一直沒(méi)搞清楚的PLC，原來(lái)是這樣

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(shí)例一起使用。

幾乎所有的商業(yè)建筑或工業(yè)設(shè)施都依賴(lài)于其機(jī)械和電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化。這種趨勢(shì)只會(huì)增加，尤其是隨著更大、更智能、更復(fù)雜的系統(tǒng)和建筑不斷在建設(shè)中。

那么我們?nèi)绾慰刂七@些系統(tǒng)，以及使用什么設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)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?lái)像這樣。

可編程邏輯控制器

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

它們?cè)谏虡I(yè)和工業(yè)應(yīng)用中用于控制系統(tǒng)，而手動(dòng)干預(yù)最小，有時(shí)甚至為零。操作可以是基于輸入狀態(tài)的簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)控制，也可以是基于計(jì)算、順序和邏輯的更復(fù)雜的響應(yīng)。

在可編程邏輯控制器之前，控制是通過(guò)繼電器組來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)繼電器根據(jù)物理布線(xiàn)控制專(zhuān)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(mén)，只有當(dāng)2個(gè)輸入通電時(shí)，這個(gè)以及這個(gè)，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(jī)械繼電器和門(mén)

為了改變操作，必須改變物理接線(xiàn)，因此如果需要不同的響應(yīng)，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(fù)雜。這是一個(gè)電梯繼電器組的例子。這是一個(gè)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(cuò)誤也很困難，而且非常耗時(shí)。

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(yīng)用上差異很大，但它們都會(huì)監(jiān)控輸入，然后根據(jù)存儲(chǔ)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(guò)程自動(dòng)化。

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

與PLC結(jié)合使用

PLC被廣泛使用，例如，當(dāng)你在機(jī)場(chǎng)托運(yùn)行李時(shí)。行李被賦予條形碼并進(jìn)入傳送帶?？删幊踢壿嬁刂破鲯呙钘l形碼，并根據(jù)一套規(guī)則，決定行李是改走國(guó)內(nèi)還是國(guó)際航線(xiàn)。下一個(gè)PLC掃描條形碼，并決定行李需要轉(zhuǎn)移到哪個(gè)城市。下一個(gè)PLC決定它也需要轉(zhuǎn)移到哪個(gè)門(mén)。如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，那么行李就會(huì)到達(dá)正確的登機(jī)口。

首先，我們有輸入模塊或現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)

• 雙金屬溫度條

• 存在或運(yùn)動(dòng)傳感器

• 甚至是浮子開(kāi)關(guān)

數(shù)字輸入

這些數(shù)字輸入只能提供有關(guān)某個(gè)東西是開(kāi)還是關(guān)的信息，中間沒(méi)有任何信息。為此我們需要一個(gè)模擬輸入例如，從100%到0%的簡(jiǎn)單控制旋鈕。這將通過(guò)一個(gè)電壓互感器，在0%時(shí)為0伏，在100%時(shí)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(zhuǎn)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(kāi)之間是否有動(dòng)作。

例如，這些輸入可以是：

• 在熱電偶或電阻溫度檢測(cè)器中。

• 可能是壓力傳感器

• 或者是應(yīng)變計(jì)

模擬輸入

這些電壓或電流被轉(zhuǎn)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(gè)問(wèn)題。

輸入模塊將執(zhí)行4個(gè)基本任務(wù)；

• 當(dāng)接收到信號(hào)時(shí)，它們會(huì)感應(yīng)到。

• 它們將信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為CPU的正確信號(hào)。

• 它們將PLC與輸入電壓或電流信號(hào)的波動(dòng)隔離開(kāi)來(lái)。

• 它們向CPU發(fā)送“校正”信號(hào)。

中央處理器或中央處理器是手術(shù)的大腦。它擁有一個(gè)程序或軟件，通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)應(yīng)用規(guī)則來(lái)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(lái)完成工作。

• 內(nèi)存芯片為了存儲(chǔ)程序，還將存儲(chǔ)輸出歷史、任何故障或警報(bào)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(lèi)的東西，這些連接允許我們遠(yuǎn)程與設(shè)備通信、重新編程或監(jiān)視設(shè)備。

然后是輸出模塊或現(xiàn)場(chǎng)輸出設(shè)備。這是向我們控制的設(shè)備提供信號(hào)，例如

• 一個(gè)簡(jiǎn)單的指示燈

• 電磁閥

• 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器

• 變頻驅(qū)動(dòng)器

還有一些其他部分，如：

在發(fā)生電源故障時(shí)保持可編程邏輯控制器工作的電池。

用戶(hù)界面可能有一個(gè)小屏幕，允許進(jìn)行一些配置。

需要一個(gè)時(shí)鐘和日歷來(lái)在正確的時(shí)間操作設(shè)備

此外，還需要一個(gè)電源來(lái)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(hào)，通過(guò)遵循一組規(guī)則來(lái)執(zhí)行預(yù)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(cè)輸入的狀態(tài)。然后，程序掃描到看見(jiàn)需要做什么。然后它將執(zhí)行程序邏輯，以實(shí)際實(shí)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(shè)備。最后，內(nèi)務(wù)管理，用于自我診斷、通信、更新和報(bào)告。

掃描時(shí)間，即完成所有階段所需的時(shí)間，取決于靈敏度、彈性和系統(tǒng)處理時(shí)間。與更簡(jiǎn)單的數(shù)字開(kāi)關(guān)輸入相比，模擬輸入往往需要更長(zhǎng)的處理時(shí)間。

