深入理解PLC的工作原理

　　大家學(xué)習(xí)PLC工作原理“循環(huán)掃描，順序控制”并不陌生，但僅僅依靠字面意義來理解是不夠的，還需要深入了解其工作特點(diǎn)。

　　我們知道PLC它可以看作是型計(jì)算機(jī)(計(jì)算機(jī))，但可以看作是微型計(jì)算機(jī)(計(jì)算機(jī))PLC運(yùn)行方式與計(jì)算機(jī)不同，計(jì)算機(jī)按邏輯順序執(zhí)行用戶程序，執(zhí)行結(jié)束后停止執(zhí)行。PLC采用連續(xù)循環(huán)掃描(即使沒有輸入指令)，順序執(zhí)行。

　　PLC最初的設(shè)計(jì)是取代傳統(tǒng)的繼電器，但它與傳統(tǒng)的繼電器控制有很大的不同。傳統(tǒng)的繼電器控制采用硬邏輯并行運(yùn)行，即繼電器線圈通電或斷電，繼電器的所有接觸都會(huì)立即移動(dòng)。PLC輸入采樣-程序執(zhí)行-輸出刷新的工作模式?jīng)Q定了內(nèi)部虛擬繼電器的線圈和觸點(diǎn)不會(huì)同時(shí)移動(dòng)。線圈可能在觸點(diǎn)前或觸點(diǎn)后，這取決于它們?cè)诔绦蛑械那昂笪恢?。傳統(tǒng)繼電器觸點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間一般為100ms以上，為消除兩者運(yùn)行方式不同造成的差異，PLC循環(huán)掃描周期一般小于1000ms。這樣在I/O響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合，PLC與傳統(tǒng)繼電器接觸和線圈響應(yīng)沒有太大區(qū)別。如果你想要的話。PLCI/O立即響應(yīng)，可使用立即觸點(diǎn)和立即線圈。傳統(tǒng)繼電器無法做到這一點(diǎn)。

　　需要注意的是，雖然PLC與傳統(tǒng)繼電器在觸點(diǎn)和線圈響應(yīng)時(shí)間上沒有區(qū)別，但當(dāng)傳統(tǒng)繼電器在觸點(diǎn)和線圈響應(yīng)時(shí)間上沒有區(qū)別時(shí)，PLC中觸點(diǎn)和線圈的位置在邏輯上是不同的。下圖中的兩個(gè)程序看起來相同，但實(shí)際執(zhí)行結(jié)果完全不同。I0.0,圖1中的M0.4可以在第一個(gè)掃描周期中輸出，圖2中的M0.4只能在第四個(gè)掃描周期中輸出。雖然直觀上是同時(shí)輸出的，但程序邏輯上有很大的差異。如果不深入理解PLC工作原理，很難理解PLC程序的運(yùn)行邏輯。

　　PLC的工程設(shè)備

　　PLC通電→內(nèi)部處理→通信處理→自診斷→輸入采樣→執(zhí)行用戶程序→輸出刷新→

　　PLC采用循環(huán)掃描，集中輸入集中輸出。優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是：響應(yīng)速度慢，響應(yīng)滯后。PLC會(huì)采用WDT(看門狗)監(jiān)視掃描是否超過預(yù)定時(shí)間。

　　內(nèi)部自處理：包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查、停電保護(hù)范圍設(shè)置等。在自診斷測(cè)試階段，CPU檢測(cè)PLC每個(gè)模塊的狀態(tài)，如有異常，立即診斷和處理，同時(shí)給出故障信號(hào)，點(diǎn)亮CPU面板上的LED指示燈。當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，CPU被強(qiáng)制為STOP方法，停止執(zhí)行程序。CPU自診斷測(cè)試有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)測(cè)系統(tǒng)故障，提高系統(tǒng)的可靠性。

　　通信處理階段：PLC和自身帶有CPU智能模塊等外部設(shè)備通信，完成數(shù)據(jù)收發(fā)，響應(yīng)編程器命令，更新編程器顯示內(nèi)容，更新時(shí)鐘和特殊寄存器內(nèi)容。在通信處理階段，CPU檢查是否有通信任務(wù)，如果有，調(diào)用相應(yīng)的流程，完成與其他設(shè)備(如帶微處理器的智能模塊、遠(yuǎn)程模塊、遠(yuǎn)程模塊等I/O接口、編程器、HMI設(shè)備等)的通信處理，并對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。

　　首先，我們要明白PLC到底是啥?

