過程控制和plc設計指南

　　摘要：可編程邏輯控制器（plc）在過程控制系統中能夠有效節省時間，降低成本和能耗，簡化系統設計。從制造業發展進程可以了解到如何用現代ic替代分立電路。這些ic能夠簡化系統設計，擴展設備監測功能并保障操作人員的安全。max15500/max15501、max5661以及max5134–max5139是過程控制應用中的典型ic。

　　簡介

　　工業控制、工廠自動化以及plc （可編程邏輯控制器）是發展成熟的技術，能夠有效地節約時間、材料、能源和金錢。但從何入手呢？ 設計一個完全自動化的工廠是一項巨大工程，有可能在還沒有啟動項目時就放棄了。

　　這使我們想起多年以前非洲的一位探險家，當他詢問本地的一位部落男子：“如何吃掉一頭大象？”，這位男子驚訝地看著探險家回答到：“我們吃大象就像吃別的任何東西一樣，一次一口”。與其它大型系統開發一樣，工業控制系統可以劃分成許多小規模電路。下面我們就開始探討這些細分后的電路。

　　過程控制流程

　　裝配生產線是人類歷史上相當新的發明創造，許多國家都在同一時期涌現出了類似的創新方案。我們將列舉其中的幾個示例，闡述如何演進到一個完整的自動化工廠。

　　samuel colt （美國的槍支制造商）在19世紀中葉展示了一種通用部件。早期的槍支需要獨立制造每只槍的部件，然后進行組裝。colt先生展示了10只槍的通用部件，然后隨機地從箱子里抓取這些部件并組裝好一只槍。在20世紀初期，henry ford進一步拓展了大批量生產技術。他采用固定的裝配廠，用卡車在工廠之間運輸零部件。雇員只需要了解很少的裝配知識，在以后的工作中也只進行這些操作。1954年，george devol申請了美國專利2，988，237，這項專利標志著首臺工業機器人的誕生，該機器人被命名為unimate。20世紀60年代末期，general motors®使用plc （可編程邏輯控制器）組裝汽車的自動變速器。被稱為plc之父的dick morley為gm生產了首個plc。他的美國專利3，761，893是當前許多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）。

　　過程控制可以簡單到何種程度？ 圖1給出了一個常見的家用加熱器。

　　圖1. 家用電子加熱器，一個簡單的過程控制示例。

　　加熱器部件密封在一個容器內，簡化系統通信。這個概念可以擴展到遠端控制的恒溫加熱器，通信距離在幾米左右，通常采用電壓控制。

　　現在，我們可以考慮一個小型的簡單過程控制系統，在圖2所示工廠中需要哪些必要部件？

　　圖2. 工廠的遠程通信

　　長距離傳輸線的阻抗、emi以及rfi （電磁及無線電干擾）使得電壓控制方案的實施非常困難，這種情況下，電流環不失為簡單、有效的解決方案。由基爾霍夫定律可知，電流環中任何一點的電流等于環路中其它所有點的電流之和，由此可以抵消傳輸線阻抗的影響。由于環路阻抗和帶寬較低（幾百歐姆，《 100hz），emi和rfi的雜散拾取 小。