I/O-Modul

1Erdungsprobleme Die Erdungsanforderungen für das SPS-System sind relativ streng. Am besten ist es, über ein unabhängiges, dediziertes Erdungssystem zu verfügen. Außerdem sollte auf die zuverlässige Erdung anderer mit der SPS verbundener Geräte geachtet werden. Wenn mehrere Erdungspunkte von Stromkreisen miteinander verbunden sind, können unerwartete Ströme fließen, die zu Logikfehlern oder Schäden an Stromkreisen führen können. Der Grund für unterschiedliche Erdpotentiale liegt meist darin, dass die Erdungspunkte räumlich zu weit voneinander entfernt sind. Wenn weit voneinander entfernte Geräte über Kommunikationskabel oder Sensoren verbunden sind, fließt der Strom zwischen dem Kabel und der Erde durch den gesamten Stromkreis. Selbst innerhalb kurzer Entfernung kann der Laststrom großer Geräte zwischen seinem Potenzial und dem Erdpotenzial schwanken oder durch elektromagnetische Effekte direkt unvorhersehbare Ströme erzeugen.  Zwischen Netzteilen mit falschen Erdungspunkten können zerstörerische Ströme im Stromkreis fließen und Geräte zerstören. SPS-Systeme verwenden im Allgemeinen eine Einpunkt-Erdungsmethode. Um die Widerstandsfähigkeit gegenüber Gleichtaktstörungen zu verbessern, kann für analoge Signale die abgeschirmte Floating-Ground-Technologie verwendet werden, d. h. die Abschirmschicht des Signalkabels ist an einem Punkt geerdet, die Signalschleife ist schwebend und der Isolationswiderstand mit der Erde sollte nicht weniger als 50 MΩ betragen.  2Umgang mit Störungen  Die Industrieumgebung ist relativ rau und weist viele hoch- und niederfrequente Störungen auf. Diese Störungen werden normalerweise über die mit den Feldgeräten verbundenen Kabel in die SPS eingeleitet.  Zusätzlich zu den Erdungsmaßnahmen sollten bei der Planung, Auswahl und Installation von Kabeln einige Maßnahmen zur Entstörung getroffen werden: (1) Analoge Signale sind kleine Signale und können leicht durch externe Störungen beeinflusst werden. Daher sollten doppelt abgeschirmte Kabel verwendet werden. (2) Für Hochgeschwindigkeitsimpulssignale (z. B. Impulssensoren, Zählgeber usw.) sollten abgeschirmte Kabel verwendet werden, um zu verhindern, dass externe Störungen und Hochgeschwindigkeitsimpulssignale die Signale mit niedrigem Pegel stören. (3) Das Kommunikationskabel zwischen SPS weist eine hohe Frequenz auf. Generell sollte das vom Hersteller bereitgestellte Kabel gewählt werden. Sind die Anforderungen nicht hoch, kann ein geschirmtes Twisted-Pair-Kabel gewählt werden. (4) Analoge Signalleitungen und DC-Signalleitungen dürfen nicht im selben Kabelkanal wie AC-Signalleitungen verlegt werden; (5) Die abgeschirmten Kabel, die in den Schaltschrank hinein und aus diesem heraus führen, müssen geerdet sein und dürfen nicht direkt über die Verdrahtungsklemmen mit dem Gerät verbunden werden; (6) AC-Signale, DC-Signale und analoge Signale dürfen nicht dasselbe Kabel nutzen und Stromkabel sollten getrennt von Signalkabeln verlegt werden. (7) Bei der Wartung vor Ort können folgende Methoden zur Behebung von Störungen eingesetzt werden: Verwendung abgeschirmter Leitungen für die betroffenen Leitungen und Neuverlegung; Hinzufügen von Anti-Interferenz-Filtercodes zum Programm.  3Beseitigen Sie die Kapazität zwischen den Drähten, um Fehlfunktionen zu vermeiden  Zwischen jedem Leiter des Kabels besteht eine Kapazität, und ein qualifiziertes Kabel kann diese Kapazität auf einen bestimmten Bereich begrenzen. Selbst wenn das Kabel qualifiziert ist, überschreitet die Kapazität zwischen den Leitungen den erforderlichen Wert, wenn die Kabellänge eine bestimmte Länge überschreitet. Wenn dieses Kabel für den SPS-Eingang verwendet wird, kann die Kapazität zwischen den Leitungen zu Fehlfunktionen der SPS führen, was zu vielen unverständlichen Phänomenen führt. Diese Phänomene äußern sich hauptsächlich wie folgt: Die Verkabelung ist korrekt, es erfolgt jedoch keine Eingabe in die SPS. Der Eingang, den die SPS haben sollte, ist nicht da, aber der Eingang, den sie nicht haben sollte, ist da, das heißt, die SPS-Eingänge stören sich gegenseitig. Um dieses Problem zu lösen, sollten Sie Folgendes tun:  (1) Verwenden Sie Kabel mit verdrillten Adern; (2) Versuchen Sie, die Länge des verwendeten Kabels zu verkürzen; (3) Verwenden Sie separate Kabel für Eingänge, die sich gegenseitig stören. (4) Abgeschirmtes Kabel verwenden.  