Steuerung verschiedener mechanischer Geräte, automatisierter Prozesse und Systeme.
Dieser Artikel enthält 10 praktische Tipps für SPS-Anwendungen, die Ihnen helfen, Probleme im täglichen Betrieb effizient zu lösen.
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Erdungsprobleme
SPS-Systeme haben strenge Erdungsanforderungen. Es ist am besten, über ein spezielles Erdungssystem zu verfügen und sicherzustellen, dass auch andere SPS-bezogene Geräte zuverlässig geerdet sind.
Die Verbindung mehrerer Stromkreiserdungspunkte miteinander kann unerwartete Ströme erzeugen, die zu Logikfehlern oder Stromkreisschäden führen.
Differenzielle Erdpotentiale entstehen typischerweise, wenn Erdungspunkte physisch durch erhebliche Entfernungen voneinander getrennt sind. Wenn weit voneinander entfernte Geräte über Kommunikationskabel oder Sensoren verbunden sind, können Ströme durch den gesamten Stromkreis zwischen Kabel und Erde fließen. Selbst über kurze Entfernungen können Lastströme von großen Geräten zu Potenzialverschiebungen gegenüber der Erde führen oder es können direkt durch elektromagnetische Effekte unvorhersehbare Ströme erzeugt werden. Zwischen Stromquellen, die an falsche Erdungspunkte angeschlossen sind, können zerstörerische Ströme fließen, die Geräte beschädigen können.
SPS-Systeme verwenden im Allgemeinen eine Einzelpunkterdung. Um die Immunität gegen Gleichtaktstörungen zu verbessern, können abgeschirmte Erdungstechniken auf analoge Signale angewendet werden. Dabei wird die Abschirmschicht der Signalkabel an einem einzigen Punkt geerdet, während die Signalschleife erdfrei bleibt und der Isolationswiderstand zur Erde bei mindestens 50 MΩ gehalten wird.
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Interferenzminderung
Industrielle Umgebungen sind rau und enthalten zahlreiche hoch-{0}} und nieder{1}}frequente Störungen. Diese Störungen werden typischerweise über Kabel, die mit Feldgeräten verbunden sind, in die SPS eingeleitet.
Über die Erdungsmaßnahmen hinaus sollten bei der Kabelauswahl und -installation Vorsichtsmaßnahmen gegen-Interferenzen getroffen werden:
(1) Analoge Signale sind Kleinsignale und sehr anfällig für externe Störungen. Es sollten doppelt-geschirmte Kabel verwendet werden.
(2) Hochgeschwindigkeitsimpulssignale (z. B. Impulssensoren, digitale Zähler) erfordern abgeschirmte Kabel, um externe Störungen zu verhindern und Störungen durch Hochgeschwindigkeitsimpulse auf Signale mit niedrigem{5}}Pegel abzuschwächen.
(3) Kommunikationskabel zwischen SPS arbeiten mit höheren Frequenzen. Im Allgemeinen werden vom Hersteller-gelieferte Kabel empfohlen; Für weniger kritische Anwendungen können abgeschirmte Twisted-Pair-Kabel ausreichen.
(4) Analoge Signalleitungen und DC-Signalleitungen dürfen nicht in derselben Kabelrinne wie AC-Signalleitungen verlegt werden;
(5) Abgeschirmte Kabel, die in Schaltschränke ein- oder austreten, müssen geerdet und direkt an die Ausrüstung angeschlossen werden, ohne durch Klemmenblöcke zu verlaufen.
(6) AC-Signale, DC-Signale und analoge Signale dürfen nicht dasselbe Kabel verwenden. Leistungskabel sollten getrennt von Signalkabeln verlegt werden.
(7) Zu den Methoden zur Störungsminderung während der Wartung vor Ort gehören: Ersetzen betroffener Leitungen durch abgeschirmte Kabel und deren Umleitung; Einbindung von Anti-Interferenz-Filtercode in das Programm.
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Eliminierung der Kapazität zwischen Leitungen, um Fehlauslösungen zu verhindern
Zwischen allen Leitern innerhalb eines Kabels besteht Kapazität. Qualifizierte Kabel begrenzen diesen Kapazitätswert innerhalb bestimmter Bereiche.
Selbst bei qualifizierten Kabeln kann die Kapazität zwischen den Drähten die erforderlichen Grenzwerte überschreiten, wenn die Kabellänge einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Wenn solche Kabel für SPS-Eingänge verwendet werden, kann die Kapazität zwischen den Drähten zu Fehlfunktionen der SPS führen, was zu zahlreichen ungeklärten Phänomenen führt.
Diese Phänomene manifestieren sich hauptsächlich als:
- Sichtbar korrekte Verkabelung, dennoch kein Eingang von der SPS erkannt; Eingänge, die vorhanden sein sollten, fehlen, während unerwünschte Eingänge auftreten-, was auf eine gegenseitige Beeinflussung zwischen SPS-Eingängen hinweist. So beheben Sie dieses Problem:
(1) Verwenden Sie Kabel mit verdrillten Adern;
(2) Kabellänge minimieren;
(3) Separate Kabel für Eingänge, die sich gegenseitig stören;
(4) Verwenden Sie abgeschirmte Kabel.
