主持人将此节目标记为“干净”。
介绍
01
这是八部分系列节目的第一集。
02
这一系列内容关于可编程逻辑控制器，通常称为PLC。
你问PLC是什么？
简而言之，这是一种通用编程工业控制设备。
它们在工业领域的各个方面被使用，包括工厂、公用事业和任何需要控制工业机器的地方。
03
它们是一个完全集成的硬件、软件和开发环境系统，专门为自动工业设备设计。
可能最简单的方法是首先提供一些历史背景，说明它们是什么前奏。
04 自动化的早期
你可能听说过19世纪早期的 Jacquard织机及其使用孔卡，它是一种最终导致计算技术发展之一的技术。
然而，对于我们这里讨论的目的，它的意义在于它是工业自动化控制系统的一种早期形式，因为它毕竟是在控制一家工厂中的机器。
05
其他类型的机器，使复杂机器的各个部件以协调的方式移动的常见纯机械手段，是通过使用轴和凸轮。
一个位于轴或一组轴上的凸轮系列，通过齿轮连接，可以移动机器的部件，开启或关闭阀门，并一般协调机器的各个部件。
20世纪初，随着工厂中电力的使用普及，现在可以利用新的电力技术来执行控制和自动化功能了。
06 继电逻辑的背景
我需要在此解释一些电机械术语，因为理解这些术语及其背后的概念对于理解PLC是必要的，而PLC是它的先辈的演变，使用了相同的术语。
PLC之前的是通常被称为“继电逻辑”的东西。
继电器是什么？
继电器是一种电机械装置，它对电流的流动做出响应并进行控制。
继电器有一个“线圈”，正如名称所暗示的，是导电线的线圈。
当你激活线圈，即将电电流应用到它时，它形成了一个电磁铁。
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这个电磁铁吸引了一个定子。
定子是移动的金属部件，当线圈被激活时，它会被吸引到线圈上。
启动的继电器称为闭合。
禁用称为开合。
这些状态的替代名称分别为“拉入”和“掉出”。
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转子附着在一个或多个接触器上。
你可以将接触器想象成一个开关。
当开关转动一个方向时，电路闭合，电流可以流动。
当它转动另一方向时，电路断开，电流流动被中断。
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接触器可以是通常开放的，在这种情况下，当继电器启动时，路径闭合，电流可以流动。
它们也可以正常关闭，在这种情况下，路径关闭，当继电器关闭时电流可以流动。
继电器可以并且通常有多个接触点，包括正常开和正常关。
记住这些术语：线圈、接触点、正常开和正常关。
11 什么是拉动继电器
有一种特殊的继电器，称为拉动继电器。
这种方法只在继电器控制电路中偶尔使用，但它背后的概念在我们讨论实际的PLC时会变得更加重要。
一个拉动继电器有两个线圈。
一个线圈用于开启或“设置”继电器。
其他线圈用于关闭或“重置”继电器。
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继电器具有机械锁定机制或磁铁，用于即使线圈电源关闭时也将继电器保持在设置（或换句话说，闭合）位置。
要重置或“打开”继电器，必须激活重置线圈。
锁定继电器提供相当于“位”的内存，即使机器电源关闭，它也能保持最后一个状态。
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锁定继电器在需要继电器逻辑电路记住其最后一个状态的应用中被使用。
由于成本和复杂性较高，锁定继电器不常用于继电器控制电路，但该概念将在PLC程序中得到更广泛的应用，当提供设置和重置指令时，这些指令在软件中执行类似的功能，无需考虑类似的成本问题。
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因此，在PLC程序中设置和重置将比实际继电器更频繁地使用。
将这些术语添加到你需要记住的清单中——锁定、解锁、设置和重置。
什么是接触器
我现在会提到另一个术语，以防后来需要。
这是“接触器”。
接触器基本上只是一个大型继电器。
它通常用于控制大功率电荷，如电机和加热器。
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小继电器通常被称为“继电器”，有时也被称为“控制继电器”。
它们用于创建逻辑电路或控制较小的电荷，如灯光或气动或液压阀。
这可能看起来像很多术语，但请耐心，我会用计算机的类比来解释。
17个输入和输出设备
如果你想做一些有用工作，你将需要一些I/O。
典型输入设备包括以下设备。
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按键
这些是操作员按下以命令机器执行某事的按钮。
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选择开关
这些开关通常旋转以开启或关闭并保持其位置。
它们可以有多个位置，每个位置可以激活一个单独的输入。
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点火灯。这些灯用于向操作员提供反馈。
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限位开关。
这些是机械开关，机器的部件而不是操作员激活它们。
这可以用来确定机器各部件在任何给定时间的位置。
22
接近传感器。
这些本质上是固态限位开关，比机械开关更可靠，因为它们受到磨损和老化的影响较小。
它们通常在口语中简称为“代理”。
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电感阀。
