過程控制和PLC設(shè)計指南

　　摘要：可編程邏輯控制器（PLC）在過程控制系統(tǒng)中能夠有效節(jié)省時間，降低成本和能耗，簡化系統(tǒng)設(shè)計。從制造業(yè)發(fā)展進(jìn)程可以了解到如何用現(xiàn)代IC替代分立電路。這些IC能夠簡化系統(tǒng)設(shè)計，擴展設(shè)備監(jiān)測功能并保障操作人員的安全。MAX15500/MAX15501、MAX5661以及MAX5134–MAX5139是過程控制應(yīng)用中的典型IC。

　　簡介

　　工業(yè)控制、工廠自動化以及PLC （可編程邏輯控制器）是發(fā)展成熟的技術(shù)，能夠有效地節(jié)約時間、材料、能源和金錢。但從何入手呢？ 設(shè)計一個完全自動化的工廠是一項巨大工程，有可能在還沒有啟動項目時就放棄了。

　　這使我們想起多年以前非洲的一位探險家，當(dāng)他詢問本地的一位部落男子：“如何吃掉一頭大象？”，這位男子驚訝地看著探險家回答到：“我們吃大象就像吃別的任何東西一樣，一次一口”。與其它大型系統(tǒng)開發(fā)一樣，工業(yè)控制系統(tǒng)可以劃分成許多小規(guī)模電路。下面我們就開始探討這些細(xì)分后的電路。

　　過程控制流程

　　裝配生產(chǎn)線是人類歷史上相當(dāng)新的發(fā)明創(chuàng)造，許多國家都在同一時期涌現(xiàn)出了類似的創(chuàng)新方案。我們將列舉其中的幾個示例，闡述如何演進(jìn)到一個完整的自動化工廠。

　　Samuel Colt （美國的槍支制造商）在19世紀(jì)中葉展示了一種通用部件。早期的槍支需要獨立制造每只槍的部件，然后進(jìn)行組裝。Colt先生展示了10只槍的通用部件，然后隨機地從箱子里抓取這些部件并組裝好一只槍。在20世紀(jì)初期，Henry Ford進(jìn)一步拓展了大批量生產(chǎn)技術(shù)。他采用固定的裝配廠，用卡車在工廠之間運輸零部件。雇員只需要了解很少的裝配知識，在以后的工作中也只進(jìn)行這些操作。1954年，George Devol申請了美國專利2，988，237，這項專利標(biāo)志著首臺工業(yè)機器人的誕生，該機器人被命名為Unimate。20世紀(jì)60年代末期，General Motors®使用PLC （可編程邏輯控制器）組裝汽車的自動變速器。被稱為PLC之父的Dick Morley為GM生產(chǎn)了首個PLC。他的美國專利3，761，893是當(dāng)前許多PLC的基礎(chǔ)（有關(guān)上述四位發(fā)明家的詳細(xì)信息，請參考：www.wikipedia.org/；相關(guān)專利請查詢：http://patft.uspto.gov/netahtml/PTO/srchnum.htm）。

　　過程控制可以簡單到何種程度？ 圖1給出了一個常見的家用加熱器。

　　圖1. 家用電子加熱器，一個簡單的過程控制示例。

　　加熱器部件密封在一個容器內(nèi)，簡化系統(tǒng)通信。這個概念可以擴展到遠(yuǎn)端控制的恒溫加熱器，通信距離在幾米左右，通常采用電壓控制。

　　現(xiàn)在，我們可以考慮一個小型的簡單過程控制系統(tǒng)，在圖2所示工廠中需要哪些必要部件？

　　圖2. 工廠的遠(yuǎn)程通信

　　長距離傳輸線的阻抗、EMI以及RFI （電磁及無線電干擾）使得電壓控制方案的實施非常困難，這種情況下，電流環(huán)不失為簡單、有效的解決方案。由基爾霍夫定律可知，電流環(huán)中任何一點的電流等于環(huán)路中其它所有點的電流之和，由此可以抵消傳輸線阻抗的影響。由于環(huán)路阻抗和帶寬較低（幾百歐姆，《 100Hz），EMI和RFI的雜散拾取最小。