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什么是PLC？

什么是PLC？PLC 或可編程邏輯控制器是一種計算機，可在極端溫度或多塵區域等工業環境的惡劣條件下可靠運行。它使工業流程自動化，包括制造和廢水處理。

PLC 具有您家中個人計算機的許多功能。它們都有電源、CPU（中央處理器）、輸入和輸出 （I/O）、內存和操作軟件（盡管它是不同的操作軟件）。

最大的區別在于，PLC可以執行PC無法做到的離散和連續功能，而PLC更適合惡劣的工業環境。PLC可以被認為是一種“堅固耐用”的數字計算機，用于管理工業環境的機電過程。

PLC在自動化領域發揮著至關重要的作用，是更大的SCADA系統的一部分。PLC可以根據工藝的操作要求進行編程。在制造業中，由于生產性質的變化，將需要重新編程。為了克服這一困難，引入了基于PLC的控制系統。在介紹PLC的各種應用之前，我們將首先討論PLC的基礎知識。

如果您想學習如何對 PLC 進行編程，您應該查看一些不同的在線 PLC 培訓課程。這些課程可以幫助您快速開始控制工程的職業生涯。

PLC 基礎知識

PLC 由 Dick Morley 于 1964 年創建，通過計時、計數和信號處理等功能改變了工業和制造業。

與“硬連線”控制系統相比，PLC的主要優勢在于，您可以在編程后返回并更改PLC，成本很低（只是程序員的時間成本）。在硬接線控制系統中，您基本上必須撕掉電線并從頭開始（這更昂貴且需要更長的時間）。讓我們看一個例子來更好地理解這個優勢。

想象一下，你有一盞燈連接到一個開關。通常，燈在兩種條件下工作——ON 和 OFF?，F在，您接到一項任務，當您打開開關時，燈應該僅在 30 秒后亮起。有了這種硬連線設置，我們就被困住了。實現此目的的唯一方法是完全重新連接我們的電路以添加定時繼電器。對于一個微小的改變來說，這是很多麻煩的。

這就是可編程邏輯控制器的用武之地，它不需要任何額外的布線和硬件來確保更改。相反，它需要對代碼進行簡單的更改，將 PLC 編程為僅在開關打開后 30 秒才打開燈。因此，通過使用PLC，可以很容易地合并多個輸入和輸出。

這只是一個簡單的例子——PLC能夠控制更大、更復雜的過程。PLC可以根據用戶的應用和需求進行定制。

PLC是如何工作的？

可編程邏輯控制器的工作可以很容易地理解為一種稱為掃描周期的循環掃描方法。

PLC掃描過程包括以下步驟

• 操作系統開始循環并監控時間。
• CPU 開始從輸入模塊讀取數據并檢查所有輸入的狀態。
• CPU 開始執行以繼電器梯形邏輯或任何其他 PLC 編程語言編寫的用戶或應用程序。
• 接下來，CPU 執行所有內部診斷和通信任務。
• 根據程序結果，將數據寫入輸出模塊，以便更新所有輸出。
• 只要 PLC 處于運行模式，此過程就會繼續。

PLC的物理結構

PLC的結構幾乎與計算機的架構相似。

可編程邏輯控制器持續監控來自各種輸入傳感設備（例如加速度計、體重秤、硬連線信號等）的輸入值，并根據生產和工業的性質產生相應的輸出。PLC的典型框圖由五個部分組成，即：

• 機架或機箱
• 電源模塊
• 中央處理器 （CPU）
• 輸入和輸出模塊
• 通信接口模塊

機架或機箱

在所有PLC系統中，PLC機架或機箱是最重要的模塊，是系統的主干。PLC有不同的形狀和尺寸。當涉及更復雜的控制系統時，它需要更大的PLC機架。

小型PLC配有固定的I/O引腳配置。因此，他們選擇了模塊化機架式 PLC，它接受不同類型的 I/O 模塊，具有滑動和安裝概念。所有 I/O 模塊都將駐留在此機架/機箱內。