　　字面來看，PLC是電力線通信技術(shù)，PowerLineCommunication。說白了，就是把電線當(dāng)成數(shù)據(jù)傳輸線。這是一種物盡其用的策略，因?yàn)殡娋€隨處可見，成本低。如果電線不僅能傳輸電能，還能攜帶調(diào)制后的電信號(hào)，那就兩全其美了。

　　事實(shí)上，對(duì)于交流電來說，它本身就攜帶信息，因?yàn)樗蓄l率。只是這個(gè)信息只有一個(gè)值。PLC，電信號(hào)技術(shù)可視為傳輸變頻的電信號(hào)技術(shù)。

　　具體來說，它的實(shí)現(xiàn)機(jī)制是將終端數(shù)據(jù)調(diào)制成高頻電信號(hào)，在電線上傳輸。理論上，它也可以取代網(wǎng)絡(luò)電纜。等等，這不是傳統(tǒng)的銅纜寬帶嗎?是的，后者也是通過電信號(hào)傳輸?shù)摹，F(xiàn)在流行的光纖使用光信號(hào)更快。

　　這樣，還有什么網(wǎng)線呢?很明顯，因?yàn)镻LC作為一種通信技術(shù)，它不能長(zhǎng)期作為一種真正的民用通信技術(shù)。原因也很簡(jiǎn)單，在家庭場(chǎng)景中，有太多的干擾因素。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)屬于標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)施成產(chǎn)品并不一定有效。

　　因此，要解決干擾因素，必須投入大量的研發(fā)精力，依靠其他一些行業(yè)的突破，如AI技術(shù)。如今AI技術(shù)成熟，也能更好地解決干擾問題。

　　如果抗干擾是賣點(diǎn)，那么看來抗干擾設(shè)備對(duì)于現(xiàn)在的很多用戶來說，它都是有自己的作用的，因?yàn)樗囊蠛芨?。PLC競(jìng)爭(zhēng)實(shí)際上是芯片的競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)一步說是抗干擾算法的競(jìng)爭(zhēng)。

　　而基于PLC通信本身是通過高頻信號(hào)傳輸?shù)?。頻率越高，容錯(cuò)率越低，一絲干擾就會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。用于互聯(lián)網(wǎng)PLC，頻率更高，顯然對(duì)噪聲更敏感。

　　為什么說智能家居中的智能家居?PLC其實(shí)比較復(fù)雜?因?yàn)橐鉀Q抗干擾問題更難。在工業(yè)用途中，PLC從布線、電纜選擇、電氣工程等方面可以提前考慮。然而，在家庭用途中，我們通常面臨裝修好、強(qiáng)弱電部署差異很大的案例。要保證安裝后能使用并不容易。

　　具體來說，要解決干擾問題，主要有幾個(gè)要素。

　　首先，要確保設(shè)備有良好的接地。接地可避免外部電壓沖擊，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全和抑制干擾兩個(gè)目的。對(duì)于干擾。PLC系統(tǒng)抵抗電磁干擾非常重要。

　　二是改造電纜。例如，如果電纜排列緊密，交流電通過時(shí)會(huì)形成感應(yīng)電壓，這就要求普通電線被屏蔽。很明顯，這增加了成本投入。

　　第三，通過電容濾波，在輸入和輸出端之間增加信號(hào)隔離器。但這意味著家里的每個(gè)電器(從冰箱到插座)都應(yīng)該改裝。

　　由于家庭場(chǎng)景中干擾的隨機(jī)性很大，即使上述三個(gè)都是完美的，也可能不能保證信號(hào)沒有干擾。因此，還需要芯片和算法進(jìn)行智能調(diào)制。通過軟件AI消除可能的噪聲，使電力線的信號(hào)盡可能純凈。這是對(duì)濾波器設(shè)計(jì)能力的考驗(yàn)。