什么是PLC？PLC编程-梯形图逻辑和梯形图

什么是PLC？

PLC 代表可编程逻辑控制器，是具有计算能力的工业规模设备，用于控制装配线、机器人单元、工业机械和其他制造环境中的生产过程。它们用于故障检测、高可靠性和可编程制造控制等过程。PLC 实时运行，因为它们的输入必须在非常短的时间内处理。其操作的及时性对于成功实现控制目的始终至关重要。几十年前引入 PLC 的主要动机是用更灵活的可编程控制器取代硬编码继电器系统。

PLC 看起来与传统计算机不同，因为它们经过了加固处理，以实现耐磨和抗震。PLC 有多种类型，其 I/O（输入/输出）的数量和类型、外壳和封装以及与其他 PLC 和 SCADA 系统交互的能力各不相同。PLC 的这些特性决定了它们在恶劣的工业环境中运行的能力，能够抵抗高温和震动，同时不受电噪声的影响。

PLC 控制器最常见的功能与机电继电器的功能类似。具体来说，PLC 接收一组离散输入并审核输入状态是打开还是关闭。该操作基于“扫描周期”，读取 PLC 输入、执行可编程逻辑并写入其输出。在PLC的操作范围内，随着扫描周期的重复执行，这三个步骤不断重复。

PLC 程序对一系列输入执行逻辑“AND”功能。当所有输入位都打开时，允许电流通过。同样，它们还对并行提供的一组输入实现逻辑“OR”函数。在这种情况下，如果至少有一个输入打开，则允许电流通过。在实现这些功能时，PLC 在逻辑功能的评估中应用一定的顺序。它是严格从左到右和从上到下的执行，这与传统中继不太严格的操作相反。还有一些 PLC 实现了更复杂的功能（例如，内部离散逻辑功能），以产生表示完成或某些错误的输出。

最终用户（例如自动化工程师）与 PLC 进行交互以对其进行配置，同时也接收警报和通知。为此，PLC 提供人机界面 (HMI)，包括图形用户界面 (GUI)。常见的 HMI 控件包括按钮、灯光、文本显示器和触摸屏。在复杂的安装情况下，PLC 可以连接到个人计算机，从而提供更复杂、更符合人体工程学的用户界面。

PLC的组成部分

PLC由以下主要部件组成：

• 电源 ：它通过直流电压为 PLC 的各个组件供电。为此，电源将用户的线路交流电压（例如，在美国为120伏）转换为较低的直流电压（例如，24伏）。
• 处理器 ：这是一种固态设备，可在制造环境（例如生产线、机床、机器人设备）中实现工业控制功能以及其他过程控制功能。
• 输入/输出（I/O） ：PLC由各种输入和输出模块组成。输入模块检测来自各种源（例如按钮、开关和各种传感器）的输入信号的状态。另一方面，输出模块用于控制继电器和灯等设备。
• 通信模块和协议 ：PLC 的通信模块有助于在 PLC 和工业现场的其他设备之间传输数字数据。为了实现这种传输，通信模块实施一种或多种协议，包括有线和无线协议。PLC 使用的工业协议的非详尽列表包括 EtherNet/IP、Profibus、Modbus、Interbus、ProfiNet 等。PLC 通信通过设备上的内置端口进行，例如 USB（通用串行总线）、以太网、RS-232、RS-485 和 RS-422 端口。PLC 使用这些端口与软件系统、外部设备（例如传感器、执行器）以及 SCADA 等其他控制系统进行通信。
• 冗余 ：重要的工业级 PLC 安装提供某种冗余。具体来说，它们包含一个影子 PLC 系统，在主系统出现故障时，该系统将取代主系统。为了检测必须激活冗余系统的情况，PLC 实施了心跳机制。
• PLC 程序 ：PLC 设备的一个关键要素是其控制逻辑，它以工业自动化和电气系统的专用语言（如梯形图和功能块图）进行编程和反映。

