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)信號鏈控制的自動化無處不在。它使我們的家更加舒適。它為汽車提供了不斷擴大的功能范圍,超越了旅行的自由。事實上,環(huán)顧四周并意識到當今的許多產(chǎn)品都是在閉環(huán)信號鏈的幫助下制造的,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,更復雜的信號鏈形式稱為可編程邏輯控制器(PLC)。在本教程中,我們將看到信號鏈和PLC應用僅受我們想象力的限制。
信號鏈無處不在
信號鏈環(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,就會出現(xiàn)帶有信號鏈的應用。
使用信號鏈的機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)人不假思索地跳進了我們的車里。我們開著汽車去上班,有些人用“砰”的方式開車。這不是我們在附錄中討論的砰舵機,而是實際擊中的東西。汽車防抱死制動器、巡航控制、自動變速器和牽引力控制是信號鏈應用的示例。
帶反饋的基本信號鏈控制
信號鏈或過程控制有多簡單?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容器內(nèi),因此無需長距離通信。當用戶將恒溫器設置為所需溫度時,烤箱將內(nèi)部溫度保持在設定點。
當恒溫器設置檢測到烤箱溫度較低時,開關關閉,從而完成打開主燃燒器的燃氣閥的電路。一旦恒溫器檢測到烤箱已達到設定點,開關就會打開,燃氣閥關閉,主燃燒器就會關閉。根據(jù)需要重復循環(huán)。指示燈提供故障安全功能,同時還為主燃燒器提供點火源。如果指示燈熄滅,熱電偶不會產(chǎn)生電壓,因此主閥不會打開。
現(xiàn)代高端汽車最多可以有 80 個 ECU。它們控制發(fā)動機、防抱死制動器、巡航控制、自動變速箱和牽引力。大多數(shù)ECU都是信號鏈的例子,因為它們可以感知一個或多個物理參數(shù),應用邏輯或智能,并產(chǎn)生使消費者受益的動作。(參見圖2中的信號鏈反饋框圖)。表1概述了各種汽車應用的信號鏈功能。
表 1.信號鏈在汽車中的應用 | ||||
應用 | 感測參數(shù) | 邏輯或智能 | 行動 | 好處 |
發(fā)動機控制 | 溫度、空氣質(zhì)量;燃料量;發(fā)動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)角度;節(jié)氣門位置;發(fā)動機負載 | 針對條件和最大優(yōu)勢優(yōu)化多個傳感器輸入 | 控制空燃比、點火正時、怠速、可變氣門正時 | 更好的燃油經(jīng)濟性;減少發(fā)動機排放;更長的發(fā)動機壽命;需要時提供最佳功率 |
防抱死制動器 | 車速;輪速;制動壓力 | 比較破碎過程中的車輪速度以識別打滑 | 控制閥門和泵 | 增加駕駛員控制;在最不利的條件下減少停車距離 |
巡航控制 | 車速;發(fā)動機轉(zhuǎn)速;制動開關 | 在不斷變化的條件下設置并保持車速 | 調(diào)整節(jié)氣門位置 | 更好的燃油經(jīng)濟性;駕駛員舒適度 |
自動變速器 | 油門位置;發(fā)動機負載;降檔開關;車速、輪速;變矩器滑移 | 針對條件優(yōu)化多個傳感器輸入 | 控制換檔;功率下快速,可最大限度地減少帶和離合器磨損;在較低功率負載下為乘客提供舒適性 | 更好的燃油經(jīng)濟性;延長傳輸壽命;更好的車輛操控性;更快的換檔速度 |
牽引力控制 | 油門位置;發(fā)動機負載;車速;輪速 | 比較不同路面條件下的節(jié)氣門車和車輪 | 通過從氣缸中移除燃油或火花或改變節(jié)氣門位置來降低發(fā)動機功率;在一個或多個車輪上施加制動 | 減少加速時的牽引力損失,增強駕駛員控制 |
信號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;電動車窗;跑步、禮貌、頭燈和尾燈;動力轉(zhuǎn)向;加熱;空調(diào);座椅控制;和電話...僅舉幾例。
信號鏈和PLC的區(qū)別
超出家用烤箱等小型簡單系統(tǒng)所需的信號鏈系統(tǒng)稱為PLC。 回想一下“信號鏈就在你身邊”,想想下一個工業(yè)工廠。工廠需要哪些控制和配置?例如,在全自動面包店中,需要許多子系統(tǒng),例如稱重秤、閥門、流量計、混合器、酵母升溫室、烤箱、傳送帶、風扇和包裝設備。為了實現(xiàn)完全自動化,面包店需要一個過程控制系統(tǒng)來管理和協(xié)調(diào)這些子系統(tǒng)之間的所有時間關鍵事件。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)中的每一個都將包括一個或多個PLC。當控制器和受控元件相隔很遠時,需要更復雜的通信。在復雜的控制環(huán)境中,例如操作分散在多個建筑物或站點的工廠中,PLC 花費大量時間將信號和處理事件傳送到整個系統(tǒng)的組件。
