e-works数字化企业网  »  文章频道  »  工业自动化控制  »  PLC/DCS

过程控制和PLC设计指南

2015/1/29    来源:佳工网        
关键字:过程控制  PLC  仪器仪表  控制器  
可编程逻辑控制器(PLC)在过程控制系统中能够有效节省时间,降低成本和能耗,简化系统设计。从制造业发展进程可以了解到如何用现代IC替代分立电路。这些IC能够简化系统设计,扩展设备监测功能并保障操作人员的安全。MAX15500/MAX15501、MAX5661以及MAX5134–MAX5139是过程控制应用中的典型IC。

  工业控制、工厂自动化以及PLC (可编程逻辑控制器)是发展成熟的技术,能够有效地节约时间、材料、能源和金钱。但从何入手呢? 设计一个完全自动化的工厂是一项巨大工程,有可能在还没有启动项目时就放弃了。

  这使我们想起多年以前非洲的一位探险家,当他询问本地的一位部落男子:“如何吃掉一头大象?”,这位男子惊讶地看着探险家回答到:“我们吃大象就像吃别的任何东西一样,一次一口”。与其它大型系统开发一样,工业控制系统可以划分成许多小规模电路。下面我们就开始探讨这些细分后的电路。

  过程控制流程

  装配生产线是人类历史上相当新的发明创造,许多国家都在同一时期涌现出了类似的创新方案。我们将列举其中的几个示例,阐述如何演进到一个完整的自动化工厂。

  Samuel Colt (美国的枪支制造商)在19世纪中叶展示了一种通用部件。早期的枪支需要独立制造每只枪的部件,然后进行组装。Colt先生展示了10只枪的通用部件,然后随机地从箱子里抓取这些部件并组装好一只枪。在20世纪初期,Henry Ford进一步拓展了大批量生产技术。他采用固定的装配厂,用卡车在工厂之间运输零部件。雇员只需要了解很少的装配知识,在以后的工作中也只进行这些操作。1954年,George Devol申请了美国专利2,988,237,这项专利标志着首台工业机器人的诞生,该机器人被命名为Unimate。20世纪60年代末期,General Motors®使用PLC (可编程逻辑控制器)组装汽车的自动变速器。被称为PLC之父的Dick Morley为GM生产了首个PLC。他的美国专利3,761,893是当前许多PLC的基础。

  过程控制可以简单到何种程度? 图1给出了一个常见的家用加热器。

家用电子加热器,一个简单的过程控制示例

 

图1. 家用电子加热器,一个简单的过程控制示例

  加热器部件密封在一个容器内,简化系统通信。这个概念可以扩展到远端控制的恒温加热器,通信距离在几米左右,通常采用电压控制。

  现在,我们可以考虑一个小型的简单过程控制系统,在图2所示工厂中需要哪些必要部件?

 工厂的远程通信

图2. 工厂的远程通信

  长距离传输线的阻抗、EMI以及RFI (电磁及无线电干扰)使得电压控制方案的实施非常困难,这种情况下,电流环不失为简单、有效的解决方案。由基尔霍夫定律可知,电流环中任何一点的电流等于环路中其它所有点的电流之和,由此可以抵消传输线阻抗的影响。由于环路阻抗和带宽较低(几百欧姆,《 100Hz),EMI和RFI的杂散拾取最小。

  PLC基本原理

  电流控制环的应用始于20世纪早期的电传打字机,最先使用的是0–60mA环路,后来改为0–20mA环路,PLC系统率先加入4–20mA环路。4–20mA电流环有很多优势,将4mA作为最低通信电流,传输线断开(开路)时很容易检测到这一故障,只需两条连线即可实现远端传感器供电,大约3.5mA。4–20mA环路可以采用模拟通信,也可以采用数字通信。

  在传统的分立器件设计中需要仔细计算,而且电路占用较大空间。Maxim推出了几款20mA器件,能够大大简化系统设计。我们首先考虑典型的PLC功能,如图3所示。

 PLC简化框图

图3. PLC简化框图

  PLC用于完成某项工作或任务。我们先检测一个物理参数,对其处理并进行决策,然后命令某个物理设备进行动作。根据这一模型,左下框显示了信号调理输出,可以采用MAX15500/MAX15501集成电路。

  MAX15500/MAX15501允许选择近程电压控制或远程电流控制。从图4可以看出,除了传统的分立方案中所具备的基本通信功能外,器件中又加入了新的监测和保护功能。

  MAX15500/MAX15501输出调理器系列产品

图4. MAX15500/MAX15501输出调理器系列产品,器件功能包括:为1kΩ提供的±12V加载感应输出、供给750Ω的±24mA电流、100µs的14位建立时间、40µs的12位建立时间。

责任编辑:陈浩
本文为授权转载文章,任何人未经原授权方同意,不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用,e-works不承担由此而产生的任何法律责任! 如有异议请及时告之,以便进行及时处理。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