信號(hào)鏈和PLC如何影響我們的生活

令人難以置信的是，我們周圍有多少可編程邏輯控制（PLC）使我們的現(xiàn)代生活成為可能和愉快。我們家中的機(jī)器加熱和冷卻我們的空氣和水，以及保存和烹飪我們的食物。本教程解釋了PLC的重要性，并介紹了如何使用Maxim網(wǎng)站上的參數(shù)化工具選擇元件。

介紹

閉環(huán)信號(hào)鏈控制的自動(dòng)化無處不在。它使我們的家更加舒適。它為汽車提供了不斷擴(kuò)大的功能范圍，超越了旅行的自由。事實(shí)上，環(huán)顧四周并意識(shí)到當(dāng)今的許多產(chǎn)品都是在閉環(huán)信號(hào)鏈的幫助下制造的，這是非常令人震驚的。同樣重要的是要注意，在工業(yè)廠房和工廠中，更復(fù)雜的信號(hào)鏈形式稱為可編程邏輯控制器（PLC）。在本教程中，我們將看到信號(hào)鏈和PLC應(yīng)用僅受我們想象力的限制。

信號(hào)鏈無處不在

信號(hào)鏈環(huán)繞著我們。它們使我們的現(xiàn)代生活成為可能和愉快。事實(shí)上，只要需要控制環(huán)路來監(jiān)控、管理、處理、調(diào)節(jié)、限制或組織某些東西，就會(huì)出現(xiàn)帶有信號(hào)鏈的應(yīng)用。

使用信號(hào)鏈的機(jī)器在我們的家中加熱和冷卻空氣和水。他們冷卻和烹飪我們的食物。在工業(yè)中，我們購買的幾乎所有東西都是利用信號(hào)鏈制造的。想想你的汽車。（是的，我們大多數(shù)人不假思索地跳進(jìn)了我們的車?yán)铩Ｎ覀冮_著汽車去上班，有些人用“砰”的方式開車。這不是我們?cè)诟戒浿杏懻摰呐槎鏅C(jī)，而是實(shí)際擊中的東西。汽車防抱死制動(dòng)器、巡航控制、自動(dòng)變速器和牽引力控制是信號(hào)鏈應(yīng)用的示例。

帶反饋的基本信號(hào)鏈控制

信號(hào)鏈或過程控制有多簡(jiǎn)單？考慮汽車中的普通家用烤箱和電子控制單元（ECU）。

烤箱的組件封閉在一個(gè)容器內(nèi)，因此無需長(zhǎng)距離通信。當(dāng)用戶將恒溫器設(shè)置為所需溫度時(shí)，烤箱將內(nèi)部溫度保持在設(shè)定點(diǎn)。

當(dāng)恒溫器設(shè)置檢測(cè)到烤箱溫度較低時(shí)，開關(guān)關(guān)閉，從而完成打開主燃燒器的燃?xì)忾y的電路。一旦恒溫器檢測(cè)到烤箱已達(dá)到設(shè)定點(diǎn)，開關(guān)就會(huì)打開，燃?xì)忾y關(guān)閉，主燃燒器就會(huì)關(guān)閉。根據(jù)需要重復(fù)循環(huán)。指示燈提供故障安全功能，同時(shí)還為主燃燒器提供點(diǎn)火源。如果指示燈熄滅，熱電偶不會(huì)產(chǎn)生電壓，因此主閥不會(huì)打開。

現(xiàn)代高端汽車最多可以有 80 個(gè) ECU。它們控制發(fā)動(dòng)機(jī)、防抱死制動(dòng)器、巡航控制、自動(dòng)變速箱和牽引力。大多數(shù)ECU都是信號(hào)鏈的例子，因?yàn)樗鼈兛梢愿兄粋€(gè)或多個(gè)物理參數(shù)，應(yīng)用邏輯或智能，并產(chǎn)生使消費(fèi)者受益的動(dòng)作。（參見圖2中的信號(hào)鏈反饋框圖）。表1概述了各種汽車應(yīng)用的信號(hào)鏈功能。

