從制造向智造邁進，可編程邏輯控制器方案的設計與實現

近年來，隨著科技的飛速發展，從“制造”向“智造”轉型的故事正在全球迅速上演。無論是井然有序的自動化工廠還是數字化的信息管理系統，無一不在彰顯智造時代的到來。然而智能制造這件事在20世紀60年代之前，可沒有這么容易。當時在工廠生產線中，大部分使用的是繼電器、接觸器等控制系統，這些系統存在著修改難、體積大、噪聲大、維護不方便以及可靠性差等弊端。為了改進這些問題，美國某汽車生產商向社會公開招標，號召大家設計一種新的系統來替換繼電器系統，并提出了著名的“通用十條”招標指標。于是在1969年，第一臺可編程控制器誕生，此后在工業環境中得到廣泛使用。

【導讀】近年來，隨著科技的飛速發展，從“制造”向“智造”轉型的故事正在全球迅速上演。無論是井然有序的自動化工廠還是數字化的信息管理系統，無一不在彰顯智造時代的到來。然而智能制造這件事在20世紀60年代之前，可沒有這么容易。當時在工廠生產線中，大部分使用的是繼電器、接觸器等控制系統，這些系統存在著修改難、體積大、噪聲大、維護不方便以及可靠性差等弊端。為了改進這些問題，美國某汽車生產商向社會公開招標，號召大家設計一種新的系統來替換繼電器系統，并提出了著名的“通用十條”招標指標。于是在1969年，第一臺可編程控制器誕生，此后在工業環境中得到廣泛使用。

可編程邏輯控制器（PLC），是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作電子系統。其采用一種可編程的存儲器，在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，通過數字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產過程。

今天芝子要給大家介紹的便是一款可編程邏輯控制器解決方案。該方案包括一個電源模塊、MCU模塊，一個數字輸出模塊與一個數字輸入模塊，具有較強的靈活性、通用性與抗干擾能力。

總方框圖

數字信號輸入模塊由諸如傳感器、開關和許多其他真實世界輸入源的設備組成，它接收來自現場設備或控制設備的信息，并進行信號電平轉換。在此模塊東芝采用的TVS二極管進行內部保護以及高速通信和高增益的光耦將內部電路與外部輸入信號進行電隔離，其中，TVS二極管可通過吸收外部端子的靜電放電（ESD）來防止電路故障，而光耦支持IEC 61131-2標準，采用小而薄的封裝，可以降低產品體積，減少硬件成本。

數字信號輸入模塊電路圖

數字輸出模塊用來送出可編程控制器運算后得到的結果，并通過機外的執行模塊來完成工業現場的各類控制。因此在此部分，除了采用東芝的TVS二極管和具備高速通信和高增益的光耦外，還采用了有助于實現低功耗的小信號MOSFET／晶體管陣列、以及具備高輸出和低導通電阻的光繼電器。

數字信號輸出模塊電路圖

最后在電源電路部分，本方案采用了適用于高輸出電源應用的功率MOSFET和具有高隔離電壓的光耦產品，可為系統提供較強的抗干擾能力，并進一步縮小產品體積，使其可廣泛應用于各種工業設備。

審核編輯：湯梓紅