物联网技术之PLC：扫盲篇
PLC，全称可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用可编程序的存储器，用于存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC的主要作用是控制工业过程，实现系统的自动化和智能化。具体来说，PLC可以读取生产线的传感器数据，执行程序，控制生产线上的机械设备和电气设备，实现生产过程的控制和监测。此外，PLC还可以收集生产数据，并通过网络与其他设备进行通信。
PLC的基本组成和结构
PLC的硬件系统主要由以下几个部分组成：
主机：主机是PLC的核心，包括CPU、存储器、输入/输出接口、外设I/O接口、通信接口及电源等部件。在整体式PLC中，这些部件都在同一个机壳内。而在模块式PLC中，各部件独立封装，称为模块，各模块通过机架和电缆连接在一起。
输入/输出模块：输入/输出模块是PLC与外部设备连接的接口，用于接收或发送开关量、高速脉冲以及标准模型信号，直流开关量输入电路、交流开关量输入电路和模拟量输入电路等。
电源模块：为PLC各部件提供工作电源。
通信模块：用于在PC上完成程序编制、下载与上传、数据在线监视与修改、程序监控等功能。
编程器、打印机、EPROM写入器等其他外部设备：这些设备可以通过相应的接口与PLC主机相连，用于实现不同的功能。
PLC的软件由系统程序和用户程序组成：
系统程序由PLC制造厂商设计编写，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序及监控程序等。它的作用是管理、控制整个系统的运行，包括运行管理、存储空间管理以及系统自检程序这三个方面的作用。
PLC的用户程序是用户根据现场控制的需要，用PLC编程语言编制的应用程序，通过编程器将其输入到PLC内存中，来实现各种控制要求。用户程序是PLC软件的重要组成部分，实现控制目的的关键。
PLC的工作原理
PLC的工作原理可以总结为以下几个步骤：
输入模块接收输入信号：PLC的输入模块可以接收来自传感器、按钮、开关等设备的数字和模拟信号。这些信号通过输入模块转换成PLC可以处理的数字信号。
中央处理器（CPU）处理输入信号：PLC的中央处理器（CPU）接收输入信号并根据程序的逻辑进行处理。程序由用户编写，它描述了输入信号如何被处理以及如何产生输出信号。
输出模块产生输出信号：根据程序的逻辑，PLC的输出模块可以产生数字和模拟信号，这些信号可以用于控制电机、阀门、灯光等设备。输出信号经过输出模块转换成适合输出设备的信号。
循环处理程序：PLC的CPU会不断循环处理程序，接收输入信号，根据程序的逻辑产生输出信号，以实现自动化控制。
PLC的编程语言和指令系统
PLC的编程语言和指令系统因制造商和型号而异，一些常见的PLC编程语言包括梯形图（Ladder Diagram）、指令表（Instruction List）、功能模块图（Function Block Diagram）和顺序功能流程图（Sequential Function Chart）等。
其中，梯形图是最常用的PLC编程语言之一，它采用继电器线路类似的形式来表示程序逻辑，易于理解和使用。指令表编程语言类似于汇编语言，采用助记符来表示操作功能，易于记忆和操作。功能模块图语言采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块具有不同的功能。顺序功能流程图语言则是一种流程控制程序语言，适用于表示复杂的程序逻辑。
PLC在工业自动化中的应用
PLC在工业自动化中的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：
控制制造过程：PLC可以通过编程的方式控制设备和机器的运行，使制造过程更加高效、自动化和精确。
数据采集和处理：PLC可以采集设备运行相关的数据，例如温度、压力、速度等，然后对这些数据进行处理。这些数据可以用于监控设备运行状态和进行生产过程的优化。
优化生产线布局：PLC可以通过控制运输设备和工作站的移动和排列，优化工作流程，并且在生产过程中自动调整流程。
