从制造向智造迈进，可编程逻辑控制器方案的设计与实现

从制造向智造迈进，可编程逻辑控制器方案的设计与实现

近年来，随着科技的飞速发展，从“制造”向“智造”转型的故事正在全球迅速上演。无论是井然有序的自动化工厂还是数字化的信息管理系统，无一不在彰显智造时代的到来。然而智能制造这件事在20世纪60年代之前，可没有这么容易。当时在工厂生产线中，大部分使用的是继电器、接触器等控制系统，这些系统存在着修改难、体积大、噪声大、维护不方便以及可靠性差等弊端。为了改进这些问题，美国某汽车生产商向社会公开招标，号召大家设计一种新的系统来替换继电器系统，并提出了著名的“通用十条”招标指标。于是在1969年，第一台可编程控制器诞生，此后在工业环境中得到广泛使用。

【导读】近年来，随着科技的飞速发展，从“制造”向“智造”转型的故事正在全球迅速上演。无论是井然有序的自动化工厂还是数字化的信息管理系统，无一不在彰显智造时代的到来。然而智能制造这件事在20世纪60年代之前，可没有这么容易。当时在工厂生产线中，大部分使用的是继电器、接触器等控制系统，这些系统存在着修改难、体积大、噪声大、维护不方便以及可靠性差等弊端。为了改进这些问题，美国某汽车生产商向社会公开招标，号召大家设计一种新的系统来替换继电器系统，并提出了著名的“通用十条”招标指标。于是在1969年，第一台可编程控制器诞生，此后在工业环境中得到广泛使用。

可编程逻辑控制器（PLC），是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。其采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

今天芝子要给大家介绍的便是一款可编程逻辑控制器解决方案。该方案包括一个电源模块、MCU模块，一个数字输出模块与一个数字输入模块，具有较强的灵活性、通用性与抗干扰能力。

总方框图

数字信号输入模块由诸如传感器、开关和许多其他真实世界输入源的设备组成，它接收来自现场设备或控制设备的信息，并进行信号电平转换。在此模块东芝采用的TVS二极管进行内部保护以及高速通信和高增益的光耦将内部电路与外部输入信号进行电隔离，其中，TVS二极管可通过吸收外部端子的静电放电（ESD）来防止电路故障，而光耦支持IEC 61131-2标准，采用小而薄的封装，可以降低产品体积，减少硬件成本。

数字信号输入模块电路图

数字输出模块用来送出可编程控制器运算后得到的结果，并通过机外的执行模块来完成工业现场的各类控制。因此在此部分，除了采用东芝的TVS二极管和具备高速通信和高增益的光耦外，还采用了有助于实现低功耗的小信号MOSFET／晶体管阵列、以及具备高输出和低导通电阻的光继电器。

数字信号输出模块电路图

最后在电源电路部分，本方案采用了适用于高输出电源应用的功率MOSFET和具有高隔离电压的光耦产品，可为系统提供较强的抗干扰能力，并进一步缩小产品体积，使其可广泛应用于各种工业设备。

审核编辑：汤梓红