電源模塊

該模塊用于為整個PLC系統提供所需的電源。它將可用的交流電源轉換為直流電源，這是 CPU 和 I/O 模塊所需的。PLC 通常在 24V 直流電源下工作。很少有PLC使用隔離電源。

CPU模塊和內存

CPU模塊具有中央處理器，ROM和RAM。ROM 內存包括操作系統、驅動程序和應用程序。RAM用于存儲程序和數據。CPU是PLC的大腦，具有八進制或六邊形微處理器。

作為基于微處理器的 CPU，它取代了定時器、繼電器和計數器。兩種類型的處理器，一個是單位處理器，一個是文字處理器，可以與PLC合并。一位處理器用于執行邏輯功能。文字處理器用于處理文本、數字數據、控制和記錄數據。

CPU 從傳感器讀取輸入數據，對其進行處理，并將命令發送到控制設備。如前所述，直流電源需要電壓信號。CPU 還包含其他電氣部件，用于連接其他單元使用的電纜。

輸入和輸出模塊

PLC的輸入和輸出模塊對于檢測溫度、壓力和流量等物理參數至關重要，使其能夠與各種工業過程進行交互。

輸入設備可以是啟動和停止按鈕、開關等，輸出設備可以是電加熱器、閥門、繼電器等。I/O 模塊有助于將輸入和輸出設備與微處理器連接起來。PLC的輸入模塊如下圖所示。

PLC的輸入模塊有四個主要功能。

1. 輸入模塊接口接收來自 220 V AC 過程設備的信號
2. 將輸入信號轉換為 PLC 可以使用的 5 V DC
3. 隔離器塊用于隔離/防止PLC發生波動
4. 之后，信號被發送到輸出端，即PLC

輸入模塊中有兩個主要部分，即電源部分和邏輯部分。兩個部分彼此電氣隔離。最初，按鈕是關閉的。因此，通過電阻R220和R1為電橋電路提供2 V交流電源。

橋式整流器（如二極管橋式整流器）用于將交流信號轉換為直流電，齊納二極管用于為LED提供低壓電源。當來自 LED 的光落在光電晶體管上時，它會在傳導區域工作。最后，為處理器提供 5V 直流電源。

PLC的輸出模塊的工作方式與輸入模塊類似，但過程相反。它連接輸出負載和處理器。所以這里的第一部分是邏輯會話，接下來是電源部分。輸出模塊的工作原理如下圖所示

因此，當處理器生成程序邏輯高電平信號時，LED 將打開并允許光線落在光電晶體管上。當晶體管進入導通區域時，它會向三端雙向可控硅的柵極產生脈沖。隔離器模塊用于隔離邏輯部分和控制部分。

通信接口模塊

為了在CPU和通信網絡之間傳輸信息，使用了智能I/O模塊。這些通信模塊有助于連接放置在遠程位置的其他PLC和計算機。

PLC的類型

PLC的兩種主要類型是固定/緊湊型PLC和模塊化PLC。

緊湊型PLC

在一個案例中，將有許多模塊。它具有固定數量的 I/O 模塊和外部 I/O 卡。因此，它無法擴展模塊。每個輸入和輸出都將由制造商決定。

模塊化PLC

這種類型的PLC允許通過“模塊”進行多次擴展，因此被稱為模塊化PLC?？梢栽黾?I/O 組件。它更易于使用，因為每個組件都是相互獨立的。

PLC根據輸出分為三種類型，即繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出PLC。繼電器輸出類型最適合交流和直流輸出設備。晶體管輸出型PLC使用開關操作，用于微處理器內部。

根據物理尺寸，PLC分為Mini、Micro和Nano PLC。

一些PLC制造商包括：

• 艾倫·布拉德利
• ABB公司
• 西門子
• 三菱PLC
• 日立公司
• 臺達PLC
• 通用電氣 （GE） PLC
• 霍尼韋爾公司

PLC應用

PLC具有多種應用和用途，包括：

1. 過程自動化設備（例如采礦、石油和天然氣）
2. 玻璃行業
3. 造紙行業
4. 水泥制造

   