PLC 编程-梯形图逻辑和梯形图

PLC 逻辑可以用不同的语言进行编程，包括高级可视化编程语言。PLC控制逻辑和配置最流行的可视化编程语言之一是梯形逻辑（LL），这反映在梯形图（LD）上。梯形逻辑的主要优点是它提供了可视化界面，从而显着降低了 PLC 编程的学习曲线。此外，梯形图和梯形图的结构类似于继电器电路，这使得机电工程师和工业工程师很容易理解和使用它们。同样，熟悉位运算符和布尔逻辑有助于理解和使用梯形逻辑。

从编程的角度来看，梯形逻辑使用符号表示法来表达逻辑运算。因此，梯形逻辑程序包括符号位置中的批量数学逻辑，即基于位逻辑运算，其结构类似于梯形。这就是“梯形逻辑”名称背后的原因和基本原理。梯形图逻辑的确切结构由PLCOpen 标准规定，这使其成为一种标准化的编程语言。然而，梯形逻辑并不是为高级编程语言的传统程序员发明的。相反，它主要是为熟悉电信号的技术人员、电工和电气工程师设计的。因此，梯形逻辑符号看起来像触点和继电器等电信号。这些符号映射到梯形逻辑程序上下文中的布尔和符号逻辑。

梯形逻辑是最流行的 PLC 编程语言，但它并不是 PLC 编程的唯一方法。其他流行的语言包括顺序功能图 (SFC)、功能块图 (FBD)、结构化文本 (ST) 和指令列表 (IL)。这些语言在概念和语法上与梯形逻辑相似，同时为熟悉电气概念的工程师和技术人员提供了平滑的学习曲线。

梯形图示例

PLC 应用：为您的工业应用选择 PLC

鉴于可用的 PLC 种类繁多，工业工程师必须经历一个评估不同设备的过程，以选择最适合其任务的设备。为此，他们必须审查其系统以及将使用 PLC 的应用的要求。同样，必须收集有关 PLC I/O 容量的信息和要求，同时必须明确目标输出的类型。例如，必须记录 I/O 模块的电气要求，包括输入设备电压、输出设备电压和电流。确定 PLC 是否应支持简单离散（开/关）逻辑之外的特殊操作和高级功能也很重要。

选择 PLC 的另一个重要方面涉及 PLC 设备的内存和 CPU（中央处理单元）。要确定 CPU 要求，了解要控制的工业过程或机器的速度非常重要。这涉及确定所需的最快操作，以及各种操作的时间关键性和响应时间。在PLC选型过程中还需要考虑通信要求。具体来说，必须确定数据共享需求以及必须与 PLC 通信的设备（例如计算机、工作站中的触摸屏）。通过这种方式，也可以识别任何所需的通信设备（例如调制解调器、电缆）。

PLC 选择过程还必须考虑通过一些界面（如按钮或 LED（发光二极管）数字显示器）与操作员进行交互的需要。具体来说，所选的 PLC 必须支持向操作员显示正确的消息以及任何所需的警报和通知。同样，应为操作员提供根据应用程序的需要输入数据的方法。

PLC 选择过程还必须考虑部署自动化设备的物理环境。这对于采用经过适当加固的设备非常重要，即设备坚固且能抵抗当前目标环境所施加的冲击。

最后，还有决定选择决定的非技术标准，包括设备的成本以及提供的补充服务（如培训和售后支持）的质量。必须权衡各种标准及其对于当前应用程序的相关重要性。这将推动选择具有适当模块、增值可编程功能、操作员界面和成本的产品。

总体而言，PLC 是工业控制应用中最流行的设备之一。它们还有望在第四次工业革命（工业 4.0）时代继续成为工业控制的核心。然而，新兴的工业 4.0 应用程序将提供以智能和数据驱动的方式驱动 PLC 运行的方法。具体来说，工业 4.0 中 PLC 的运行不仅由传感器和网络物理设备驱动，还由云端数据分析驱动。这有望提高下一代工业自动化系统的准确性和智能性。在这种背景下，年轻工程师了解更多有关 PLC 及其操作的知识是非常有意义的。