幹貨丨一文講清PLC前世今生（二）
2023-7-14新聞
本文講述的(de)具體内容爲——可(kě)編程邏輯控制器（PLC）：基礎知識，類型和(hé)應用(yòng)的(de)相關内容（二）。原文作者Vidya Muthukrishnan；來(lái)自electrical4u，文章(zhāng)經過機翻以及人(rén)工校對(duì)。全文閱讀時(shí)長(cháng)約6分(fēn)鐘(zhōng)。
01
輸入和(hé)輸出模塊
你有沒有想過如何用(yòng)PLC來(lái)感知溫度、壓力、流量等物(wù)理(lǐ)參數？當然，PLC有一個(gè)專用(yòng)的(de)接口輸入和(hé)輸出模塊，稱爲輸入輸出模塊。
輸入設備可(kě)以是啓動和(hé)停止按鈕、開關等，輸出設備可(kě)以是電加熱(rè)器、閥門、繼電器等。I/O 模塊有助于将輸入和(hé)輸出設備與微處理(lǐ)器連接起來(lái)。PLC的(de)輸入模塊如下(xià)圖所示。
PLC 輸入模塊
PLC輸入模塊電路圖
PLC的(de)輸入模塊執行四個(gè)主要功能：
1. 輸入模塊接口接收來(lái)自 220 V AC 過程設備的(de)信号。
2. 将輸入信号轉換爲 5 V DC，可(kě)供 PLC 使用(yòng)。
3. 隔離器塊用(yòng)于隔離/防止PLC發生波動。
4. 之後，信号被發送到輸出端，即PLC。
輸入模塊有兩個(gè)主要部分(fēn)，即電源部分(fēn)和(hé)邏輯部分(fēn)。這(zhè)兩個(gè)部分(fēn)都是相互電氣隔離的(de)。最初按鈕是關閉的(de)。因此，220V的(de)交流電通(tōng)過電阻R1和(hé)R2給橋式電路供電。
橋式整流器（如二極管橋式整流器）用(yòng)于将交流信号轉換爲直流，齊納二極管用(yòng)于爲LED提供低壓電源。當LED的(de)光(guāng)線落在光(guāng)電晶體管上時(shí)，它就會在導通(tōng)區(qū)工作。最後，一個(gè)5V的(de)直流電源被提供給處理(lǐ)器。
PLC的(de)輸出模塊的(de)工作方式與輸入模塊類似，但過程相反。它連接輸出負載和(hé)處理(lǐ)器。所以這(zhè)裏的(de)第一部分(fēn)是邏輯會話(huà)，接下(xià)來(lái)是電源部分(fēn)。輸出模塊的(de)工作如下(xià)圖所示 。
可(kě)編程控制器輸出模塊
因此，當處理(lǐ)器産生程序邏輯高(gāo)信号時(shí)，LED将打開并允許光(guāng)線落在光(guāng)電晶體管上。當晶體管進入導通(tōng)區(qū)域時(shí)，它會産生一個(gè)脈沖到可(kě)控矽的(de)栅極。隔離器模塊用(yòng)于隔離邏輯部分(fēn)和(hé)控制部分(fēn)。
02
通(tōng)信接口模塊
爲了(le)在CPU和(hé)通(tōng)信網絡之間傳輸信息，使用(yòng)了(le)智能I / O模塊。這(zhè)些通(tōng)信模塊有助于與放置在遠(yuǎn)程位置的(de)其他(tā)PLC和(hé)計算(suàn)機連接。
03
可(kě)編程控制器的(de)類型
PLC的(de)兩種主要類型是固定/緊湊型PLC和(hé)模塊化(huà)PLC。
04
緊湊型可(kě)編程控制器
在單個(gè)案例中，會有很多(duō)模塊。它有固定數量的(de) I/O 模塊和(hé)外部 I/O 卡。因此，它無法擴展更多(duō)模塊。每個(gè)輸入和(hé)輸出将由制造商決定。
05
模塊化(huà)可(kě)編程控制器