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Auswahl des Ausgabemoduls
Ausgangsmodule werden in die Kategorien Transistor-, bidirektionaler Thyristor- oder Kontakt-typ kategorisiert:
(1) Module vom Transistor--Typ bieten die schnellste Schaltgeschwindigkeit (typischerweise 0,2 ms), haben aber die niedrigste Lastkapazität (ca. . 0.2–0,3 A, 24 VDC). Sie eignen sich für Schnellschalt- und Signalverbindungsgeräte, die üblicherweise mit Frequenzumrichtern und Gleichstromgeräten verwendet werden. Es muss auf die Auswirkungen des Transistor-Leckstroms auf die Last geachtet werden.
(2) Module vom Typ Thyristor- bieten kontaktlosen Betrieb und AC-Lasteigenschaften, ihre Belastbarkeit ist jedoch begrenzt.
(3) Relaisausgänge unterstützen sowohl AC- als auch DC-Lasten mit hoher Kapazität. Relaiskontaktausgänge sind typischerweise die erste Wahl für konventionelle Steuerungsanwendungen. Ihr Nachteil ist die langsame Schaltgeschwindigkeit (ca. 10 ms), wodurch sie für Hochfrequenzschaltungen ungeeignet sind.
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Umgang mit Überspannung und Überstrom des Wechselrichters
(1) Beim Reduzieren des Sollwerts zum Abbremsen des Motors wechselt der Motor in den regenerativen Bremsmodus. Die zum Wechselrichter zurückgespeiste Energie ist beträchtlich und sammelt sich in den Filterkondensatoren. Dadurch steigt die Kondensatorspannung schnell an, erreicht häufig den Schwellenwert des DC-Überspannungsschutzes und löst eine Wechselrichterabschaltung aus.
Lösung: Installieren Sie einen externen Bremswiderstand, um die auf die DC-Seite zurückgespeiste regenerative Energie abzuleiten.
(2) Wenn mehrere kleine Motoren an den Wechselrichter angeschlossen sind, löst ein Überstromfehler in einem Motor einen Alarm aus, der dazu führt, dass der Wechselrichter abschaltet und alle Motoren anhält.
Lösung: Installieren Sie einen 1:1-Trenntransformator auf der Ausgangsseite des Wechselrichters. Wenn bei einem oder mehreren Kleinmotoren ein Überstromfehler auftritt, wirkt sich der Fehlerstrom auf den Transformator und nicht auf den Wechselrichter aus und verhindert so eine Auslösung. Nach dem Test arbeitet das System zuverlässig, ohne dass es zu wiederkehrenden Ausfällen normaler Motoren kommt.
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Markieren von Ein- und Ausgängen zur Fehlerbehebung
Die SPS steuert ein komplexes System, das nur versetzte Reihen von Eingangs-/Ausgangs-Relaisanschlüssen, entsprechenden Anzeigeleuchten und SPS-Nummern aufweist-, das einem integrierten Schaltkreis mit Dutzenden von Pins ähnelt. Ohne Rücksprache mit dem Schaltplan wird eine Fehlerbehebung unmöglich und die Fehlererkennung ist extrem langsam.
Um dieses Problem zu beheben, haben wir eine Referenztabelle basierend auf dem elektrischen Schaltplan erstellt. Diese Tabelle, die an der Steuerkonsole oder dem Schaltschrank des Geräts angebracht ist, ordnet jede SPS-Eingangs-/Ausgangsklemmennummer dem entsprechenden elektrischen Symbol und dem chinesischen Namen zu-ähnlich den Funktionsbeschreibungen für jeden Pin auf einem integrierten Schaltkreis.
Mit dieser I/O-Tabelle können Elektriker, die mit dem Betriebsablauf oder dem Kontaktplan des Geräts vertraut sind, mit der Fehlersuche fortfahren.
Für Elektriker, die mit dem Betriebsablauf nicht vertraut sind oder Kontaktpläne nicht lesen können, ist jedoch eine zusätzliche Tabelle erforderlich: das PLC Input/Output Logic Function Chart. Dieses Diagramm erläutert im Wesentlichen die logische Entsprechung zwischen Eingangskreisen (auslösende Komponenten, zugehörige Komponenten) und Ausgangskreisen (betätigende Komponenten) für die meisten betrieblichen Prozesse.
Die Praxis hat gezeigt: Wenn Sie sowohl die Eingabe-/Ausgabe-Korrespondenztabelle als auch die Eingabe-/Ausgabe-Logikfunktionstabelle geschickt nutzen können, ist die Fehlersuche in der Elektrik mühelos-auch ohne Schaltpläne.
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Ableitung von Fehlern durch Programmlogik
Heutzutage werden in der Industrie zahlreiche SPS-Typen eingesetzt. Für Low-End-SPS sind die Anweisungen für Kontaktplandiagramme weitgehend ähnlich. Für mittlere-bis-High-End-Modelle-wie die S7-300 werden viele Programme mithilfe von Sprachtabellen geschrieben.
