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）：基礎知識，類型和應用的相關內(nèi)容（二）。原文作者Vidya Muthukrishnan；來自electrical4u，文章經(jīng)過機翻以及人工校對。全文閱讀時長約6分鐘。
01
輸入和輸出模塊
你有沒有想過如何用PLC來感知溫度、壓力、流量等物理參數(shù)？當然，PLC有一個專用的接口輸入和輸出模塊，稱為輸入輸出模塊。
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 輸入模塊
PLC輸入模塊電路圖
PLC的輸入模塊執(zhí)行四個主要功能：
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 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。
4. 之后，信號被發(fā)送到輸出端，即PLC。
輸入模塊有兩個主要部分，即電源部分和邏輯部分。這兩個部分都是相互電氣隔離的。最初按鈕是關閉的。因此，220V的交流電通過電阻R1和R2給橋式電路供電。
橋式整流器（如二極管橋式整流器）用于將交流信號轉換為直流，齊納二極管用于為LED提供低壓電源。當LED的光線落在光電晶體管上時，它就會在導通區(qū)工作。最后，一個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。輸出模塊的工作如下圖所示 。
可編程控制器輸出模塊
因此，當處理器產(chǎn)生程序邏輯高信號時，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(qū)域時，它會產(chǎn)生一個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。
02
通信接口模塊
為了在CPU和通信網(wǎng)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與放置在遠程位置的其他PLC和計算機連接。
03
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。
04
緊湊型可編程控制器
在單個案例中，會有很多模塊。它有固定數(shù)量的 I/O 模塊和外部 I/O 卡。因此，它無法擴展更多模塊。每個輸入和輸出將由制造商決定。
05
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備。晶體管輸出型PLC使用開關操作，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。
06
可編程控制器應用
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(yè)
3. 造紙工業(yè)
4. 水泥制造
5. 在鍋爐中 – 火力發(fā)電廠
07
PLC編程
在使用PLC時，根據(jù)你的特定使用情況來設計和實現(xiàn)概念是很重要的。要做到這一點，我們首先需要了解更多關于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
· 指令列表
· 結構化文本
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編程語言都可用于對PLC進行編程，但圖形語言（如梯形邏輯）通常比文本語言（如結構化文本編程）更受歡迎。
08
梯形圖邏輯
梯形圖邏輯是PLC編程的最簡單形式。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使用梯形邏輯表示。
下圖顯示了梯形圖的簡單示例。
PLC 梯形圖邏輯
在上述示例中，兩個按鈕用于控制相同的燈負載。當任何一個開關關閉時，燈都會亮起。
兩條水平線稱為梯級，兩條垂直線稱為軌道。每個梯級形成正軌 （P） 和負軌 （N） 之間的電氣連接。這允許電流在輸入和輸出設備之間流動。
09
功能框圖
功能塊圖（FBD）是一種簡單的、圖形化的方法，可以在PLC中對多種功能進行編程。 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(zhí)行時產(chǎn)生一個或多個輸出值。
它由如下所示的塊表示。它表示為一個矩形塊，輸入在左側進入，輸出線在右側離開。它給出了輸入和輸出狀態(tài)之間的關系
功能塊
使用 FBD 的優(yōu)點是可以在功能塊上使用任意數(shù)量的輸入和輸出。使用多個輸入和輸出時，您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。
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符號中的功能塊對應關系。
梯子到功能塊
梯形圖到功能框圖
10
結構化文本編程
結構化文本是一種文本編程語言，它利用語句來確定要執(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。一系列語句（邏輯）由使用多個運算符表示賦值和關系組成。結構文本運算符在下圖中列出。
結構化文本編程
11
PLC 編程示例
如果泵正在運行并且壓力令人滿意，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(tǒng)是否有信號，它都需要給出一個燈亮的輸出。通過在梯形圖中使用END或RET指令，我們可以知道PLC已經(jīng)到達了程序的終點。功能塊圖和梯形圖如下圖所示。
用于測試燈發(fā)光的PLC程序
作為另一個示例，考慮一個閥門，當泵運行時，該閥門將用于提升負載，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道的底部。
OR邏輯用于兩個開關，AND邏輯用于兩個開關和泵。僅當泵打開且操作兩個開關時，閥門才會運行。
用于操作閥門的PLC程序
考慮一臺飲料機，它允許選擇茶或咖啡，牛奶或不牛奶，糖或無糖，并在插入硬幣時提供所需的熱飲。從下圖可以看出，茶或咖啡是使用第一個OR邏輯門選擇的。
當選擇茶或咖啡并將硬幣插入機器時，第一個 AND 門給出輸出。此 AND 門的輸出提供給第二個 AND 門。第二個AND門僅在熱水與茶結合時運行。牛奶和糖是可選的添加物，可以在插入硬幣后發(fā)生。
飲水機用FBD
飲水機應用的梯形邏輯
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可編程控制器的歷史
許多早期的PLC無法對邏輯進行圖形表示，因此它被表示為布爾格式（類似于布爾代數(shù)）的一系列邏輯表達式。
許多早期的PLC無法對邏輯進行圖形表示，因此它被表示為布爾格式（類似于布爾代數(shù)）的一系列邏輯表達式。
隨著編程終端的發(fā)展，梯形圖邏輯的使用變得越來越普遍，因為它是用于機電控制面板的熟悉格式。存在更現(xiàn)代的格式，例如狀態(tài)邏輯和功能塊圖，但它們?nèi)匀徊蝗缣菪螆D流行。
造成這種情況的一個可能原因是，與結構化文本編程相比，程序員更喜歡梯形圖邏輯的視覺吸引力。
直到大約 1990 年代中期，PLC 都是使用專有編程面板或專用編程終端進行編程的，這些編程終端通常具有代表 PLC 程序各種邏輯元素的專用功能鍵。
一些專有編程終端將PLC程序的元素顯示為圖形符號，但觸點，線圈和電線的普通ASCII代碼表示很常見。
( End，感謝觀看 )
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