從制造向智造邁進(jìn)，可編程邏輯控制器方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

近年來(lái)，隨著科技的飛速發(fā)展，從“制造”向“智造”轉(zhuǎn)型的故事正在全球迅速上演。無(wú)論是井然有序的自動(dòng)化工廠還是數(shù)字化的信息管理系統(tǒng)，無(wú)一不在彰顯智造時(shí)代的到來(lái)。然而智能制造這件事在20世紀(jì)60年代之前，可沒(méi)有這么容易。當(dāng)時(shí)在工廠生產(chǎn)線中，大部分使用的是繼電器、接觸器等控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)存在著修改難、體積大、噪聲大、維護(hù)不方便以及可靠性差等弊端。為了改進(jìn)這些問(wèn)題，美國(guó)某汽車生產(chǎn)商向社會(huì)公開招標(biāo)，號(hào)召大家設(shè)計(jì)一種新的系統(tǒng)來(lái)替換繼電器系統(tǒng)，并提出了著名的“通用十條”招標(biāo)指標(biāo)。于是在1969年，第一臺(tái)可編程控制器誕生，此后在工業(yè)環(huán)境中得到廣泛使用。

【導(dǎo)讀】近年來(lái)，隨著科技的飛速發(fā)展，從“制造”向“智造”轉(zhuǎn)型的故事正在全球迅速上演。無(wú)論是井然有序的自動(dòng)化工廠還是數(shù)字化的信息管理系統(tǒng)，無(wú)一不在彰顯智造時(shí)代的到來(lái)。然而智能制造這件事在20世紀(jì)60年代之前，可沒(méi)有這么容易。當(dāng)時(shí)在工廠生產(chǎn)線中，大部分使用的是繼電器、接觸器等控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)存在著修改難、體積大、噪聲大、維護(hù)不方便以及可靠性差等弊端。為了改進(jìn)這些問(wèn)題，美國(guó)某汽車生產(chǎn)商向社會(huì)公開招標(biāo)，號(hào)召大家設(shè)計(jì)一種新的系統(tǒng)來(lái)替換繼電器系統(tǒng)，并提出了著名的“通用十條”招標(biāo)指標(biāo)。于是在1969年，第一臺(tái)可編程控制器誕生，此后在工業(yè)環(huán)境中得到廣泛使用。

可編程邏輯控制器（PLC），是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。其采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。

今天芝子要給大家介紹的便是一款可編程邏輯控制器解決方案。該方案包括一個(gè)電源模塊、MCU模塊，一個(gè)數(shù)字輸出模塊與一個(gè)數(shù)字輸入模塊，具有較強(qiáng)的靈活性、通用性與抗干擾能力。

總方框圖

數(shù)字信號(hào)輸入模塊由諸如傳感器、開關(guān)和許多其他真實(shí)世界輸入源的設(shè)備組成，它接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或控制設(shè)備的信息，并進(jìn)行信號(hào)電平轉(zhuǎn)換。在此模塊東芝采用的TVS二極管進(jìn)行內(nèi)部保護(hù)以及高速通信和高增益的光耦將內(nèi)部電路與外部輸入信號(hào)進(jìn)行電隔離，其中，TVS二極管可通過(guò)吸收外部端子的靜電放電（ESD）來(lái)防止電路故障，而光耦支持IEC 61131-2標(biāo)準(zhǔn)，采用小而薄的封裝，可以降低產(chǎn)品體積，減少硬件成本。

數(shù)字信號(hào)輸入模塊電路圖

數(shù)字輸出模塊用來(lái)送出可編程控制器運(yùn)算后得到的結(jié)果，并通過(guò)機(jī)外的執(zhí)行模塊來(lái)完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類控制。因此在此部分，除了采用東芝的TVS二極管和具備高速通信和高增益的光耦外，還采用了有助于實(shí)現(xiàn)低功耗的小信號(hào)MOSFET／晶體管陣列、以及具備高輸出和低導(dǎo)通電阻的光繼電器。

數(shù)字信號(hào)輸出模塊電路圖

最后在電源電路部分，本方案采用了適用于高輸出電源應(yīng)用的功率MOSFET和具有高隔離電壓的光耦產(chǎn)品，可為系統(tǒng)提供較強(qiáng)的抗干擾能力，并進(jìn)一步縮小產(chǎn)品體積，使其可廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備。

審核編輯：湯梓紅