為何PLC能在工業應用領域屹立不搖？ - EDN Taiwan

現今的可程式邏輯控制器(PLC)涉及兩個爭議，其主題恰好分處控制系統範疇對立的兩端：一是對數位I/O隔離和保護適用之理想技術的爭議；另一個爭議則處於 ... 手機版 我們其他網站  EET電子工程專輯 電子元器件規格書網(簡體版) 關注我們: RSS 首頁 免費雜誌訂閱 新聞中心 產品中心 活動 供應商資源 網絡廣播 汽車電子 通訊/網路/無線 電腦/週邊 消費性電子 IC/電路板/系統設計 工業/軍事/航天 醫療 電源/智慧型能源 測試與量測 3M讓電子產品回收更便捷 伊頓高效節能9395UPS為企業節省大量電費 英特爾推出全球首款22奈米四核心處理器 高可靠度高壓非隔離式開關電源設計 [特刊]-《電源技術特刊》 3M讓電子產品回收更便捷 伊頓高效節能9395UPS為企業節省大量電費 英特爾推出全球首款22奈米四核心處理器 高可靠度高壓非隔離式開關電源設計 [特刊]-《電源技術特刊》 Path:EDNTaiwan電子技術設計 >> 設計中心>>工業/軍事/航太>>為何PLC能在工業應用領域屹立不搖？ 工業/軍事/航太 為何PLC能在工業應用領域屹立不搖？ 2015年10月30日  | SteveTaranovich Sharethispagewithyourfriends 現今的可程式邏輯控制器(ProgrammableLogicController，PLC)涉及兩個爭議，其主題恰好分處控制系統範疇對立的兩端：一是對數位I/O隔離和保護適用之理想技術的爭議；另一個爭議則處於更高的架構層級—是以PLC為基礎的控制比較好？還是基於PC/嵌入式電腦的控制比較優？有鑒於工廠、工業和製造自動化的重要性越來越高，我們終於找到機會拆解了一款流行的PLC—Allen-BradleyMicro850，探究其設計中做出的一些選擇，希望能以此闡明其核心I/O隔離選項以及該知名PLC設計所採用的一些零組件。

PLC擁有悠久的歷史，早在1971年推出當時被叫做「可程式控制器(programmablecontroller)」的產品時，Allen-Bradley就自創了「PLC」這個名詞；後來Allen-Bradley被RockwellAutomation公司收購，PLC這個名詞很快就像是個人電腦的縮寫「PC」一樣確立了地位(有關PLC起源及演變的更多背景，可參考Segovin和Theorin編著的《PLC和DCS發展史》)。

任何一個剛開始學習梯形邏輯的人都能證明，PLC在當時是解決某個老問題的簡潔方案：讓控制系統可重新配置，無須人工重新佈線或重新連接硬體。

這種可程式化基礎使之很快與進入工廠生產線，並與PC和後來的嵌入式電腦直接競爭。

對於工業控制和自動化領域來說，這些基於Windows的PC機和嵌入式電腦可以提供更強大的處理能力、更高的程式設計靈活性、更好的生態系統支援和更低的成本。

在此同時，PLC具備其核心優勢—堅固、簡易、可靠、耐用和「可信任」；在當機時可能導致數千到數百萬美元損失的應用情況下，可信任度是一個非常關鍵的因素，控制工程師和技術人員了解到他們可以依賴PLC，並因此能在發生錯誤時簡單快速地排除故障。

雖然PC可能已經佔領工廠生產線，PLC也沒有停止發展。

在1990年代和21世紀初，PC似乎贏得了戰爭，但PLC也在變得越來越強大，並採用更標準化的作業系統和程式設計語言與方法，比如C語言，同時也變得越來越開放。

我們所拆解的Micro850就是此類案例，它採用的簡單機械整合軟體平台(ConnectedComponentsWorkbench，CCW)，是以經驗證的RockwellAutomation微軟(Microsoft)VisualStudio技術為基礎。

這種CCW軟體採用視覺化介面，透過使用者自定義的功能模組、標籤配置和螢幕設計來降低成本並縮短開發時間。

具體來說，我們拆解的是Micro8502080-LC5048QBB，一款28V至24V直流/交流輸入、20~24V直流源輸出的控制器，從不同供應商的報價來看大概在500美元左右(如圖1)。

圖1Allen-BradleyMicro850PLC價格約500美元，是高度堅固、可配置、隔離性和易用性等方面的標竿，儘管有PC/嵌入式運算設備的競爭，仍在工業自動化領域保持強勢地位。

這種基本48點控制器提供100kHz的高速計數器(HSC)輸入、透過USB編程介面實現的嵌入式通訊、1個非隔離型序列埠(用於RS-232和RS-485通訊)和1個乙太網路連接埠。

Micro850還透過支援多達3個具備脈衝序列輸出(PTO)的軸提供嵌入式運動控制功能，並能透過乙太網路/IP網路實現通訊。

與大多數PLC一樣，Micro850的設計是可獨立運作，但也能方便地針對客製化應用進行配置，利用其對最多5個Micro800外掛程式模組、最多4個Micro850擴展I/O模組的支援提供更多的I/O，並能配置到最多132個I/O節點。

Micro850的工作溫度範圍是-20~+65℃(-4~+149℉)，其靈活性、通訊和I/O功能支援廣泛應用，包括：輸送帶、切割、材料加工、分類機、包裝、熱收縮膜設備、太陽能板定位機、及垂直成形/填充/封口機等等。