4Auswahl des Ausgangsmoduls  Ausgangsmodule sind in Transistor, bidirektionalen Thyristor und Kontakttyp unterteilt: (1) Der Transistortyp hat die schnellste Schaltgeschwindigkeit (im Allgemeinen 0,2 ms), aber die kleinste Belastbarkeit, etwa 0,2 bis 0,3 A, 24 VDC. Es eignet sich für Geräte mit schneller Umschaltung und Signalverbindung. Es wird im Allgemeinen mit Signalen wie Frequenzumwandlungs- und Gleichstromgeräten verbunden. Es sollte auf die Auswirkungen des Transistor-Leckstroms auf die Last geachtet werden. (2) Die Vorteile des Thyristortyps bestehen darin, dass er keine Kontakte hat, Wechselstromlasteigenschaften aufweist und eine geringe Belastbarkeit aufweist. (3) Der Relaisausgang verfügt über AC- und DC-Lasteigenschaften und eine große Belastbarkeit. Bei der konventionellen Steuerung wird im Allgemeinen zuerst der Relaiskontaktausgang verwendet. Der Nachteil besteht darin, dass die Schaltgeschwindigkeit langsam ist (im Allgemeinen etwa 10 ms) und nicht für Hochfrequenz-Schaltanwendungen geeignet ist.  5Überspannungs- und Überstromverarbeitung des Wechselrichters (1) Wenn die vorgegebene Drehzahl reduziert wird, um den Motor zu verlangsamen, wechselt der Motor in den regenerativen Bremszustand und die vom Motor an den Wechselrichter zurückgespeiste Energie ist ebenfalls hoch. Diese Energie wird im Filterkondensator gespeichert, wodurch die Spannung am Kondensator ansteigt und schnell den Einstellwert des DC-Überspannungsschutzes erreicht, wodurch der Wechselrichter abschaltet. Die Lösung besteht darin, einen Bremswiderstand außerhalb des Wechselrichters anzubringen und den Widerstand zu verwenden, um die regenerativ erzeugte elektrische Energie zu verbrauchen, die vom Motor auf die Gleichstromseite zurückgespeist wird. (2) Der Wechselrichter ist an mehrere kleine Motoren angeschlossen. Wenn in einem der Kleinmotoren ein Überstromfehler auftritt, gibt der Wechselrichter einen Überstromfehleralarm aus, wodurch der Wechselrichter abschaltet und andere normale Kleinmotoren nicht mehr funktionieren. 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 direkt auf den Transformator und nicht auf den Wechselrichter aus und verhindert so eine Abschaltung des Wechselrichters. Nach dem Experiment funktioniert es gut und der vorherige Fehler, dass normale Motoren angehalten haben, ist nicht aufgetreten.  6Ein- und Ausgänge sind zur einfachen Wartung gekennzeichnet Die SPS steuert ein komplexes System. Alles, was Sie sehen können, sind zwei Reihen versetzter Eingangs- und Ausgangsrelaisanschlüsse, entsprechende Anzeigelampen und SPS-Nummern, genau wie bei einem integrierten Schaltkreis mit Dutzenden von Pins. Wer bei der Reparatur eines defekten Geräts nicht auf den Schaltplan schaut, ist hilflos und die Geschwindigkeit bei der Fehlersuche sehr gering. Angesichts dieser Situation erstellen wir eine Tabelle auf der Grundlage des elektrischen Schaltplans und kleben sie auf die Konsole oder den Schaltschrank des Geräts. Dabei geben wir das elektrische Symbol und den chinesischen Namen an, die jeder SPS-Eingangs- und Ausgangsklemmennummer entsprechen, ähnlich wie die Funktionsbeschreibung jedes Pins des integrierten Schaltkreises. Mit dieser Eingabe- und Ausgabetabelle können Elektriker, die den Betriebsprozess verstehen oder mit dem Kontaktplan dieses Geräts vertraut sind, mit der Wartung beginnen. Allerdings müssen Elektriker, die mit dem Betriebsprozess nicht vertraut sind und Kontaktpläne nicht lesen können, eine andere Tabelle zeichnen: die SPS-Eingangs- und Ausgangslogikfunktionstabelle. Diese Tabelle erläutert tatsächlich die logische Entsprechung zwischen dem Eingangskreis (Triggerelement, zugehöriges Element) und dem Ausgangskreis (Aktuator) in den meisten Betriebsabläufen. Die Praxis hat gezeigt, dass Sie elektrische Fehler problemlos ohne Zeichnungen reparieren können, wenn Sie die Eingabe-Ausgabe-Korrespondenztabelle und die Eingabe-Ausgabe-Logikfunktionstabelle geschickt verwenden.  