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(ye) 過程控製有機組成的一部分。從(cong) 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(wei) 中心，而控製器則針對某項具體(ti) 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(chuan) 感器或過程事件，表現為(wei) 電壓或電流。PLC必須準確地為(wei) 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(ye) 環境的執行機構。

　　現代PLC起源於(yu) 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(wei) PLC提出了更加艱巨的新要求：更高性能、更小體(ti) 積和更大的功能靈活性。必須內(nei) 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(ye) 環境中常見的大幅值瞬態脈衝(chong) 。

　　可靠設計

　　PLC需要在工業(ye) 環境中無故障工作數年，而這種環境對於(yu) 為(wei) 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IC廠商都更能理解這一狀況，因為(wei) 我們(men) 在成立之初就以卓越的產(chan) 品可靠性和創新方案領先於(yu) 同行業(ye) 競爭(zheng) 者，確保高性能電子器件免受惡劣環境的損害，包括高ESD、高瞬態電壓擺幅和 EMI/RFI。設計人員已經普遍認可Maxim的產(chan) 品，因為(wei) 這些產(chan) 品解決(jue) 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(jue) 這類問題。

　　更高集成度

　　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(ye) 的領先地位，從(cong) 而減小了總體(ti) 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(chan) 品。

　　工廠自動化—新發明

　　裝配生產(chan) 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(men) 在此列舉(ju) 了美國的幾個(ge) 示例。

　　Samuel Colt (美國*製造商)在19世紀中葉展示了一種通用部件。早期的*需要獨立製造每杆槍的部件，然後再分別進行組裝。為(wei) 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(nei) ，然後隨機地從(cong) 箱子裏抓取這些部件並組裝成一隻槍。20世紀初期，Henry Ford進一步拓展了大批量生產(chan) 技術。他設立了固定裝配廠，汽車在生產(chan) 線上傳(chuan) 遞到不同車間。雇員隻需要了解很少的裝配知識，在以後的工作中也隻進行這類工作。1954年，George Devol申請了美國專(zhuan) 利2,988,237，這項專(zhuan) 利標誌著首個(ge) 工業(ye) 機器人的誕生，該機器人命名為(wei) 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(wei) GM?開發了首款PLC (Modicon)，他的美國專(zhuan) 利3,761,893是當今許多PLC的基礎。

 　基本的PLC操作

　　過程控製可以簡單到何種程度? 我們(men) 以一個(ge) 常見的家用加熱器為(wei) 例進行說明。

　　加熱器部件密封在一個(ge) 容器內(nei) ，便於(yu) 係統通信。這個(ge) 概念可以擴展到遠端控製的家用恒溫加熱器，通信距離在幾米左右，通常采用電壓控製。

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

　　遠距離傳(chuan) 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(wei) 簡單、有效的解決(jue) 方案。由基爾霍夫定律可知，電流環中任何一點的電流等於(yu) 環路中其它所有點的電流，由此可以抵消傳(chuan) 輸線阻抗的影響。由於(yu) 環路阻抗和帶寬較低(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(yu) 適當的控製非常有用，例如工廠生產(chan) 係統。

　　PLC的電流環傳(chuan) 輸

　　電流控製環的應用始於(yu) 20世紀早期的電傳(chuan) 打字機，最早使用的是0–60mA環路，後來改為(wei) 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(you) 勢。在傳(chuan) 統的分立器件設計中需要仔細計算，而且與(yu) 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(yu) 診斷和係統校準。由於(yu) 低於(yu) 4mA和高於(yu) 20mA的電流用於(yu) 診斷，可以認為(wei) 介於(yu) 0mA和4mA之間的讀數表示係統中傳(chuan) 輸線斷開。同樣，介於(yu) 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(wei) 高速可尋址遠端傳(chuan) 感器(HART?係統)，該係統向下兼容4–20mA儀(yi) 表。在HART係統中，采用基於(yu) 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(yu) 過程控製。

　　PLC的功能可劃分成幾個(ge) 功能組。許多PLC廠商將這些功能集成為(wei) 獨立模塊，每個(ge) 模塊所具備的功能隨具體(ti) 應用而有所不同。很多模塊具有多種功能，可與(yu) 多種傳(chuan) 感器接口連接。然而，多數情況下會(hui) 針對特殊應用設計專(zhuan) 用模塊或擴展模塊，例如：電阻溫度檢測器(RTD)、傳(chuan) 感器或熱電偶傳(chuan) 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(men) 將逐一說明這些核心功能，傳(chuan) 感器和傳(chuan) 感器接口將在其它章節分別介紹。