5. 在鍋爐中 – 火力發電廠

PLC編程

使用 PLC 時，根據您的特定用例設計和實現概念非常重要。為此，我們首先需要更多地了解PLC編程的細節。

PLC程序由一組文本或圖形形式的指令組成，這些指令表示控制PLC所控制過程的邏輯。PLC編程語言主要分為兩種，又分為許多子分類類型。

1. 文本語言
   • 說明書列表
   • 結構化文本
2. 圖形形式
   • 梯形圖 （LD）（即梯形圖邏輯）
   • 功能塊圖?（FBD）
   • 順序功能圖 （SFC）

     

盡管所有這些 PLC 編程語言都可用于對 PLC 進行編程，但圖形語言（如梯形邏輯）通常優于文本語言（如結構化文本編程）。

梯形邏輯

梯形圖邏輯是最簡單的PLC編程形式。它也被稱為“繼電器邏輯”。繼電器控制系統中使用的繼電器觸點使用梯形邏輯表示。
下圖顯示了梯形圖的簡單示例。

在上述示例中，使用兩個按鈕來控制相同的燈負載。當任何一個開關關閉時，lamp 會發光。

兩條水平線稱為梯級，兩條垂直線稱為導軌。每個梯級在正軌 （P） 和負軌 （N） 之間形成電氣連接。這允許電流在輸入和輸出設備之間流動。

功能框圖

功能框圖 （FBD） 是一種在 PLC 中對多個功能進行編程的簡單圖形方法。 PLCOpen 在標準 IEC 61131-3 中描述了使用 FBD。功能塊是一個程序指令單元，在執行時會產生一個或多個輸出值。

它由一個塊表示，如下所示。它表示為一個矩形塊，輸入在左側輸入，輸出線在右側離開。它給出了輸入和輸出狀態之間的關系

使用FBD的優點是可以在功能塊上使用任意數量的輸入和輸出。使用多個輸入和輸出時，可以將一個功能塊的輸出連接到另一個功能塊的輸入。從而構建功能塊圖。

下圖顯示了 FBD 編程中使用的各種功能塊。

下圖顯示了西門子表示法中的梯形圖及其等效功能塊。

結構化文本編程

結構化文本是 PLC 的一種編程語言，它使用簡單的語句來口述操作。它類似于傳統編程，但不區分大小寫，使用運算符來表達邏輯和關系。

PLC編程示例

如果泵正在運行且壓力令人滿意，或者如果燈測試開關關閉，則需要打開信號燈。在此應用中，如果燈需要輸出，則需要泵和壓力傳感器的輸入。因此，使用AND邏輯門。

OR邏輯用于測試輸入條件，無論AND系統是否有信號，都需要給出燈的輸出。通過在梯形圖中使用 END 或 RET 指令，我們可以判斷 PLC 已到達程序的末尾。功能塊圖和梯形圖如下圖所示。

As another example, consider a valve that is to be operated to lift a load when a pump is running and either the lift switch is operated or a switch operated indicating that the load has not already been lifted and is at the bottom of its lift channel.

OR logic is used for two switches and an AND logic is used with two switches and the pump. The valve will be operated only if the pump is ON and two switches are operated.

考慮一臺飲料機，它允許選擇茶或咖啡、牛奶或無牛奶、糖或無糖，并在插入硬幣時提供所需的熱飲。從圖中可以看出，使用第一個OR邏輯門選擇茶或咖啡。

當選擇茶或咖啡并將硬幣插入機器時，第一個 AND 門會給出輸出。該 AND 門的輸出被提供給第二個 AND 門。第二個 AND 門僅在熱水與茶混合時運行。牛奶和糖是可選的添加物，可以在插入硬幣后發生。