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網站上的參數化工具選擇元件。

介紹

閉環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，環顧四周并意識到當今的許多產品都是在閉環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

信號鏈環繞著我們。它們使我們的現代生活成為可能和愉快。事實上，只要需要控制環路來監控、管理、處理、調節、限制或組織某些東西，就會出現帶有信號鏈的應用。

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，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。根據需要重復循環。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，熱電偶不會產生電壓，因此主閥不會打開。

現代高端汽車最多可以有 80 個 ECU。它們控制發動機、防抱死制動器、巡航控制、自動變速箱和牽引力。大多數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，應用邏輯或智能，并產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。

信號鏈還用于其他汽車安全和便利系統：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;動力轉向;加熱;空調;座椅控制;和電話...僅舉幾例。

信號鏈和PLC的區別

超出家用烤箱等小型簡單系統所需的信號鏈系統稱為PLC。 回想一下“信號鏈就在你身邊”，想想下一個工業工廠。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，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。為了實現完全自動化，面包店需要一個過程控制系統來管理和協調這些子系統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調和操作，這些子系統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的組件。

這就引出了PLC和信號鏈之間最重要的區別：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略產生了PLC。

可編程控制器的發明

20世紀初，亨利·福特1（Henry Ford1）擴展了大規模生產技術，工廠自動化在汽車行業扎根。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，并連續幾天執行這些任務。多年后，新車型的轉換變得非常昂貴和耗時。生產過程由數千個硬接線繼電器、開關、凸輪和鼓定時器以及專用閉環控制器控制。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千個繼電器。然后故障排除開始確保安全聯鎖、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的發明。1968年，迪克·莫雷利（Dick Morely）和他的公司正在設計一項新發明，即可編程控制器。與此同時，通用汽車?（GM）?汽車公司“想要一個固態控制器作為硬接線繼電器系統的電子替代品。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。裝配廠由數百臺機器組成，需要協調才能平穩運行。PLC使生產線易于重新利用。現在，重新編程的基本機器可以重復使用來生產新零件。

我們可以通過關注一臺機床，一臺數控（NC）銑床，并通過比較舊的控制系統和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。現在，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、控制和監控

工廠中有些區域對人類來說太危險了。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.許多產品學科中使用的簡單、通用的信號鏈和PLC回路圖。

表2總結了一旦我們檢測到某些東西（通常是物理參數），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。

在信號鏈或PLC的輸出側，我們監控系統或操作或移動某些東西。表 3 顯示了由 PLC 監視或控制的事物。

結論

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，并在任何結構中保持恒定的溫度，無論尺寸如何。信號鏈監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節用水的草坪灑水器。最后，重要的是要記住，所有這些商品都是在工廠生產的，PLC監視和控制大多數運行或移動的電子系統。

審核編輯：郭婷