數十年以來，可編程邏輯控製器(PLC)始終是工廠自動化和工業過程控製有機組成的一部分。從簡單的照明功能到環境係統、再到化學加工等各種應用，都離不開PLC控製。這些係統具備許多功能，提供各種模擬和數字輸入/輸出接口
、信號處理、數據轉換以及各種不同的通信協議。PLC的所有元件和功能都以控製器為中心，而控製器則針對某項具體任務進行編程。

 

 

基本的PLC組件必須足夠靈活並可配置

，以滿足不同工廠和應用的需求。輸入激勵(無論是模擬還是數字信號)來自機器裝置、傳感器或過程事件，表現為電壓或電流。PLC必須準確地為CPU提供解析並轉換激勵信號
，CPU進而確定一組發給輸出係統的指令，而後者控製著安裝在工廠或另一工業環境的執行機構。

 

現代PLC起源於上世紀60年代
，在隨後的幾十年中
，通用功能和信號通道發生了少許變化。然而，21世紀的過程控製為PLC提出了更加艱巨的新要求：更高性能
、更小體積和更大的功能靈活性。必須內置保護功能

，防止潛在的破壞性靜電放電(ESD)
、電磁幹擾和射頻幹擾(RFI/EMI)
，以及惡劣的工業環境中常見的大幅值瞬態脈衝。

 

 

PLC需要在工業環境中無故障工作數年，而這種環境對於為PLC提供卓越靈活性和精密性的微電子元件有較大損害。Maxim比任何一家混合信號ICchangshangdougengnenglijiezheyizhuangkuang

，yinweiwomenzaichenglizhichujiuyizhuoyuedechanpinkekaoxinghechuangxinfanganlingxianyutongxingyejingzhengzhe，quebaogaoxingnengdianziqijianmianshoueliehuanjingdesunhai，baokuogaoESD、高瞬態電壓擺幅和EMI/RFI。設計人員已經普遍認可Maxim的產品
，因為這些產品解決了模擬、混合信號設計的難題，並將年複一年堅持不懈地解決這類問題。

 

 

PLC具有4至數百路輸入/輸出(I/O)通道，支持各種不同規格的應用，因此，尺寸和功率也像係統精度、可靠性一樣重要。Maxim堅持在IC中集成正確的功能，始終保持同行業的領先地位
，從而減小了總體係統的空間和功率需求，得到更加緊湊的設計。Maxim能夠以最小尺寸提供數百款低功耗、高精度IC，使得係統設計人員能夠構建完全滿足苛刻的空間、功耗要求的精密產品。

 

 

裝配生產線是人類曆史上相當新的發明創造，許多國家都在同一時期湧現出了類似的創新方案。我們在此列舉了美國的幾個示例。

 

Samuel Colt (美國槍支製造商)在19世紀中葉展示了一種通用部件。早期的槍支需要獨立製造每杆槍的部件，然後再分別進行組裝。為了實現自動裝配

，Colt先生嚐試把10隻槍的所有部件分別放置在不同箱子內
，然後隨機地從箱子裏抓取這些部件並組裝成一隻槍。20世紀初期，Henry Ford進(jin)一(yi)步(bu)拓(tuo)展(zhan)了(le)大(da)批(pi)量(liang)生(sheng)產(chan)技(ji)術(shu)。他(ta)設(she)立(li)了(le)固(gu)定(ding)裝(zhuang)配(pei)廠(chang)
，汽(qi)車(che)在(zai)生(sheng)產(chan)線(xian)上(shang)傳(chuan)遞(di)到(dao)不(bu)同(tong)車(che)間(jian)。雇(gu)員(yuan)隻(zhi)需(xu)要(yao)了(le)解(jie)很(hen)少(shao)的(de)裝(zhuang)配(pei)知(zhi)識(shi)
，在(zai)以(yi)後(hou)的(de)工(gong)作(zuo)中(zhong)也(ye)隻(zhi)進(jin)行(xing)這(zhe)類(lei)工(gong)作(zuo)。1954年，George Devol申請了美國專利2,988,237，這項專利標誌著首個工業機器人的誕生，該機器人命名為Unimate。20世紀60年代末期，General Motors®使用PLC組裝汽車的自動變速器。Dick Morley—PLC之父，為GM®開發了首款PLC (Modicon)，他的美國專利3,761,893是當今許多PLC的基礎(有關上述四位發明家的詳細信息，請參考：www.wikipedia.org/
；相關專利請查詢：http://patft.uspto.gov/netahtml/PTO/srchnum.htm)。