打開Micro850就可以看到主要的數位I/O電路板，這是討論最佳化輸入和輸出訊號隔離技術的一個很好的起點(圖2)。

輸入端連接到現場元件，如近接、壓力和溫度感測器或按鈕，輸出則連接到指示燈、馬達啟動器和電磁閥等設備。

圖2Rockwell選擇光耦做為Micro850PLC的數位I/O電路板上的設備輸入和輸出端的核心隔離策略。

這些現場設備一般工作在電氣雜訊很大的環境中，容易受到暫態高壓浪湧、串擾、干擾和電源突波(powerglitches)的影響，因此要求採取隔離措施來維持現場設備和I/O模組控制器之間的有效通訊，防止出現損壞。

許多年來，光耦(Optocoupler)一直是主流的隔離技術，雖然最近來自SiliconLabs、TI和亞德諾(ADI)等公司的數位隔離器逐漸被升格為便宜、靈活且小尺寸的替代品。

其它更傳統的小型替代品包括電磁性和電容性隔離。

選用數位隔離器和其他種類隔離器的理由是，隨著時間的推移，由於LED效率下降，光耦可能變得不可靠，進而導致其輸出不穩定。

有了這樣的想法，在打開Micro850時就會產生認知上的一種失落，因為我們看到在工業PLC這種環境要求最嚴、電氣I/O應用壽命很長的應用中，居然只有光耦作為唯一的隔離機制。

具體來說，直流輸入端是用6個安華高(Avago)的10MBaud(高速)HCPL-063L雙通道光耦，和4個位元速率在10KBaud至100KBaud之間的東芝(Toshiba)標準低速TLP280-4四通道光耦進行隔離的。

直流輸出端則採用了4個安華高HCPL-M456單通道(高速)光耦和4個東芝TLP281單通道及3個東芝TLP281-4(標準)四通道光耦進行隔離。

為了理解為何RockwellAutomation選擇光耦作為其PLC的輸入輸出隔離元件，理解應用要求以及光耦特性是很有幫助的。

對於新手來說，電壓暫態變化和突波在工業環境中是一個普遍的問題。

一般來源包括感測器和馬達啟動器等現場設備。

這些訊號可能是突然的、快速的，並且具有足夠高的強度損壞驅動電路、控制邏輯甚至傷害到操作人員，因此這是一個非常重要的安全性問題(圖3a)。

圖3在工業應用中，要求採取隔離措施阻隔可能危及邏輯電路或操作人員的瞬態電壓(a)，並消除可能導致訊號錯誤的共模瞬態訊號(b)。

另外在PLC中，不同電路之間使用的不同隔離接地可能產生共模問題(圖3b)。

這更像是訊號完整性問題而不是安全性問題，因為結果是不可靠的訊號或變差的雜訊抑制性能。

引起電路問題的另外兩個來源是接地迴路和電路工作在不同電壓值時的情形(圖4)。

圖4當設計良好時，隔離可以用來避免系統中不同接地點之間的電位差引起的接地迴路。

在接地迴路中，電氣系統共用路徑的兩個點之間會有多餘的電流，但每個點的接地電位水平之阻抗有限且有所不同。

當兩個電路以危險的不同電壓水平非常靠近地運作，高壓安全性隔離是必需的，而且在使用電平轉移導致電路在不同電壓水準不一致時，也會需要高壓安全性隔離。

（未完，請參閱下頁更多內文及附圖） 1 • 2   想要免費接收更多的技術設計資訊嗎？ 馬上訂閱《電子技術設計》郵件速遞，透過郵箱輕鬆接收最新的設計理念和產品新聞。

請輸入有效的Email地址。

Email地址已被注冊，請嘗試使用另一個Email地址或更新您的注冊信息。

為確保您的資訊安全，請輸入右方顯示的代碼. 請輸入有效的驗證碼 對不起，您的請求次數已達上限，請稍後再試! 啟動您的訂閱申請我們已給您的註冊郵箱發送了確認信，請點擊信中的連結啟動您的訂閱申請。

這將有助於我們很好地保護您的個人隱私同時確保您能成功接收郵件。

確定 添加新評論 遊客 (您目前以遊客身份發表,請登入|註冊) *驗證碼: 精選文章 什麼是最有用的感測器？ 抑制ClassD功率放大器電路振鈴現象 高功因單級返馳式LED驅動設計考量 更多精選文章 熱門新聞  Intertek亞太首家LTE測試實驗室成立 New!  RSComponents獲上海綜合保稅區獎項 更多內容 2013科技新聞  DIGITIMESResearch：2Q'12全球NB出貨強勁成長17.6%  高通2012年第二季財季營收及每股盈餘再度刷新紀錄 更多內容 新聞 | 產品 | 設計實例 3M讓電子產品回收更便捷 伊頓高效節能9395UPS為企業節省大量電費 英特爾推出全球首款22奈米四核心處理器 數位隔離器在馬達控制中的應用 [特刊]-《電源技術特刊》 EDNChina|EDNKorea|EDNAsia|EDNJapan|EDN|EDNEurope eMediaAsia EETimes-India||| TechInsights EETimes|ESMOnline|EETimesJAPAN Copyright@2016EDNAsiaLtd.本網站所有內容均受版權保護。

未經版權所有人明確的書面許可，不得以任何方式或媒體翻印或轉載本網站的部分或全部內容。