信號(hào)鏈還用于其他汽車安全和便利系統(tǒng)：信息娛樂;泊車輔助;安全氣囊;安全帶;門鎖;電動(dòng)車窗;跑步、禮貌、頭燈和尾燈;動(dòng)力轉(zhuǎn)向;加熱;空調(diào);座椅控制;和電話...僅舉幾例。

信號(hào)鏈和PLC的區(qū)別

超出家用烤箱等小型簡(jiǎn)單系統(tǒng)所需的信號(hào)鏈系統(tǒng)稱為PLC。 回想一下“信號(hào)鏈就在你身邊”，想想下一個(gè)工業(yè)工廠。工廠需要哪些控制和配置？例如，在全自動(dòng)面包店中，需要許多子系統(tǒng)，例如稱重秤、閥門、流量計(jì)、混合器、酵母升溫室、烤箱、傳送帶、風(fēng)扇和包裝設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，面包店需要一個(gè)過程控制系統(tǒng)來管理和協(xié)調(diào)這些子系統(tǒng)之間的所有時(shí)間關(guān)鍵事件。為了確保所有這些操作的成功協(xié)調(diào)和操作，這些子系統(tǒng)中的每一個(gè)都將包括一個(gè)或多個(gè)PLC。當(dāng)控制器和受控元件相隔很遠(yuǎn)時(shí)，需要更復(fù)雜的通信。在復(fù)雜的控制環(huán)境中，例如操作分散在多個(gè)建筑物或站點(diǎn)的工廠中，PLC 花費(fèi)大量時(shí)間將信號(hào)和處理事件傳送到整個(gè)系統(tǒng)的組件。

這就引出了PLC和信號(hào)鏈之間最重要的區(qū)別：PLC使過程變更變得容易。我們可以通過對(duì)汽車工廠自動(dòng)化歷史的簡(jiǎn)短題外話來說明這一點(diǎn)。一家汽車公司管理變革的戰(zhàn)略產(chǎn)生了PLC。

可編程控制器的發(fā)明

20世紀(jì)初，亨利·福特1（Henry Ford1）擴(kuò)展了大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)，工廠自動(dòng)化在汽車行業(yè)扎根。他使用固定的裝配站，汽車在位置之間移動(dòng)。員工們只學(xué)習(xí)了一些裝配任務(wù)，并連續(xù)幾天執(zhí)行這些任務(wù)。多年后，新車型的轉(zhuǎn)換變得非常昂貴和耗時(shí)。生產(chǎn)過程由數(shù)千個(gè)硬接線繼電器、開關(guān)、凸輪和鼓定時(shí)器以及專用閉環(huán)控制器控制。為了重新裝備下一個(gè)型號(hào)，需要電工機(jī)械地重新連接所有數(shù)千個(gè)繼電器。然后故障排除開始確保安全聯(lián)鎖、控制和排序都正確。

正是這種管理看似不斷變化的需要導(dǎo)致了PLC的發(fā)明。1968年，迪克·莫雷利（Dick Morely）和他的公司正在設(shè)計(jì)一項(xiàng)新發(fā)明，即可編程控制器。與此同時(shí)，通用汽車?（GM）?汽車公司“想要一個(gè)固態(tài)控制器作為硬接線繼電器系統(tǒng)的電子替代品。2 通用汽車要求莫利報(bào)價(jià)以解決他們的問題。莫雷利先生回答道。他現(xiàn)在被視為PLC之父，并擁有專利。

通用汽車首先使用PLC組裝汽車自動(dòng)變速器。裝配廠由數(shù)百臺(tái)機(jī)器組成，需要協(xié)調(diào)才能平穩(wěn)運(yùn)行。PLC使生產(chǎn)線易于重新利用?，F(xiàn)在，重新編程的基本機(jī)器可以重復(fù)使用來生產(chǎn)新零件。

