了解可编程逻辑控制器PLC。了解它们是什么，它们是如何工作的，以及我们为什么要将它们与实例一起使用。

几乎所有的商业建筑或工业设施都依赖于其机械和电气系统的自动化。这种趋势只会增加，尤其是随着更大、更智能、更复杂的系统和建筑不断在建设中。

那么我们如何控制这些系统，以及使用什么设备来实现这一点呢。这就是我们将在本文中讨论的内容。

什么是PLC

PLC代表可编程逻辑控制器。有许多变化，但它们通常看起来像这样。

可编程逻辑控制器

可编程逻辑控制器基本上是一台小型计算机，它可以根据输入和一组特定的规则执行预先编程的输出。

它们在商业和工业应用中用于控制系统，而手动干预最小，有时甚至为零。操作可以是基于输入状态的简单开关控制，也可以是基于计算、顺序和逻辑的更复杂的响应。

为什么我们需要PLC？

在可编程逻辑控制器之前，控制是通过继电器组来实现的。每个继电器根据物理布线控制专用输入和输出。继电器控制其他继电器形成逻辑控制器。例如以及门，只有当2个输入通电时，这个以及这个，继电器输出通电了吗。这些输入可以是传感器，也可以是其他继电器的输出。

机械继电器和门

为了改变操作，必须改变物理接线，因此如果需要不同的响应，就必须改变物理连接。

这些旧的继电器组规模巨大，非常复杂。这是一个电梯继电器组的例子。这是一个旧变电站的继电器组。

电梯继电器组

正如你可以想象的那样，这些都不是很容易改变的，而且查找错误也很困难，而且非常耗时。

随着固态电子器件和微芯片的发明，继电器组的命令逻辑部分可以被软件逻辑取代，因此PLC很快就接管了。

可编程逻辑控制器在应用上差异很大，但它们都会监控输入，然后根据存储的一组规则做出决策，然后根据这些规则输出命令，使过程自动化。

我们经常发现继电器与PLC结合使用。继电器可以直接处理自动化任务，并与PLC进行通信。这将减少PLC上所需的编程量，并释放存储空间。

与PLC结合使用

PLC被广泛使用，例如，当你在机场托运行李时。行李被赋予条形码并进入传送带。可编程逻辑控制器扫描条形码，并根据一套规则，决定行李是改走国内还是国际航线。下一个PLC扫描条形码，并决定行李需要转移到哪个城市。下一个PLC决定它也需要转移到哪个门。如果一切按计划进行，那么行李就会到达正确的登机口。

PLC的主要部件：

首先，我们有输入模块或现场传感器 .这些是外部世界和PLC之间的物理连接。这些可以是：数字输入，例如

• 简单的开关
• 双金属温度条
• 存在或运动传感器
• 甚至是浮子开关

数字输入

这些数字输入只能提供有关某个东西是开还是关的信息，中间没有任何信息。为此我们需要一个模拟输入例如，从100%到0%的简单控制旋钮。这将通过一个电压互感器，在0%时为0伏，在100%时为10伏。可编程逻辑控制器可以缩放输入，以匹配非常精确的输出控制所需的“灵敏度”。

它还可以利用电阻和欧姆定律将电压转换成电流。电流的大小，通常以毫安为单位，告诉PLC在接通和断开之间是否有动作。

例如，这些输入可以是：

• 在热电偶或电阻温度检测器中。
• 可能是压力传感器
• 或者是应变计

模拟输入

这些电压或电流被转换成CPU可以理解的数字等效数字。我们稍后将在本文中讨论这个问题。

输入模块将执行4个基本任务；

• 当接收到信号时，它们会感应到。
• 它们将信号电压转换为CPU的正确信号。
• 它们将PLC与输入电压或电流信号的波动隔离开来。
• 它们向CPU发送“校正”信号。

中央处理器或中央处理器是手术的大脑。它拥有一个程序或软件，通过对输入信号应用规则来决定需要什么样的输出。

CPU通常包括：

• 微处理器，它根据输入值和程序中的逻辑来完成工作。
• 内存芯片为了存储程序，还将存储输出历史、任何故障或警报等。
• 我们还有其他的集成电路，这些可以用于诸如Modbus和LAN连接之类的东西，这些连接允许我们远程与设备通信、重新编程或监视设备。

然后是输出模块或现场输出设备。这是向我们控制的设备提供信号，例如

• 一个简单的指示灯
• 电磁阀
• 电动机起动器
• 变频驱动器

还有一些其他部分，如：

在发生电源故障时保持可编程逻辑控制器工作的电池。

用户界面可能有一个小屏幕，允许进行一些配置。

需要一个时钟和日历来在正确的时间操作设备

此外，还需要一个电源来提供CPU以及输入和输出模块使用的低电压。

PLC操作

PLC的基本操作是根据输入信号，通过遵循一组规则来执行预编程输出。PLC在其基本操作中完成以下阶段。

首先是输入扫描，它检测输入的状态。然后，程序扫描到看见需要做什么。然后它将执行程序逻辑，以实际实现规则的状态。然后它必须更新输出，根据程序要求操作输出设备。最后，内务管理，用于自我诊断、通信、更新和报告。

