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干貨丨一文講清PLC前世今生（二）

2023-7-14新聞

本文講述的具體內(nèi)容為——可編程邏輯控制器（PLC）：基礎(chǔ)知識(shí)，類型和應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容（二）。原文作者Vidya Muthukrishnan；來(lái)自electrical4u，文章經(jīng)過(guò)機(jī)翻以及人工校對(duì)。全文閱讀時(shí)長(zhǎng)約6分鐘。

輸入和輸出模塊

你有沒(méi)有想過(guò)如何用PLC來(lái)感知溫度、壓力、流量等物理參數(shù)？當(dāng)然，PLC有一個(gè)專用的接口輸入和輸出模塊，稱為輸入輸出模塊。

輸入設(shè)備可以是啟動(dòng)和停止按鈕、開(kāi)關(guān)等，輸出設(shè)備可以是電加熱器、閥門(mén)、繼電器等。I/O 模塊有助于將輸入和輸出設(shè)備與微處理器連接起來(lái)。PLC的輸入模塊如下圖所示。

PLC 輸入模塊

PLC輸入模塊電路圖

PLC的輸入模塊執(zhí)行四個(gè)主要功能：

1. 輸入模塊接口接收來(lái)自 220 V AC 過(guò)程設(shè)備的信號(hào)。

2. 將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為 5 V DC，可供 PLC 使用。

3. 隔離器塊用于隔離/防止PLC發(fā)生波動(dòng)。

4. 之后，信號(hào)被發(fā)送到輸出端，即PLC。

輸入模塊有兩個(gè)主要部分，即電源部分和邏輯部分。這兩個(gè)部分都是相互電氣隔離的。最初按鈕是關(guān)閉的。因此，220V的交流電通過(guò)電阻R1和R2給橋式電路供電。

橋式整流器（如二極管橋式整流器）用于將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流，齊納二極管用于為L(zhǎng)ED提供低壓電源。當(dāng)LED的光線落在光電晶體管上時(shí)，它就會(huì)在導(dǎo)通區(qū)工作。最后，一個(gè)5V的直流電源被提供給處理器。

PLC的輸出模塊的工作方式與輸入模塊類似，但過(guò)程相反。它連接輸出負(fù)載和處理器。所以這里的第一部分是邏輯會(huì)話，接下來(lái)是電源部分。輸出模塊的工作如下圖所示。

可編程控制器輸出模塊

因此，當(dāng)處理器產(chǎn)生程序邏輯高信號(hào)時(shí)，LED將打開(kāi)并允許光線落在光電晶體管上。當(dāng)晶體管進(jìn)入導(dǎo)通區(qū)域時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖到可控硅的柵極。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(wǎng)絡(luò)之間傳輸信息，使用了智能I / O模塊。這些通信模塊有助于與放置在遠(yuǎn)程位置的其他PLC和計(jì)算機(jī)連接。

可編程控制器的類型

PLC的兩種主要類型是固定/緊湊型PLC和模塊化PLC。

緊湊型可編程控制器

在單個(gè)案例中，會(huì)有很多模塊。它有固定數(shù)量的 I/O 模塊和外部 I/O 卡。因此，它無(wú)法擴(kuò)展更多模塊。每個(gè)輸入和輸出將由制造商決定。

模塊化可編程控制器

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PLC根據(jù)輸出分為三種類型，即繼電器輸出，晶體管輸出和三端雙向可控硅（Triac）輸出PLC。繼電器輸出類型最適合交流和直流輸出設(shè)備。晶體管輸出型PLC使用開(kāi)關(guān)操作，用于微處理器內(nèi)部使用。

根據(jù)物理尺寸，PLC分為Mini（迷你型），Micro（微型）和Nano（納米型） PLC。

可編程控制器應(yīng)用

PLC具有多種應(yīng)用和用途，包括：

1. 過(guò)程自動(dòng)化設(shè)備（例如采礦、石油和天然氣）

2. 玻璃行業(yè)

3. 造紙工業(yè)

4. 水泥制造

5. 在鍋爐中 – 火力發(fā)電廠

PLC編程

在使用PLC時(shí)，根據(jù)你的特定使用情況來(lái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)概念是很重要的。要做到這一點(diǎn)，我們首先需要了解更多關(guān)于PLC編程的具體內(nèi)容。

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(guò)程的邏輯。PLC編程語(yǔ)言主要分為兩種，又分為許多子分類類型。

1.文本語(yǔ)言

· 指令列表

· 結(jié)構(gòu)化文本

2. 圖形表單

·梯形圖（LD）（即梯形圖邏輯）

·功能塊圖（FBD）

·功能圖（SFC）

盡管所有這些PLC編程語(yǔ)言都可用于對(duì)PLC進(jìn)行編程，但圖形語(yǔ)言（如梯形邏輯）通常比文本語(yǔ)言（如結(jié)構(gòu)化文本編程）更受歡迎。