7Ableiten von Fehlern durch Programmlogik Es gibt viele Arten von SPS, die heute in der Industrie häufig verwendet werden. Für Low-End-SPS sind die Kontaktplan-Anweisungen ähnlich. Für Mittel- und High-End-Maschinen wie die S7-300 werden viele Programme mithilfe von Sprachtabellen geschrieben. Praktische Leiterdiagramme müssen chinesische Symbolanmerkungen enthalten, da sie sonst schwer lesbar sind. Wenn Sie vor dem Lesen des Kontaktplans ein allgemeines Verständnis des Geräte- oder Betriebsablaufs haben, wird es einfacher erscheinen. Wenn eine elektrische Fehleranalyse durchgeführt werden soll, wird im Allgemeinen die umgekehrte Suchmethode oder die umgekehrte Argumentationsmethode verwendet, d Die Beziehung, die ihre Wirkung befriedigt, wird umgekehrt. Die Erfahrung zeigt, dass bei Feststellung eines Problems der Fehler grundsätzlich behoben werden kann, da es selten vorkommt, dass zwei oder mehr Fehlerstellen gleichzeitig im Gerät auftreten.  8SPS-Selbstfehlerbeurteilung Im Allgemeinen ist eine SPS ein äußerst zuverlässiges Gerät mit einer sehr geringen Ausfallrate. Die Wahrscheinlichkeit von Schäden an Hardware wie SPS und CPU oder Softwarefehlern liegt bei nahezu Null. Der SPS-Eingangspunkt wird kaum beschädigt, es sei denn, er wird durch starkes elektrisches Eindringen verursacht. Der normalerweise offene Punkt des SPS-Ausgangsrelais hat eine lange Kontaktlebensdauer, es sei denn, die periphere Last ist kurzgeschlossen oder die Konstruktion ist unangemessen und der Laststrom überschreitet den Nennbereich. Daher sollten wir uns bei der Suche nach elektrischen Fehlerstellen auf die peripheren elektrischen Komponenten der SPS konzentrieren und nicht immer vermuten, dass ein Problem mit der SPS-Hardware oder dem SPS-Programm vorliegt. Dies ist sehr wichtig, um defekte Geräte schnell reparieren und die Produktion wieder aufnehmen zu können. Daher konzentriert sich die vom Autor besprochene elektrische Fehlerprüfung und Reparatur des SPS-Steuerkreises nicht auf die SPS selbst, sondern auf die peripheren elektrischen Komponenten im von der SPS gesteuerten Stromkreis.  9Nutzen Sie die Software- und Hardwareressourcen vollständig und angemessen aus (1) Anweisungen, die nicht am Steuerzyklus teilnehmen oder vor dem Zyklus eingegeben wurden, müssen nicht mit der SPS verbunden werden. (2) Wenn mehrere Anweisungen eine Aufgabe steuern, können sie außerhalb der SPS parallel geschaltet und dann mit einem Eingabepunkt verbunden werden. (3) Nutzen Sie die internen funktionalen Softkomponenten der SPS vollständig aus und rufen Sie den Zwischenzustand vollständig auf, um das Programm vollständig und kohärent zu machen und die Entwicklung zu vereinfachen. Gleichzeitig werden dadurch auch die Hardware-Investitionen reduziert und die Kosten gesenkt; (4) Wenn die Bedingungen es zulassen, ist es am besten, jeden Ausgang unabhängig zu machen, was für die Steuerung und Inspektion praktisch ist und auch andere Ausgangskreise schützt; Wenn ein Ausgangspunkt ausfällt, führt dies lediglich dazu, dass der entsprechende Ausgangskreis die Kontrolle verliert. (5) Handelt es sich bei dem Ausgang um eine vorwärts/rückwärts gesteuerte Last, muss nicht nur das SPS-interne Programm verriegelt werden, sondern es müssen auch Maßnahmen außerhalb der SPS ergriffen werden, um zu verhindern, dass sich die Last in beide Richtungen bewegt; (6) Der SPS-Notstopp sollte aus Sicherheitsgründen mit einem externen Schalter abgeschaltet werden.  10Andere Überlegungen (1) Schließen Sie das Wechselstromkabel nicht an den Eingangsanschluss an, um einen Brand der SPS zu vermeiden. (2) Die Erdungsklemme sollte unabhängig geerdet werden und darf nicht in Reihe mit der Erdungsklemme anderer Geräte geschaltet werden. Die Querschnittsfläche des Erdungskabels sollte nicht weniger als 2 mm² betragen; (3) Die Hilfsstromversorgung ist klein und kann nur Geräte mit geringer Leistung (fotoelektrische Sensoren usw.) antreiben; (4) Einige SPS verfügen über eine bestimmte Anzahl belegter Punkte (d. h. leere Adressklemmen). Schließen Sie die Drähte nicht an. (5) Wenn im SPS-Ausgangskreis kein Schutz vorhanden ist, sollte eine Schutzvorrichtung wie eine Sicherung in Reihe in den externen Stromkreis geschaltet werden, um Schäden durch Lastkurzschlüsse zu verhindern.