例如，一個(gè)水箱可能有2毫秒的快速掃描時(shí)間，這將防止過(guò)滿(mǎn)。但室溫控制可以慢得多，也許100毫秒。

示例1：簡(jiǎn)單響應(yīng)示例

讓我們看一個(gè)簡(jiǎn)單響應(yīng)的例子。我們有一個(gè)雙金屬片溫度傳感器，一個(gè)PLC和一個(gè)鍋爐。雙金屬帶在變熱和變冷時(shí)會(huì)彎曲，所以我們可以用它來(lái)檢測(cè)房間是否處于所需溫度，并由此控制鍋爐。

當(dāng)房間溫度正確時(shí)，電路完整，PLC接收到信號(hào)，鍋爐關(guān)閉。當(dāng)室溫下降時(shí)，電路不再完整，PLC在輸入端檢測(cè)到這種變化。它通過(guò)發(fā)送一個(gè)輸出信號(hào)來(lái)啟動(dòng)鍋爐。這很簡(jiǎn)單，我們也可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

不過(guò)，由于它是一個(gè)比較好的時(shí)間開(kāi)關(guān)，所以它可以在一個(gè)時(shí)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(kāi)。PLC被告知房間太冷，它會(huì)檢查時(shí)間和日期，看看是否允許打開(kāi)，然后根據(jù)這一點(diǎn)，決定是打開(kāi)還是關(guān)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(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器。恒溫器告訴PLC房間太冷了。PLC將檢查時(shí)間以確保允許打開(kāi)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(méi)有列出公共假日。大樓是空的，所以鍋爐不需要打開(kāi)。

示例2：高級(jí)響應(yīng)

在下一個(gè)更復(fù)雜的例子中，我們有一個(gè)熱敏電阻，PLC以及一個(gè)執(zhí)行器閥。熱敏電阻可以提供一個(gè)溫度刻度，而不是像雙金屬片那樣簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)輸入。執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥門(mén)可以在0到100%之間的任何位置打開(kāi)，以控制提供多少熱水來(lái)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(huì)在PID上做太多的細(xì)節(jié)，但基本上這將控制閥門(mén)的位置，以確保閥門(mén)的開(kāi)度僅能適應(yīng)房間所需溫度和房間實(shí)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(kāi)100%，因?yàn)榉块g會(huì)加熱得太快，這會(huì)超過(guò)所需的溫度。此時(shí)，它將立即關(guān)閉并重復(fù)此循環(huán)。我們要按比例逐漸打開(kāi)閥門(mén)。所以，如果有一個(gè)小的溫差，閥門(mén)緩慢地打開(kāi)一小部分。如果溫差很大，閥門(mén)會(huì)開(kāi)得更遠(yuǎn)更快。然后隨著接近所需溫度而降低，直到閥門(mén)找到保持所需室溫的最佳位置。

示例3：復(fù)雜反應(yīng)

讓我們看一個(gè)更復(fù)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(chēng)為優(yōu)化器的控制策略。這將了解到，在一段時(shí)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(huì)在最佳時(shí)間啟動(dòng)供暖或制冷系統(tǒng)。例如，如果工作人員要在早上9點(diǎn)起床并開(kāi)始工作，供暖系統(tǒng)知道它需要在早上7點(diǎn)打開(kāi)，以確保房間的溫度都是正確的。

假設(shè)這個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)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(gè)泵，分別設(shè)置為工作和備用配置，因此一次只有一個(gè)泵運(yùn)行。PLC將根據(jù)之前運(yùn)行小時(shí)數(shù)最少的泵來(lái)決定開(kāi)啟哪個(gè)泵。PLC將監(jiān)控流量傳感器，以檢測(cè)泵是否在被告知開(kāi)啟時(shí)開(kāi)啟。如果它不能打開(kāi)，PLC會(huì)收到警報(bào)并切斷電源。然后通知另一臺(tái)泵啟動(dòng)。

但是，在供暖系統(tǒng)和水泵啟動(dòng)之前，PLC將根據(jù)時(shí)鐘進(jìn)行檢查，如果今天開(kāi)啟供暖，建筑物將在什么時(shí)候被占用。時(shí)鐘顯示可以，預(yù)定入住時(shí)間是上午9點(diǎn)。然后，PLC檢查房間的當(dāng)前溫度，并計(jì)算該溫度與所需溫度之間的差值。然后，它會(huì)檢查室外溫度，計(jì)算出加熱建筑物所需的時(shí)間，因?yàn)樵诜浅：涞囊惶欤瑹崃繐p失會(huì)更大，因此需要更長(zhǎng)的時(shí)間。由此，PLC計(jì)算出開(kāi)啟供暖系統(tǒng)所需的時(shí)間，以使建筑達(dá)到所需溫度，為上午9點(diǎn)做好準(zhǔn)備。

可編程邏輯控制器有許多優(yōu)點(diǎn)。但主要有以下幾點(diǎn)：

軟件可以在發(fā)生故障的情況下，對(duì)樓宇進(jìn)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(guò)大量的物理線(xiàn)。

PLC安裝比硬接線(xiàn)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(gè)PLC單元以節(jié)省時(shí)間

您還可以用更多的卡擴(kuò)展輸入和輸出。