 

 

過程控製可以簡單到何種程度? 我們以一個常見的家用加熱器為例進行說明。

 

加(jia)熱(re)器(qi)部(bu)件(jian)密(mi)封(feng)在(zai)一(yi)個(ge)容(rong)器(qi)內(nei)，便(bian)於(yu)係(xi)統(tong)通(tong)信(xin)。這(zhe)個(ge)概(gai)念(nian)可(ke)以(yi)擴(kuo)展(zhan)到(dao)遠(yuan)端(duan)控(kong)製(zhi)的(de)家(jia)用(yong)恒(heng)溫(wen)加(jia)熱(re)器(qi)，通(tong)信(xin)距(ju)離(li)在(zai)幾(ji)米(mi)左(zuo)右(you)，通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)。

 

現在
，我們在這個小型簡單過程控製係統的基礎上加以拓展，一個工廠需要哪些控製和配置? 

 

遠距離傳輸線的阻抗、EMI和RFI使得電壓控製方案的實施非常困難，這種情況下，電流環不失為簡單
、youxiaodejiejuefangan。youjierhuofudinglvkezhi，dianliuhuanzhongrenheyidiandedianliudengyuhuanluzhongqitasuoyoudiandedianliu，youcikeyidixiaochuanshuxianzukangdeyingxiang。youyuhuanluzukanghedaikuanjiaodi(幾百歐姆
，並且< 100Hz)，EMI和RFI的雜散拾取被降至最小。PLC係統對於適當的控製非常有用
，例如工廠生產係統。

 

家用電熱器，一個簡單的過程控製示例。

 

工廠遠程通信

 

 

電流控製環的應用始於20世紀早期的電傳打字機，最早使用的是0–60mA環路，後來改為0–20mA環路，PLC係統率先采用了4–20mA環路。

 

4–20mA電流環有很多優勢。在傳統的分立器件設計中需要仔細計算，而且與當前的集成4–20mA IC相比，電路占用很大空間。Maxim推出了幾款20mA器件，包括MAX15500和MAX5661，可有效簡化4–20mA PLC係統設計。

 

測量到的任何電流值都代表一定的信息。實際應用中，4–20mA電流環路工作在0mA至24mA電流範圍。但0mA至4mA和20mA至24mA電流範圍用於診斷和係統校準。由於低於4mA和高於20mA的電流用於診斷，可以認為介於0mA和4mA之間的讀數表示係統中傳輸線斷開。同樣
，介於20mA和24mA之間的讀數可以表示係統中出現潛在的短路故障。

 

4–20mA通信的增強版稱為高速可尋址遠端傳感器(HART®係統)，該係統向下兼容4–20mA儀表。在HART係統中，采用基於微處理器的智能化集成現場器件能夠實現雙向通信。根據HART協議
，能夠在同一4–20mA模擬電流信號線對上承載附加的數字信息，用於過程控製。

 

PLC的功能可劃分成幾個功能組。許多PLC廠(chang)商(shang)將(jiang)這(zhe)些(xie)功(gong)能(neng)集(ji)成(cheng)為(wei)獨(du)立(li)模(mo)塊(kuai)
，每(mei)個(ge)模(mo)塊(kuai)所(suo)具(ju)備(bei)的(de)功(gong)能(neng)隨(sui)具(ju)體(ti)應(ying)用(yong)而(er)有(you)所(suo)不(bu)同(tong)。很(hen)多(duo)模(mo)塊(kuai)具(ju)有(you)多(duo)種(zhong)功(gong)能(neng)，可(ke)與(yu)多(duo)種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)接(jie)口(kou)連(lian)接(jie)。然(ran)而(er)，多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)會(hui)針(zhen)對(dui)特(te)殊(shu)應(ying)用(yong)設(she)計(ji)專(zhuan)用(yong)模(mo)塊(kuai)或(huo)擴(kuo)展(zhan)模(mo)塊(kuai)，例(li)如(ru)：電阻溫度檢測器(RTD)、傳感器或熱電偶傳感器。通常
，所有模塊具備相同的核心功能：模擬輸入、模擬輸出、分布式控製(例如現場總線)、接口、數字輸入和輸出(I/O)
、CPU以及電源。我們將逐一說明這些核心功能，傳感器和傳感器接口將在其它章節分別介紹。

 

PLC簡化框圖，如需了解Maxim推薦的PLC方案完整信息。

 

本文來源於Maxim。