了解可編程邏輯控制器PLC。了解它們是什么，它們是如何工作的，以及我們?yōu)槭裁匆獙⑺鼈兣c實例一起使用。

幾乎所有的商業(yè)建筑或工業(yè)設施都依賴于其機械和電氣系統(tǒng)的自動化。這種趨勢只會增加，尤其是隨著更大、更智能、更復雜的系統(tǒng)和建筑不斷在建設中。

那么我們?nèi)绾慰刂七@些系統(tǒng)，以及使用什么設備來實現(xiàn)這一點呢。這就是我們將在本文中討論的內(nèi)容。

PLC代表可編程邏輯控制器。有許多變化，但它們通?？雌饋硐襁@樣。

可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器基本上是一臺小型計算機，它可以根據(jù)輸入和一組特定的規(guī)則執(zhí)行預先編程的輸出。

它們在商業(yè)和工業(yè)應用中用于控制系統(tǒng)，而手動干預最小，有時甚至為零。操作可以是基于輸入狀態(tài)的簡單開關控制，也可以是基于計算、順序和邏輯的更復雜的響應。

在可編程邏輯控制器之前，控制是通過繼電器組來實現(xiàn)的。每個繼電器根據(jù)物理布線控制專用輸入和輸出。繼電器控制其他繼電器形成邏輯控制器。例如以及門，只有當2個輸入通電時，這個以及這個，繼電器輸出通電了嗎。這些輸入可以是傳感器，也可以是其他繼電器的輸出。

機械繼電器和門

為了改變操作，必須改變物理接線，因此如果需要不同的響應，就必須改變物理連接。

這些舊的繼電器組規(guī)模巨大，非常復雜。這是一個電梯繼電器組的例子。這是一個舊變電站的繼電器組。

電梯繼電器組

正如你可以想象的那樣，這些都不是很容易改變的，而且查找錯誤也很困難，而且非常耗時。

隨著固態(tài)電子器件和微芯片的發(fā)明，繼電器組的命令邏輯部分可以被軟件邏輯取代，因此PLC很快就接管了。

可編程邏輯控制器在應用上差異很大，但它們都會監(jiān)控輸入，然后根據(jù)存儲的一組規(guī)則做出決策，然后根據(jù)這些規(guī)則輸出命令，使過程自動化。

我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)繼電器與PLC結合使用。繼電器可以直接處理自動化任務，并與PLC進行通信。這將減少PLC上所需的編程量，并釋放存儲空間。

與PLC結合使用

PLC被廣泛使用，例如，當你在機場托運行李時。行李被賦予條形碼并進入傳送帶。可編程邏輯控制器掃描條形碼，并根據(jù)一套規(guī)則，決定行李是改走國內(nèi)還是國際航線。下一個PLC掃描條形碼，并決定行李需要轉移到哪個城市。下一個PLC決定它也需要轉移到哪個門。如果一切按計劃進行，那么行李就會到達正確的登機口。

首先，我們有輸入模塊或現(xiàn)場傳感器 .這些是外部世界和PLC之間的物理連接。這些可以是：數(shù)字輸入，例如

• 簡單的開關

• 雙金屬溫度條

• 存在或運動傳感器

• 甚至是浮子開關

數(shù)字輸入

這些數(shù)字輸入只能提供有關某個東西是開還是關的信息，中間沒有任何信息。為此我們需要一個模擬輸入例如，從100%到0%的簡單控制旋鈕。這將通過一個電壓互感器，在0%時為0伏，在100%時為10伏?？删幊踢壿嬁刂破骺梢钥s放輸入，以匹配非常精確的輸出控制所需的“靈敏度”。

它還可以利用電阻和歐姆定律將電壓轉換成電流。電流的大小，通常以毫安為單位，告訴PLC在接通和斷開之間是否有動作。

例如，這些輸入可以是：

• 在熱電偶或電阻溫度檢測器中。

• 可能是壓力傳感器

• 或者是應變計

模擬輸入

這些電壓或電流被轉換成CPU可以理解的數(shù)字等效數(shù)字。我們稍后將在本文中討論這個問題。

輸入模塊將執(zhí)行4個基本任務；

• 當接收到信號時，它們會感應到。

• 它們將信號電壓轉換為CPU的正確信號。

• 它們將PLC與輸入電壓或電流信號的波動隔離開來。

• 它們向CPU發(fā)送“校正”信號。

中央處理器或中央處理器是手術的大腦。它擁有一個程序或軟件，通過對輸入信號應用規(guī)則來決定需要什么樣的輸出。

CPU通常包括：

• 微處理器，它根據(jù)輸入值和程序中的邏輯來完成工作。

• 內(nèi)存芯片為了存儲程序，還將存儲輸出歷史、任何故障或警報等。

• 我們還有其他的集成電路，這些可以用于諸如Modbus和LAN連接之類的東西，這些連接允許我們遠程與設備通信、重新編程或監(jiān)視設備。

然后是輸出模塊或現(xiàn)場輸出設備。這是向我們控制的設備提供信號，例如

• 一個簡單的指示燈

• 電磁閥

• 電動機起動器

• 變頻驅動器

還有一些其他部分，如：

在發(fā)生電源故障時保持可編程邏輯控制器工作的電池。

用戶界面可能有一個小屏幕，允許進行一些配置。

需要一個時鐘和日歷來在正確的時間操作設備

此外，還需要一個電源來提供CPU以及輸入和輸出模塊使用的低電壓。

PLC的基本操作是根據(jù)輸入信號，通過遵循一組規(guī)則來執(zhí)行預編程輸出。PLC在其基本操作中完成以下階段。

首先是輸入掃描，它檢測輸入的狀態(tài)。然后，程序掃描到看見需要做什么。然后它將執(zhí)行程序邏輯，以實際實現(xiàn)規(guī)則的狀態(tài)。然后它必須更新輸出，根據(jù)程序要求操作輸出設備。最后，內(nèi)務管理，用于自我診斷、通信、更新和報告。