Praktische Leiterdiagramme müssen chinesische Symbolanmerkungen enthalten. andernfalls sind sie schwer zu lesen. Das Verständnis des Geräteprozesses oder der Betriebsabläufe im Voraus erleichtert die Interpretation von Kontaktplänen.
Bei der Analyse elektrischer Fehler wird normalerweise die Reverse-Tracing-Methode -auch als Backtracking bezeichnet- angewendet. Dazu gehört die Verwendung der Eingabe-/Ausgabe-Entsprechungstabelle, um das entsprechende SPS-Ausgangsrelais vom Fehlerpunkt aus zu lokalisieren, und anschließend eine Rückverfolgung, um die logischen Beziehungen zu identifizieren, die seine Aktivierung verursacht haben.
Die Erfahrung zeigt, dass die Identifizierung eines einzelnen Problems in der Regel den Fehler behebt, da gleichzeitige Ausfälle an zwei oder mehr Punkten selten sind.
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Diagnose von SPS-Hardwarefehlern
Im Allgemeinen sind SPS äußerst zuverlässige Geräte mit extrem niedrigen Ausfallraten. Die Wahrscheinlichkeit eines Hardware-Schadens an der SPS oder CPU oder eines Software-Betriebsfehlers liegt praktisch bei Null. SPS-Eingangspunkte fallen selten aus, es sei denn, sie sind Hochspannung ausgesetzt. Ebenso weisen die Schließerkontakte von SPS-Ausgangsrelais eine außergewöhnlich lange Lebensdauer auf, sofern sie nicht durch externe Lastkurzschlüsse, unsachgemäße Konstruktion oder einen Strom, der die Nenngrenzen überschreitet, beeinträchtigt werden.
Daher sollte bei der Fehlersuche in der Elektrik der Schwerpunkt auf den an die SPS angeschlossenen elektrischen Peripheriekomponenten liegen. Vermeiden Sie sofort den Verdacht auf SPS-Hardware- oder Programmierprobleme, da dieser Ansatz für eine schnelle Reparatur und schnelle Wiederherstellung der Produktion von entscheidender Bedeutung ist.
Folglich konzentriert sich die hier diskutierte elektrische Fehlerdiagnose für SPS-Steuerkreise nicht auf die SPS selbst, sondern auf die peripheren elektrischen Komponenten innerhalb der von der SPS gesteuerten Schaltkreise.
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Optimierung der Nutzung von Software- und Hardwareressourcen
(1) Befehle, die nicht an Steuerzyklen beteiligt sind oder bereits vor dem Zyklus aktiviert wurden, müssen nicht mit der SPS verbunden werden;
(2) Wenn mehrere Anweisungen eine einzelne Aufgabe steuern, können sie extern parallel verbunden werden, bevor sie mit einem einzelnen Eingabepunkt verknüpft werden.
(3) Nutzen Sie die internen Funktionsblöcke und Zwischenzustände der SPS vollständig aus, um die Programmintegrität und -kohärenz sicherzustellen und die Entwicklung zu erleichtern. Dies reduziert auch die Hardware-Investitionen und senkt die Kosten;
(4) Wenn möglich, isolieren Sie jeden Ausgangskanal, um die Steuerung und Inspektion zu erleichtern und gleichzeitig andere Ausgangskreise zu schützen. Ein Fehler an einem Ausgangspunkt führt lediglich dazu, dass der entsprechende Ausgangskreis die Kontrolle verliert;
(5) Implementieren Sie bei Ausgängen, die Vorwärts-/Rückwärtslasten steuern, eine Verriegelung nicht nur innerhalb des SPS-Programms, sondern auch extern, um zu verhindern, dass die Last gleichzeitig in beide Richtungen arbeitet.
(6) SPS-Notstopps müssen aus Sicherheitsgründen über externe Schalter realisiert werden.
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Zusätzliche Überlegungen
(1) Schließen Sie niemals Wechselstromleitungen an Eingangsklemmen an, um Schäden an der SPS zu vermeiden.
(2) Erdungsklemmen müssen unabhängig geerdet sein und dürfen nicht in Reihe mit anderen Geräteerdungen verbunden sein. Die Querschnittsfläche des Erdungskabels sollte nicht weniger als 2 mm² betragen.
(3) Die Hilfsstromversorgung hat eine begrenzte Kapazität und kann nur Geräte mit geringer -Leistung antreiben (z. B. fotoelektrische Sensoren);
(4) Einige SPS verfügen über reservierte Adressanschlüsse (dh leere Adressanschlüsse). Schließen Sie keine Kabel an diese Klemmen an.
(5) Wenn die SPS-Ausgangskreise nicht ausreichend geschützt sind, installieren Sie Schutzvorrichtungen wie Sicherungen in Reihe im externen Stromkreis, um Schäden durch Lastkurzschlüsse zu verhindern.