“秀米，打動你的(de)人(rén)群”，再小的(de)個(gè)體，也(yě)有自己希望打動的(de)人(rén)群。希望用(yòng)秀米，你能做(zuò)出或簡潔、或驚豔、或濃墨重彩或意蘊綿長(cháng)的(de)各種效果，打動你的(de)人(rén)群。
PLC根據輸出分(fēn)爲三種類型，即繼電器輸出，晶體管輸出和(hé)三端雙向可(kě)控矽（Triac）輸出PLC。繼電器輸出類型最适合交流和(hé)直流輸出設備。晶體管輸出型PLC使用(yòng)開關操作，用(yòng)于微處理(lǐ)器内部使用(yòng)。
根據物(wù)理(lǐ)尺寸，PLC分(fēn)爲Mini（迷你型），Micro（微型）和(hé)Nano（納米型） PLC。
06
可(kě)編程控制器應用(yòng)
PLC具有多(duō)種應用(yòng)和(hé)用(yòng)途，包括：
1. 過程自動化(huà)設備（例如采礦、石油和(hé)天然氣）
2. 玻璃行業
3. 造紙工業
4. 水(shuǐ)泥制造
5. 在鍋爐中 – 火力發電廠
07
PLC編程
在使用(yòng)PLC時(shí)，根據你的(de)特定使用(yòng)情況來(lái)設計和(hé)實現概念是很重要的(de)。要做(zuò)到這(zhè)一點，我們首先需要了(le)解更多(duō)關于PLC編程的(de)具體内容。
PLC程序由一組文本或圖形形式的(de)指令組成，這(zhè)些指令表示控制PLC所控制過程的(de)邏輯。PLC編程語言主要分(fēn)爲兩種，又分(fēn)爲許多(duō)子分(fēn)類類型。
1.文本語言
· 指令列表
· 結構化(huà)文本
2. 圖形表單
·梯形圖（LD）（即梯形圖邏輯）
·功能塊圖（FBD）
·功能圖（SFC）
盡管所有這(zhè)些PLC編程語言都可(kě)用(yòng)于對(duì)PLC進行編程，但圖形語言（如梯形邏輯）通(tōng)常比文本語言（如結構化(huà)文本編程）更受歡迎。
08
梯形圖邏輯
梯形圖邏輯是PLC編程的(de)最簡單形式。它也(yě)被稱爲“中繼邏輯”。繼電器控制系統中使用(yòng)的(de)繼電器觸點使用(yòng)梯形邏輯表示。
下(xià)圖顯示了(le)梯形圖的(de)簡單示例。
PLC 梯形圖邏輯
在上述示例中，兩個(gè)按鈕用(yòng)于控制相同的(de)燈負載。當任何一個(gè)開關關閉時(shí)，燈都會亮起。
兩條水(shuǐ)平線稱爲梯級，兩條垂直線稱爲軌道。每個(gè)梯級形成正軌 （P） 和(hé)負軌 （N） 之間的(de)電氣連接。這(zhè)允許電流在輸入和(hé)輸出設備之間流動。
09
功能框圖
功能塊圖（FBD）是一種簡單的(de)、圖形化(huà)的(de)方法，可(kě)以在PLC中對(duì)多(duō)種功能進行編程。 PLCOpen在标準IEC 61131-3中描述了(le)使用(yòng)FBD。功能塊是一個(gè)程序指令單元，在執行時(shí)産生一個(gè)或多(duō)個(gè)輸出值。
它由如下(xià)所示的(de)塊表示。它表示爲一個(gè)矩形塊，輸入在左側進入，輸出線在右側離開。它給出了(le)輸入和(hé)輸出狀态之間的(de)關系
功能塊
使用(yòng) FBD 的(de)優點是可(kě)以在功能塊上使用(yòng)任意數量的(de)輸入和(hé)輸出。使用(yòng)多(duō)個(gè)輸入和(hé)輸出時(shí)，您可(kě)以将一個(gè)功能塊的(de)輸出連接到另一個(gè)功能塊的(de)輸入。從而構建功能塊圖。
功能框圖示例
下(xià)圖顯示了(le) FBD 編程中使用(yòng)的(de)各種功能塊。
功能塊編程
下(xià)圖顯示了(le)下(xià)圖顯示了(le)梯形圖和(hé)Siemens符号中的(de)功能塊對(duì)應關系。
梯子到功能塊
