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PLC地位难撼拆解个PLC来看看

本文摘要:现代可编程逻辑控制器(PLC)牵涉到到两种争辩,而这两种争辩的主题才是在控制系统范畴矛盾的两端。一端是对数字I/O隔绝和维护所用的理想技术的争辩,另一端则正处于更高的架构层次,是对基于PLC的掌控好还是基于PC/嵌入式计算机的掌控好的争辩。 鉴于工厂、工业和生产自动化的重要性更加低,我们再一寻找机会报废了一款风行的PLC--Allen-BradleyMicro850,探究其设计中作出的一些自由选择,期望能以此阐述其核心I/O隔绝选项以及该著名PLC设计所使用的一些单元部件。

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现代可编程逻辑控制器(PLC)牵涉到到两种争辩,而这两种争辩的主题才是在控制系统范畴矛盾的两端。一端是对数字I/O隔绝和维护所用的理想技术的争辩,另一端则正处于更高的架构层次,是对基于PLC的掌控好还是基于PC/嵌入式计算机的掌控好的争辩。  鉴于工厂、工业和生产自动化的重要性更加低,我们再一寻找机会报废了一款风行的PLC--Allen-BradleyMicro850,探究其设计中作出的一些自由选择,期望能以此阐述其核心I/O隔绝选项以及该著名PLC设计所使用的一些单元部件。

  PLC享有历史悠久的历史,早在1971年发售叫作可编程控制器时Allen-Bradley自身就泡制出有了术语可编程逻辑控制器。后来Allen-Bradley被RockwellAutomation公司并购。术语PLC迅速相同下来,尤其是当个人电脑(PC)经常出现并使用PC这个缩略语后。

(有关PLC起源及演进的更好背景请求参照Segovin和Theorin编著的《PLC和DCS发展史》。)  对于任何从梯形逻辑开始自学的人都能证明,PLC在当时是一个古老问题的非常简捷的解决方案:使控制系统显得可重配备,而且不用人工新的布线或新的相连硬件。这种可编程性基础使之迅速与转入工厂车间的PC和后来的嵌入式计算机包含竞争关系。

  对于工业掌控和自动化领域来说,这些基于Windows的PC机和嵌入式计算机可以获取更加强劲的处置能力、更高的编程灵活性、更佳的生态系统反对和更加较低的成本。  与此同时,PLC紧紧抓住它们的核心优势,即牢固、非常简单、可选、轻巧和信任,而信任在停机时间有可能造成数千到数百万美元损失的情况下是一个十分关键的因素。掌控工程师和技术人员告诉,他们可以依赖PLC,并告诉如果有错误再次发生如何较慢便利地寻找错误或回避错误。

  虽然PC有可能早已大批转入工厂车间,但PLC也没暂停发展。在上世纪90年代末和21世纪00年代,PC或许夺得了战争,但PLC也在显得更加强劲,并使用更为标准的操作系统和编程语言与方法,比如C,同时也显得更加对外开放。我们自由选择用作报废的Micro850就是这种情况。它用于了基于检验过的RockwellAutomation和微软公司VisualStudio技术的相连组件工作台(CCW)软件。

  这种相连组件工作台(CCW)软件使用可视化的界面,通过用于用户定义的功能模块、标签配备和屏幕设计来降低成本,并延长研发时间。  具体地说,我们报废的是Micro8502080-LC50-48QBB,一款28V至24V直流/交流输出、20V至24V直流源输入的控制器,从有所不同供应商的报价来看大约在500美元左右(图1)。

  图1:Allen-BradleyMicro850可编程逻辑控制器(PLC)的价格大约为500美元,是高度牢固、可配备、隔绝性和易用性方面的标杆,尽管有PC/嵌入式计算出来设备的竞争,仍在工厂自动化领域中维持着强势地位。  这种基本48点控制器获取100kHz的高速计数器(HSC)输出、通过USB编程端口构建的嵌入式通信、1个非隔绝型串行端口(用作RS-232和RS-485通信)和1个以太网端口。Micro850还通过反对多达3个带脉冲串输入(PTO)的轴获取嵌入式运动控制功能,并能通过以太网/IP构建通信。

  与大多数PLC一样,Micro850设计用作独立国家工作,但也能便利地针对自定义应用于展开配备,利用其对最少5个Micro800插件模块和最多4个Micro850拓展I/O模块的反对获取更好的I/O,并能配备到最多132个I/O点。Micro850的工作温度范围是-20℃至+65℃。  Micro850的灵活性、通信和I/O功能容许它反对种类普遍的应用于,还包括:传送带、切割成、材料加工、分类机、纸盒、热缩套管机、太阳能板定位,以及横向成形、填满和密封。

  关上Micro850就可以看见主要的数字I/O电路板,这是辩论拟合输出和输入信号隔绝技术的一个很好的起点(图2)。输出末端相连到现场器件,如相似、压力和温度传感器或按钮,输入则相连到指示灯、电机启动器和电磁阀等设备。

  图2:Rockwell自由选择光耦作为Micro850PLC的数字I/O电路板上的设备输出和输入端的核心隔绝策略。  这些现场设备一般工作在电气噪声相当大的环境中,更容易受到瞬时高压浪涌、串扰、阻碍和电源毛刺的影响,因此拒绝采行隔绝措施来保持现场设备和I/O模块的控制器之间的有效地通信,防止出现损毁。  许多年来,光耦仍然是主流的隔绝技术,虽然最近来自SiliconLabs、TI和ADI等公司的数字隔离器渐渐被升格为低廉、灵活性且小尺寸的替代品。

其它更加传统的小型替代品还包括磁性和容性隔绝。搭配数字隔离器和其它种类隔离器的理由是,随着时间的流逝,由于LED效率上升,光耦有可能显得不可信,进而造成其输入显得不平稳。  有了这样的点子,在关上Micro850时就不会产生理解上的一种重生,因为我们看见在工业PLC这种环境拒绝最严、电气I/O应用于寿命很长的应用于中竟然只有光耦作为唯一的隔绝机制。

  具体地说,直流输出末端是用6个安华高科技公司的10MBaud(高速)HCPL-063L双通道光耦和4个比特率在10KBaud至100KBaud之间的东芝标准短距离TLP280-4四通道光耦展开隔绝的。  直流输入末端则使用了4个安华高HCPL-M456单通道(高速)光耦和4个东芝TLP281单通道及3个东芝TLP281-4(标准)四通道光耦展开隔绝。  为了解读为何RockwellAutomation公司自由选择光耦作为其PLC的输入输出隔绝器件,解读应用于拒绝以及光耦特性是很有协助的。  对于新手来说,电压瞬时变化和毛刺在工业环境中是一个广泛的问题。

一般来源还包括传感器和电机启动器等现场设备。这些信号有可能是忽然的、较慢的,并且具备充足低的强度损毁驱动电路、掌控逻辑甚至损害到操作者人员,因此这是一个十分最重要的安全性问题(图3a)。  图3:在工业应用于中,拒绝采行隔绝措施隔绝有可能严重威胁逻辑电路或操作者人员的瞬态电压(a),并避免有可能造成信号错误的共模瞬态信号(b)。

  另外在PLC中,有所不同电路之间用于的有所不同隔绝地有可能产生共模问题(图3b)。这更加看起来信号完整性问题而不是安全性问题,因为结果是不可信的信号或变差的噪声诱导性能。  引发电路问题的另外两个来源是地环路和电路工作在有所不同电压值时的情形(图4)。

  图4:当设计较好时,隔绝可以用来防止系统中有所不同相接地点之间的电位差引发的地环路。


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