远程监控：PLC可以通过互联网将生产过程上传到云服务器上，管理者可以在离开工厂的情况下控制整个生产过程。
故障检测和维修：PLC可以自动检测设备运行异常并向操作工人发送警报。通过这种方式，工人可以迅速解决问题，减少生产停机时间和减少生产成本。
实现自动化生产：PLC可用于控制各种设备的启停、速度调节、方向调整等操作，实现自动化生产。
机器人控制：PLC可用于对机器人进行运动控制和任务分配，实现各种复杂工作的自动化完成。
PLC的选型和配置
在选择和配置PLC时，需要根据应用场景、控制需求、预算等因素进行综合考虑。以下是一些选型和配置的要点：
机型选择：根据控制规模、控制要求、维修量大小等因素，选择合适的机型。对于简单的开关量控制和模拟量控制，可选用低档机；对于复杂的控制，如PID运算、闭环控制、通信联网等，则需要选用中档或高档PLC。
输入输出点确定：根据实际需要，为PLC配置足够的输入输出点。一般情况下，需要留出一定的余量，以应对未来可能的扩展。
存储容量：根据系统中有无模拟信号或数据处理量大小，选择适当的存储容量。当系统中有很多模拟信号或数据处理量较大时，应选择存储容量较大的PLC。
可扩展性：选择可扩展性好的PLC，方便未来根据实际需要进行扩展。可以选择模块化的PLC，通过增加扩展模块和扩展单元与主机连接，实现功能的灵活扩展。
维护方便性：考虑维护的方便性，可以选择易于更换故障部件的PLC，或者选择带有自诊断功能的PLC，方便故障排查和维修。
通信能力：根据实际需要，选择具有良好通信能力的PLC。例如，与计算机联网可通过RS232C接口、RS422+RS232C/422转换适配器连接、调制解调器通信连接等方式直接连接。
可靠性：在选择PLC时，应优先考虑可靠性高的产品，以保证PLC在长时间运行中不易出现故障。
经济性：在满足功能和性能需求的前提下，应考虑经济性因素，选择性价比高的PLC。
PLC的优点和局限性
PLC控制器在工业自动化控制系统中具有许多优点，主要包括以下几点：
可靠性高：PLC控制器具有强大的抗干扰能力，能在工业环境中稳定可靠地运行。
易于维护：PLC控制器采用模块化设计，出现故障时易于进行维修和更换。
灵活性强：PLC控制器的操作界面可以方便地修改程序，以适应不同的控制需求。
响应速度快：PLC控制器的执行速度非常快，响应速度快，能够实现高效的自动化控制。
可扩展性强：PLC可以通过添加I/O模块、通信模块等方式进行扩展，以满足不同的控制需求。
编程方便：PLC可以采用多种编程语言，如结构化文本、指令列表、梯形图等，方便工程师进行编程。
实时性强：PLC可以提供实时数据采集和数据处理功能，能够及时响应生产过程中的各种变化。
PLC也存在一些局限性，主要表现在以下几个方面：
价格较高：相对于传统电气控制装置，PLC控制器的价格较高。
技术门槛高：PLC控制器的编程需要掌握专业的编程技术和知识，对工程师的综合能力有一定的要求。
易受攻击：PLC控制器要与网络进行连接，存在一定的网络安全风险，容易被黑客攻击。
不适应恶劣环境：PLC对环境的要求较高，不适合在恶劣环境中使用，如高温、低温、强电磁干扰等环境。
不便于操作和维护：对于非专业的操作人员来说，PLC的操作和维护可能比较复杂，需要一定的专业知识和技能。
PLC的发展趋势和未来展望
PLC的发展趋势和未来展望可以从以下几个方面进行探讨：
技术融合与智能化：随着工业4.0和物联网等技术的不断发展，PLC将与人工智能、机器学习等先进技术融合，实现更智能化的控制。同时，借助高速通信网络，PLC将实现更高效的数据传输和处理。这不仅能提高生产效率，降低成本，还能提升产品质量。
绿色环保：随着环保意识的提高，低能耗、绿色的PLC也将成为未来发展的主流方向。
政策推动与市场需求：受到我国相关政策的推动，以及市场对智能制造的需求，工业软件技术水平和市场竞争力将显著提升。这也将进一步推动PLC的发展。
AIoT星球君：尽管我们不能准确预测未来，但是根据当前的趋势和信息，PLC的发展前景看起来十分乐观。然而，作为决策者，我们仍需要注意这些趋势可能带来的挑战和机遇，合理规划并做出明智的决策，以实现可持续的发展。