梯形圖邏輯

梯形圖邏輯是PLC編程的最簡(jiǎn)單形式。它也被稱為“中繼邏輯”。繼電器控制系統(tǒng)中使用的繼電器觸點(diǎn)使用梯形邏輯表示。

下圖顯示了梯形圖的簡(jiǎn)單示例。

PLC 梯形圖邏輯

在上述示例中，兩個(gè)按鈕用于控制相同的燈負(fù)載。當(dāng)任何一個(gè)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，燈都會(huì)亮起。

兩條水平線稱為梯級(jí)，兩條垂直線稱為軌道。每個(gè)梯級(jí)形成正軌（P）和負(fù)軌（N）之間的電氣連接。這允許電流在輸入和輸出設(shè)備之間流動(dòng)。

功能框圖

功能塊圖（FBD）是一種簡(jiǎn)單的、圖形化的方法，可以在PLC中對(duì)多種功能進(jìn)行編程。 PLCOpen在標(biāo)準(zhǔn)IEC 61131-3中描述了使用FBD。功能塊是一個(gè)程序指令單元，在執(zhí)行時(shí)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)輸出值。

它由如下所示的塊表示。它表示為一個(gè)矩形塊，輸入在左側(cè)進(jìn)入，輸出線在右側(cè)離開(kāi)。它給出了輸入和輸出狀態(tài)之間的關(guān)系

功能塊

使用 FBD 的優(yōu)點(diǎn)是可以在功能塊上使用任意數(shù)量的輸入和輸出。使用多個(gè)輸入和輸出時(shí)，您可以將一個(gè)功能塊的輸出連接到另一個(gè)功能塊的輸入。從而構(gòu)建功能塊圖。

功能框圖示例

下圖顯示了 FBD 編程中使用的各種功能塊。

功能塊編程

下圖顯示了下圖顯示了梯形圖和Siemens符號(hào)中的功能塊對(duì)應(yīng)關(guān)系。

梯子到功能塊

梯形圖到功能框圖

結(jié)構(gòu)化文本編程

結(jié)構(gòu)化文本是一種文本編程語(yǔ)言，它利用語(yǔ)句來(lái)確定要執(zhí)行的內(nèi)容。它遵循更傳統(tǒng)的編程協(xié)議，但不區(qū)分大小寫(xiě)。一系列語(yǔ)句（邏輯）由使用多個(gè)運(yùn)算符表示賦值和關(guān)系組成。結(jié)構(gòu)文本運(yùn)算符在下圖中列出。

結(jié)構(gòu)化文本編程

PLC 編程示例

如果泵正在運(yùn)行并且壓力令人滿意，或者如果燈測(cè)試開(kāi)關(guān)關(guān)閉，則需要打開(kāi)信號(hào)燈。在此應(yīng)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(mén)。

OR邏輯用于測(cè)試輸入條件，無(wú)論AND系統(tǒng)是否有信號(hào)，它都需要給出一個(gè)燈亮的輸出。通過(guò)在梯形圖中使用END或RET指令，我們可以知道PLC已經(jīng)到達(dá)了程序的終點(diǎn)。功能塊圖和梯形圖如下圖所示。

用于測(cè)試燈發(fā)光的PLC程序

作為另一個(gè)示例，考慮一個(gè)閥門(mén)，當(dāng)泵運(yùn)行時(shí)，該閥門(mén)將用于提升負(fù)載，并且提升開(kāi)關(guān)已操作或開(kāi)關(guān)已操作，指示負(fù)載尚未提升并且位于其提升通道的底部。

OR邏輯用于兩個(gè)開(kāi)關(guān)，AND邏輯用于兩個(gè)開(kāi)關(guān)和泵。僅當(dāng)泵打開(kāi)且操作兩個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)，閥門(mén)才會(huì)運(yùn)行。

用于操作閥門(mén)的PLC程序

考慮一臺(tái)飲料機(jī)，它允許選擇茶或咖啡，牛奶或不牛奶，糖或無(wú)糖，并在插入硬幣時(shí)提供所需的熱飲。從下圖可以看出，茶或咖啡是使用第一個(gè)OR邏輯門(mén)選擇的。

當(dāng)選擇茶或咖啡并將硬幣插入機(jī)器時(shí)，第一個(gè) AND 門(mén)給出輸出。此 AND 門(mén)的輸出提供給第二個(gè) AND 門(mén)。第二個(gè)AND門(mén)僅在熱水與茶結(jié)合時(shí)運(yùn)行。牛奶和糖是可選的添加物，可以在插入硬幣后發(fā)生。