可编程逻辑控制器PLC的使用方法与激励

可编程逻辑控制器（PLC），它利用一种可编程存储器将程序存储在其内部存储器中，并执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并控制各种类型的通过数字或模拟输入/输出的机械或生产过程。

几十年来，可编程逻辑控制器 (PLC) 一直是工厂自动化和工业过程控制不可或缺的一部分。从简单的照明功能到环境系统再到化学处理等应用，都离不开 PLC 控制。

这些系统具有多种功能，提供多种模拟和数字输入/输出接口、信号处理、数据转换以及多种不同的通信协议。 PLC 的所有组件和功能都以控制器为中心，控制器针对特定任务进行编程。

基本 PLC 组件必须足够灵活且可配置，以满足不同工厂和应用的需求。输入刺激，无论是模拟的还是数字的，都来自机器设备、传感器或过程事件，以电压或电流表示。 PLC 必须准确解析和转换 CPU 的激励信号，进而确定一组命令发送到输出系统，该系统控制安装在工厂或其他工业环境中的执行器。

现代 PLC 起源于 1960 年代，在随后的几十年中，通用功能和信号路径略有变化。然而，21世纪的过程控制对PLC提出了更加艰巨的新要求：更高的性能、更小的尺寸和更大的功能灵活性。必须针对可能具有破坏性的静电放电 (ESD)、电磁干扰和射频干扰 (RFI/EMI) 以及恶劣工业环境中常见的高幅度瞬态脉冲进行内置保护。

可靠的设计

PLC 需要在工业环境中无故障运行多年，这对为 PLC 提供卓越灵活性和精度的微电子技术是不利的。 Maxim 比任何混合信号 IC 制造商都更了解这种情况，因为我们自成立以来一直以卓越的产品可靠性和创新的解决方案在竞争中处于领先地位，确保高性能电子产品免受恶劣环境的影响。 ，包括高 ESD、高瞬态电压摆幅和 EMI/RFI。设计人员普遍认可 Maxim 的产品，因为它们解决了模拟、混合信号设计挑战，并将年复一年地继续解决这些问题。

更高的集成度

工厂自动化——新发明

流水线是人类历史上相当新的发明，许多国家同时出现了类似的创新。我们在这里列出了一些来自美国的例子。

Samuel Colt（美国领先的制造商）在 19 世纪中叶展示了一种通用组件。早期的枪支要求每支枪的部件都独立制造，然后单独组装。为了实现自动化组装，柯尔特先生尝试将10支枪的所有零件分别放在不同的盒子里，然后从盒子里随机抓取这些零件，组装成一把枪。 20世纪初，亨利福特进一步拓展了量产技术。他建立了一个固定的装配厂，汽车沿着生产线被传递到不同的车间。员工只需要知道很少的装配知识，在以后的工作中只会做这种工作。 1954 年，George Devol 申请了美国专利 2,988,237，这标志着第一台工业机器人 Unimate 的诞生。在 1960 年代后期，通用汽车？使用PLC组装汽车的自动变速器。迪克莫利 – PLC之父，通用汽车？开发了第一台 PLC (Modicon)，他的美国专利 3,761,893 是当今许多 PLC 的基础。

基本PLC操作

过程控制有多简单？我们以普通的家用取暖器为例。

加热器组件密封在容器中，便于系统通信。这个概念可以推广到远程控制的家用恒温加热器，通信距离在几米左右，通常采用电压控制。

现在我们已经扩展了这个小型简单的过程控制系统，工厂需要哪些控制和配置？

长距离传输线路的阻抗、EMI 和 RFI 使电压控制方案的实施变得非常困难，在这种情况下，电流环路是一种简单而有效的解决方案。根据基尔霍夫定律，电流回路中任一点的电流等于回路中所有其他点的电流，可以抵消传输线阻抗的影响。由于低环路阻抗和带宽（数百欧姆，< 100 Hz），EMI 和 RFI 的杂散拾取最小化。 PLC 系统对于适当的控制非常有用，例如工厂生产系统。

PLC的电流环传输

电流控制回路的应用始于 20 世纪初的电传打字机。最早使用的是 0–60mA 回路，后来改为 0–20mA 回路。 PLC 系统是第一个使用 4–20mA 回路的系统。

4–20mA 电流环路具有许多优点。传统的分立器件设计需要仔细计算，与当前集成的 4-20mA IC 相比，电路占用了大量空间。 Maxim推出了多款20mA器件，包括MAX15500和MAX5661，可有效简化4-20mA PLC系统的设计。

任何测量的当前值都代表某些信息。实际上可编程逻辑控制器，4–20mA 电流环路在 0mA 至 24mA 电流范围内运行。但 0mA 至 4mA 和 20mA 至 24mA 电流范围用于诊断和系统校准。由于低于 4mA 和高于 20mA 的电流用于诊断，因此可以认为 0mA 和 4mA 之间的读数表示系统中的传输线损坏。同样，20mA 和 24mA 之间的读数可能表明系统中存在潜在的短路故障。

4–20mA 通信的增强版本称为高速可寻址远程传感器（HART? 系统），它向后兼容 4–20mA 仪表。在HART系统中，可以使用基于微处理器的智能集成现场设备实现双向通信。根据 HART 协议，附加的数字信息可以在相同的 4-20mA 模拟电流信号对上承载可编程逻辑控制器，用于过程控制。

PLC的功能可以分为几个功能组。许多 PLC 制造商将这些功能集成到单独的模块中，每个模块的功能根据具体应用而有所不同。许多模块具有多种功能，可以与各种传感器接口。然而，在大多数情况下，专用模块或扩展模块是为特定应用设计的，例如电阻温度检测器 (RTD)、传感器或热电偶传感器。一般来说，所有模块都具有相同的核心功能：模拟输入、模拟输出、分布式控制（例如现场总线）、接口、数字输入和输出（I/O）、CPU和电源。这些核心功能我们将一一介绍，其他章节将分别介绍传感器和传感器接口。