這就引出了PLC和信號鏈之間最重要的區(qū)別:PLC使過程變更變得容易。我們可以通過對汽車工廠自動化歷史的簡短題外話來說明這一點。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世紀初,亨利·福特1(Henry Ford1)擴展了大規(guī)模生產(chǎn)技術,工廠自動化在汽車行業(yè)扎根。他使用固定的裝配站,汽車在位置之間移動。員工們只學習了一些裝配任務,并連續(xù)幾天執(zhí)行這些任務。多年后,新車型的轉(zhuǎn)換變得非常昂貴和耗時。生產(chǎn)過程由數(shù)千個硬接線繼電器、開關、凸輪和鼓定時器以及專用閉環(huán)控制器控制。為了重新裝備下一個型號,需要電工機械地重新連接所有數(shù)千個繼電器。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致了PLC的發(fā)明。1968年,迪克·莫雷利(Dick Morely)和他的公司正在設計一項新發(fā)明,即可編程控制器。與此同時,通用汽車?(GM)?汽車公司“想要一個固態(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價以解決他們的問題。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組裝汽車自動變速器。裝配廠由數(shù)百臺機器組成,需要協(xié)調(diào)才能平穩(wěn)運行。PLC使生產(chǎn)線易于重新利用。現(xiàn)在,重新編程的基本機器可以重復使用來生產(chǎn)新零件。
我們可以通過關注一臺機床,一臺數(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鍵重要性。首先,一個人將一塊裸露的金屬裝在切割臺上并將其鎖定。幾個開關驗證了金屬是否處于正確的位置。然后,操作員通過按下兩個間隔很遠的按鈕來表示他的身體脫離了危險,每只手一個。延伸的機械防護裝置可保護操作員免受飛濺的金屬屑的影響。最后,多個切割師以精確的順序雕刻金屬。零件完成后,銑床收回工具,停止所有動作,并打開防護裝置,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,操作中的每一個小步驟都與繼電器、定時器、限位和位置開關硬接線。它工作可靠...直到一個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(硬件繼電器或計時器),然后重新連接隨后的所有步驟。
進入 PLC。使用PLC,同一臺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。通過將其擴展到工廠中的許多機器,汽車裝配線或其他工廠可以快速適應變化。
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、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擔不起的。
我們在日常生活中使用PLC的次數(shù)比我們每個人意識到的要多。有關其他面向家庭的示例,請參閱附錄。
工廠自動化、控制和監(jiān)控
工廠中有些區(qū)域?qū)θ祟悂碚f太危險了。幸運的是,我們有使用機器的大腦和能力,我們讓PLC(圖2)控制這些機器。
圖2.許多產(chǎn)品學科中使用的簡單、通用的信號鏈和PLC回路圖。
表2總結(jié)了一旦我們檢測到某些東西(通常是物理參數(shù)),PLC和信號鏈基礎知識是如何開始的。然后,PLC和信號鏈應用變得如此之多和司空見慣,以至于我們認為它們的許多功能都是理所當然的。
表 2.提供 PLC 輸入的測量參數(shù) | ||
尺寸 | 投 | 位置 |
強度 | 能源 | 壓力 |
阻抗 | 溫度 | 濕度 |
密度 | 速度 | 頻率 |
粘性 | 飛行時間 | 階段 |
速度 | 距離 | 時間 |
加速度 | 壓力 | 鹽度 |
水的純度 | 力矩 | 卷 |
重量 | 指控狀態(tài) | 氣體 |
質(zhì)量 | 傳導率 | 酸堿度 |
電阻 | 溶解氧 | 電壓 |
電容 | 離子濃度 | 當前 |
電感 | 化學藥品 | 水平 |
旋轉(zhuǎn) | 電荷(電子) | 顏色 |
在信號鏈或PLC的輸出側(cè),我們監(jiān)控系統(tǒng)或操作或移動某些東西。表 3 顯示了由 PLC 監(jiān)視或控制的事物。
表 3.由 PLC 輸出監(jiān)控/控制的事物 | ||
閥 | 壓力 | 開關 |
發(fā)動機 | 濕度 | 螺線管 |
壓力 | 力反饋 | 燈 |
速度 | 房間入口 | 重量 |
流 | 序列 | 速度 |
卷 | 授權 | 米 |
力矩 | 衰減 | 顯示 |
頻率 | 均衡 | 校準 |
電壓 | 通信 | 時間 |
當前 | 增益失調(diào) | 工具 |
距離 | 磁通量密度 | 投 |
位置 | 溫度 | 濾波器 |
權力 | 振鏡 | 加速度 |
亮度 | 空燃料配給 | 反差 |
結(jié)論
在相對簡單或復雜的應用中,控制回路信號鏈或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。信號鏈監(jiān)測和控制汽車中的防抱死制動器、巡航控制、自動變速器和牽引力控制。如今,許多家用電器都包含信號鏈。我們談到了烤箱,但清單似乎無窮無盡:微波爐;洗衣機和烘干機;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)運行或移動的電子系統(tǒng)。
審核編輯:郭婷
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