掃描時間，即完成所有階段所需的時間，取決于靈敏度、彈性和系統(tǒng)處理時間。與更簡單的數(shù)字開關輸入相比，模擬輸入往往需要更長的處理時間。

例如，一個水箱可能有2毫秒的快速掃描時間，這將防止過滿。但室溫控制可以慢得多，也許100毫秒。

示例1：簡單響應示例

讓我們看一個簡單響應的例子。我們有一個雙金屬片溫度傳感器，一個PLC和一個鍋爐。雙金屬帶在變熱和變冷時會彎曲，所以我們可以用它來檢測房間是否處于所需溫度，并由此控制鍋爐。

當房間溫度正確時，電路完整，PLC接收到信號，鍋爐關閉。當室溫下降時，電路不再完整，PLC在輸入端檢測到這種變化。它通過發(fā)送一個輸出信號來啟動鍋爐。這很簡單，我們也可以用一個簡單的繼電器來實現(xiàn)。

不過，由于它是一個比較好的時間開關，所以它可以在一個時間前檢查它的功能。例如，大樓在晚上和周末可能是空的。所以，我們不想讓鍋爐打開。PLC被告知房間太冷，它會檢查時間和日期，看看是否允許打開，然后根據(jù)這一點，決定是打開還是關閉鍋爐。

然后我們可以添加額外的函數(shù)和輸入。例如，輸入端有一個運動傳感器。恒溫器告訴PLC房間太冷了。PLC將檢查時間以確保允許打開鍋爐，現(xiàn)在它也可以檢查房間是否有人。例如，日歷上可能沒有列出公共假日。大樓是空的，所以鍋爐不需要打開。

示例2：高級響應

在下一個更復雜的例子中，我們有一個熱敏電阻，PLC以及一個執(zhí)行器閥。熱敏電阻可以提供一個溫度刻度，而不是像雙金屬片那樣簡單的開關輸入。執(zhí)行機構閥門可以在0到100%之間的任何位置打開，以控制提供多少熱水來加熱房間。

為此，我們將使用PID控制回路。代表比例，積分和微分控制。我們不會在PID上做太多的細節(jié)，但基本上這將控制閥門的位置，以確保閥門的開度僅能適應房間所需溫度和房間實際溫度之間的差異。

例如，如果房間的溫度下降很小，我們不希望加熱閥立即打開100%，因為房間會加熱得太快，這會超過所需的溫度。此時，它將立即關閉并重復此循環(huán)。我們要按比例逐漸打開閥門。所以，如果有一個小的溫差，閥門緩慢地打開一小部分。如果溫差很大，閥門會開得更遠更快。然后隨著接近所需溫度而降低，直到閥門找到保持所需室溫的最佳位置。

示例3：復雜反應

讓我們看一個更復雜的例子。在許多商業(yè)建筑中，供暖或制冷系統(tǒng)將使用一種稱為優(yōu)化器的控制策略。這將了解到，在一段時間內(nèi)，建筑升溫和降溫的速度有多快。然后，在建筑物被占用之前，它會在最佳時間啟動供暖或制冷系統(tǒng)。例如，如果工作人員要在早上9點起床并開始工作，供暖系統(tǒng)知道它需要在早上7點打開，以確保房間的溫度都是正確的。

假設這個系統(tǒng)有一個裝有優(yōu)化軟件的PLC。這控制加熱系統(tǒng)的執(zhí)行器閥。該系統(tǒng)也有兩個泵，分別設置為工作和備用配置，因此一次只有一個泵運行。PLC將根據(jù)之前運行小時數(shù)最少的泵來決定開啟哪個泵。PLC將監(jiān)控流量傳感器，以檢測泵是否在被告知開啟時開啟。如果它不能打開，PLC會收到警報并切斷電源。然后通知另一臺泵啟動。

但是，在供暖系統(tǒng)和水泵啟動之前，PLC將根據(jù)時鐘進行檢查，如果今天開啟供暖，建筑物將在什么時候被占用。時鐘顯示可以，預定入住時間是上午9點。然后，PLC檢查房間的當前溫度，并計算該溫度與所需溫度之間的差值。然后，它會檢查室外溫度，計算出加熱建筑物所需的時間，因為在非常寒冷的一天，熱量損失會更大，因此需要更長的時間。由此，PLC計算出開啟供暖系統(tǒng)所需的時間，以使建筑達到所需溫度，為上午9點做好準備。

可編程邏輯控制器有許多優(yōu)點。但主要有以下幾點：

軟件可以在發(fā)生故障的情況下，對樓宇進行就地控制。

PLC輸入和輸出之間的連接由軟件完成，而不是通過大量的物理線。

PLC安裝比硬接線繼電器組小，但仍可以在需要的地方使用繼電器

可編程邏輯控制器更容易重新編程。

故障查找更容易、更快

您可以將同一程序加載到多個PLC單元以節(jié)省時間

您還可以用更多的卡擴展輸入和輸出。