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过程控制和PLC设计指南

2012-05-11 10:18
逆光飞舞
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  摘要: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。

   简介

   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(有关上述四位发明家的详细信息,请参考:www.wikipedia.org/;相关专利请查询:http://patft.uspto.gov/netahtml/PTO/srchnum.htm)。

  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。

 

  图1. 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?

 

  图2. 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。

 

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