我們可以通過關(guān)注一臺(tái)機(jī)床，一臺(tái)數(shù)控（NC）銑床，并通過比較舊的控制系統(tǒng)和PLC來說明這種演變的關(guān)鍵重要性。首先，一個(gè)人將一塊裸露的金屬裝在切割臺(tái)上并將其鎖定。幾個(gè)開關(guān)驗(yàn)證了金屬是否處于正確的位置。然后，操作員通過按下兩個(gè)間隔很遠(yuǎn)的按鈕來表示他的身體脫離了危險(xiǎn)，每只手一個(gè)。延伸的機(jī)械防護(hù)裝置可保護(hù)操作員免受飛濺的金屬屑的影響。最后，多個(gè)切割師以精確的順序雕刻金屬。零件完成后，銑床收回工具，停止所有動(dòng)作，并打開防護(hù)裝置，以便人類可以卸下零件并用新的金屬毛坯替換它。在 PLC 出現(xiàn)之前，操作中的每一個(gè)小步驟都與繼電器、定時(shí)器、限位和位置開關(guān)硬接線。它工作可靠...直到一個(gè)人需要做出哪怕是很小的改變。最糟糕的情況是需要在序列中間添加新步驟。有人可能需要在新步驟之后取消連接所有步驟，添加新步驟（硬件繼電器或計(jì)時(shí)器），然后重新連接隨后的所有步驟。

進(jìn)入 PLC。使用PLC，同一臺(tái)銑床成為受控的通用工具，并快速更改軟件或邏輯更改?，F(xiàn)在，更換刀具并賦予其新的指令，使基本銑床能夠制造許多不同的零件。通過將其擴(kuò)展到工廠中的許多機(jī)器，汽車裝配線或其他工廠可以快速適應(yīng)變化。

今天，您可以找到用于現(xiàn)代工廠的PLC，包括汽車裝配線。同樣，化學(xué)、食品或化妝品公司可能必須混合許多不同的配方來制造他們的產(chǎn)品。如果沒有PLC及其易于重新配置的邏輯，制造變更仍將是繁瑣且昂貴的。我們生活中常見的許多物品都是負(fù)擔(dān)不起的。

我們?cè)谌粘Ｉ钪惺褂肞LC的次數(shù)比我們每個(gè)人意識(shí)到的要多。有關(guān)其他面向家庭的示例，請(qǐng)參閱附錄。

工廠自動(dòng)化、控制和監(jiān)控

工廠中有些區(qū)域?qū)θ祟悂碚f太危險(xiǎn)了。幸運(yùn)的是，我們有使用機(jī)器的大腦和能力，我們讓PLC（圖2）控制這些機(jī)器。

圖2.許多產(chǎn)品學(xué)科中使用的簡(jiǎn)單、通用的信號(hào)鏈和PLC回路圖。

表2總結(jié)了一旦我們檢測(cè)到某些東西（通常是物理參數(shù)），PLC和信號(hào)鏈基礎(chǔ)知識(shí)是如何開始的。然后，PLC和信號(hào)鏈應(yīng)用變得如此之多和司空見慣，以至于我們認(rèn)為它們的許多功能都是理所當(dāng)然的。

在信號(hào)鏈或PLC的輸出側(cè)，我們監(jiān)控系統(tǒng)或操作或移動(dòng)某些東西。表 3 顯示了由 PLC 監(jiān)視或控制的事物。

結(jié)論

在相對(duì)簡(jiǎn)單或復(fù)雜的應(yīng)用中，控制回路信號(hào)鏈或PLC隨處可見。它們加熱和冷卻，并在任何結(jié)構(gòu)中保持恒定的溫度，無論尺寸如何。信號(hào)鏈監(jiān)測(cè)和控制汽車中的防抱死制動(dòng)器、巡航控制、自動(dòng)變速器和牽引力控制。如今，許多家用電器都包含信號(hào)鏈。我們談到了烤箱，但清單似乎無窮無盡：微波爐;洗衣機(jī)和烘干機(jī);甚至是可以感知地面濕度并調(diào)節(jié)用水的草坪灑水器。最后，重要的是要記住，所有這些商品都是在工廠生產(chǎn)的，PLC監(jiān)視和控制大多數(shù)運(yùn)行或移動(dòng)的電子系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