扫描时间，即完成所有阶段所需的时间，取决于灵敏度、弹性和系统处理时间。与更简单的数字开关输入相比，模拟输入往往需要更长的处理时间。

例如，一个水箱可能有2毫秒的快速扫描时间，这将防止过满。但室温控制可以慢得多，也许100毫秒。

示例1：简单响应示例

让我们看一个简单响应的例子。我们有一个双金属片温度传感器，一个PLC和一个锅炉。双金属带在变热和变冷时会弯曲，所以我们可以用它来检测房间是否处于所需温度，并由此控制锅炉。

当房间温度正确时，电路完整，PLC接收到信号，锅炉关闭。当室温下降时，电路不再完整，PLC在输入端检测到这种变化。它通过发送一个输出信号来启动锅炉。这很简单，我们也可以用一个简单的继电器来实现。

不过，由于它是一个比较好的时间开关，所以它可以在一个时间前检查它的功能。例如，大楼在晚上和周末可能是空的。所以，我们不想让锅炉打开。PLC被告知房间太冷，它会检查时间和日期，看看是否允许打开，然后根据这一点，决定是打开还是关闭锅炉。

然后我们可以添加额外的函数和输入。例如，输入端有一个运动传感器。恒温器告诉PLC房间太冷了。PLC将检查时间以确保允许打开锅炉，现在它也可以检查房间是否有人。例如，日历上可能没有列出公共假日。大楼是空的，所以锅炉不需要打开。

示例2：高级响应

在下一个更复杂的例子中，我们有一个热敏电阻，PLC以及一个执行器阀。热敏电阻可以提供一个温度刻度，而不是像双金属片那样简单的开关输入。执行机构阀门可以在0到100%之间的任何位置打开，以控制提供多少热水来加热房间。

为此，我们将使用PID控制回路。代表比例，积分和微分控制。我们不会在PID上做太多的细节，但基本上这将控制阀门的位置，以确保阀门的开度仅能适应房间所需温度和房间实际温度之间的差异。

例如，如果房间的温度下降很小，我们不希望加热阀立即打开100%，因为房间会加热得太快，这会超过所需的温度。此时，它将立即关闭并重复此循环。我们要按比例逐渐打开阀门。所以，如果有一个小的温差，阀门缓慢地打开一小部分。如果温差很大，阀门会开得更远更快。然后随着接近所需温度而降低，直到阀门找到保持所需室温的最佳位置。

示例3：复杂反应

让我们看一个更复杂的例子。在许多商业建筑中，供暖或制冷系统将使用一种称为优化器的控制策略。这将了解到，在一段时间内，建筑升温和降温的速度有多快。然后，在建筑物被占用之前，它会在最佳时间启动供暖或制冷系统。例如，如果工作人员要在早上9点起床并开始工作，供暖系统知道它需要在早上7点打开，以确保房间的温度都是正确的。

假设这个系统有一个装有优化软件的PLC。这控制加热系统的执行器阀。该系统也有两个泵，分别设置为工作和备用配置，因此一次只有一个泵运行。PLC将根据之前运行小时数最少的泵来决定开启哪个泵。PLC将监控流量传感器，以检测泵是否在被告知开启时开启。如果它不能打开，PLC会收到警报并切断电源。然后通知另一台泵启动。

但是，在供暖系统和水泵启动之前，PLC将根据时钟进行检查，如果今天开启供暖，建筑物将在什么时候被占用。时钟显示可以，预定入住时间是上午9点。然后，PLC检查房间的当前温度，并计算该温度与所需温度之间的差值。然后，它会检查室外温度，计算出加热建筑物所需的时间，因为在非常寒冷的一天，热量损失会更大，因此需要更长的时间。由此，PLC计算出开启供暖系统所需的时间，以使建筑达到所需温度，为上午9点做好准备。

PLC的优点

可编程逻辑控制器有许多优点。但主要有以下几点：

软件可以在发生故障的情况下，对楼宇进行就地控制。

PLC输入和输出之间的连接由软件完成，而不是通过大量的物理线。

PLC安装比硬接线继电器组小，但仍可以在需要的地方使用继电器

可编程逻辑控制器更容易重新编程。

故障查找更容易、更快

您可以将同一程序加载到多个PLC单元以节省时间

您还可以用更多的卡扩展输入和输出。