梯形圖到功能框圖
10
結構化(huà)文本編程
結構化(huà)文本是一種文本編程語言，它利用(yòng)語句來(lái)确定要執行的(de)内容。它遵循更傳統的(de)編程協議(yì)，但不區(qū)分(fēn)大(dà)小寫。一系列語句（邏輯）由使用(yòng)多(duō)個(gè)運算(suàn)符表示賦值和(hé)關系組成。結構文本運算(suàn)符在下(xià)圖中列出。
結構化(huà)文本編程
11
PLC 編程示例
如果泵正在運行并且壓力令人(rén)滿意，或者如果燈測試開關關閉，則需要打開信号燈。在此應用(yòng)中，如果燈需要輸出，則需要泵和(hé)壓力傳感器的(de)輸入。因此，使用(yòng)AND邏輯門。
OR邏輯用(yòng)于測試輸入條件，無論AND系統是否有信号，它都需要給出一個(gè)燈亮的(de)輸出。通(tōng)過在梯形圖中使用(yòng)END或RET指令，我們可(kě)以知道PLC已經到達了(le)程序的(de)終點。功能塊圖和(hé)梯形圖如下(xià)圖所示。
用(yòng)于測試燈發光(guāng)的(de)PLC程序
作爲另一個(gè)示例，考慮一個(gè)閥門，當泵運行時(shí)，該閥門将用(yòng)于提升負載，并且提升開關已操作或開關已操作，指示負載尚未提升并且位于其提升通(tōng)道的(de)底部。
OR邏輯用(yòng)于兩個(gè)開關，AND邏輯用(yòng)于兩個(gè)開關和(hé)泵。僅當泵打開且操作兩個(gè)開關時(shí)，閥門才會運行。
用(yòng)于操作閥門的(de)PLC程序
考慮一台飲料機，它允許選擇茶或咖啡，牛奶或不牛奶，糖或無糖，并在插入硬币時(shí)提供所需的(de)熱(rè)飲。從下(xià)圖可(kě)以看出，茶或咖啡是使用(yòng)第一個(gè)OR邏輯門選擇的(de)。
當選擇茶或咖啡并将硬币插入機器時(shí)，第一個(gè) AND 門給出輸出。此 AND 門的(de)輸出提供給第二個(gè) AND 門。第二個(gè)AND門僅在熱(rè)水(shuǐ)與茶結合時(shí)運行。牛奶和(hé)糖是可(kě)選的(de)添加物(wù)，可(kě)以在插入硬币後發生。
飲水(shuǐ)機用(yòng)FBD
飲水(shuǐ)機應用(yòng)的(de)梯形邏輯
12
可(kě)編程控制器的(de)曆史
許多(duō)早期的(de)PLC無法對(duì)邏輯進行圖形表示，因此它被表示爲布爾格式（類似于布爾代數）的(de)一系列邏輯表達式。
許多(duō)早期的(de)PLC無法對(duì)邏輯進行圖形表示，因此它被表示爲布爾格式（類似于布爾代數）的(de)一系列邏輯表達式。
随著(zhe)編程終端的(de)發展，梯形圖邏輯的(de)使用(yòng)變得(de)越來(lái)越普遍，因爲它是用(yòng)于機電控制面闆的(de)熟悉格式。存在更現代的(de)格式，例如狀态邏輯和(hé)功能塊圖，但它們仍然不如梯形圖流行。
造成這(zhè)種情況的(de)一個(gè)可(kě)能原因是，與結構化(huà)文本編程相比，程序員(yuán)更喜歡梯形圖邏輯的(de)視覺吸引力。
直到大(dà)約 1990 年代中期，PLC 都是使用(yòng)專有編程面闆或專用(yòng)編程終端進行編程的(de)，這(zhè)些編程終端通(tōng)常具有代表 PLC 程序各種邏輯元素的(de)專用(yòng)功能鍵。
一些專有編程終端将PLC程序的(de)元素顯示爲圖形符号，但觸點，線圈和(hé)電線的(de)普通(tōng)ASCII代碼表示很常見。
( End，感謝觀看 )
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