这些就像继电器一样，一个电磁线圈被激活。
然而，它不是激活另一个电气接触，而是激活一个气动或液压阀。
这个阀门通常允许空气或液压流体移动一个圆柱内的时序，然后移动机器的机械部件。
一个典型的机器会有大量接近传感器和线圈阀。
24继电逻辑
所有这些输入和输出都需要某种逻辑来协调它们。
这是控制继电器发挥作用的地方。
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如果一个电器的输出能够控制另一个电器听起来有点像晶体管，那么继电器确实类似于电子晶体管。
然而，虽然晶体管是20世纪中叶发明的，但继电器可以追溯到19世纪中叶。
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就像晶体管一样，可以将逻辑编码到连接继电器的电线网络中，以及来自开关和其他输入设备的输入。
通过正确连接传感器和继电器，可以创建相对复杂的操作序列，以自动控制一台机器。
27个继电器布尔逻辑
将继电器接触线串联连接会创建“与”条件。
将它们并联连接会创建“或”条件。
使用正常闭合的继电器接触线会创建“非”条件。
将一个继电器的自身接触线反馈到其线圈之前的电路中，可以让继电器记住自己的状态。
因此，每个继电器都可以被视为布尔逻辑电路中的一个逻辑位。
28个定时器和计数器
特殊定时继电器可用于在继电器激活或失活、接触闭合或开合之间创建时间延迟。
一个在激活后施加延迟的定时继电器是一个“开启延迟定时器”。
一个在失活后施加延迟的定时继电器是一个“关闭延迟定时器”。
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定时继电器通常为气动式。
它们有一个小型橡胶气囊，缓慢地通过一个可调节的孔泄漏空气。
气囊会根据类型防止继电器打开或关闭，直到足够的空气泄漏出来才能关闭或打开。
对于更高的准确性或更长的时间延迟，可以使用电动时钟计时器。
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特殊的反馈继电器可以用来要求输入在激活继电器输出之前，指定次数打开或关闭。
计数器通常使用齿轮机制，计数到预设值后激活。
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后来的时间和计数继电器使用了电子定时器和计数器，但这些相对较晚出现，当时继电器逻辑正逐渐淘汰。
32 个电气面板
大量继电器会安装在大型电气机柜的面板上，电线在它们之间穿梭，也连接到安装在机器上的极限开关、阀门和其他设备。
33 设计逻辑电路
逻辑或程序通过选择设备及其之间连接的电线来编码。
设计和记录这种逻辑，设计师会创建电气图纸。
这些图纸会遵循两种不同的风格之一。
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在一种风格中，两种电线，无论是交流电中的热线、中性线，还是直流电中的正极、负极，都被绘制为图纸每一侧的垂直线。
这些垂直线被称为“导轨”。
然后，横向绘制电线从左到右，显示推按钮、开关和继电器接触点与继电器线圈或指示灯的连接。
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继电器线圈与继电器接触点之间的物理连接通常不会在图纸上显示，尽管在具有多个接触点的推按钮或选择开关的情况下可能会显示。
你会依赖标签或名称来看到哪些接触点与哪些继电器线圈、限位开关或推按钮相关联。
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设备的标准命名约定有，但我在这里不会详细说明。
然而，这意味着继电器线圈可能在图纸集中在一页上，而接触点可以在图纸集的任何其他地方。
因此，在继电器线圈旁边写一个交叉引用，列出其接触点在图纸中使用的位置是常规的。
37 级梯子
从实际意义上讲，这意味着逻辑图倾向于采用许多独立的水平电线集和接触点，看起来像梯子的梯级。
因此，这些图纸被称为“梯形图”或“梯形图纸”。
水平元素被称为“梯级”。
38 个标准符号
每种设备都有一个标准符号，这样你一眼就能看到它是什么。
例如，一个继电器线圈是一个圆圈。
一个通常开的继电器接触器是两个短的垂直线，在电线电路中分隔一个断开。
一个通常闭的继电器接触器只是一个通常开的接触器，在上面画了一条对角线。
39 逻辑流程
根据惯例，图纸是从上到下，从左到右阅读的。
在实际操作中，操作可以并行发生，你必须小心避免引入所谓的“继电器赛跑”，其中一个操作的成果取决于两个并行操作中的哪一个先完成。
一个继电器赛跑可能产生不可预测的结果，取决于哪一个操作先完成，因此必须避免。
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工程师、技术人员和电工被期望成为阅读和理解这些梯形图的熟练人士，以便设计和调试设备。
对一个在该领域有经验的人来说，阅读和理解这些图表变得二三事了。
41 DIN图纸
我提到图纸有两种风格。
另一种风格被称为DIN，即德国标准化研究所，或英文中的Deutsches Institut fur Normung。
这基本上只是一个翻转的梯形图，轨道水平从左到右延伸，梯级垂直从上到下延伸。
我在这里提到了DIN图纸，以完整性考虑，但即使是仍然使用DIN风格图纸记录电路的国家，在梯形逻辑变成电子化时，也会使用垂直梯级。
42 与电子逻辑门的比较
如果你熟悉电子或、或、nand和nor门，上述一些概念应该对你熟悉。
有些概念确实是相似的。
然而，这些电机械约定早于固态的出现。
43
这些图纸也遵循完全不同的原则。
固态逻辑门图纸显示输入和输出在一个设备上，聚类在一起，在一个块内，具有复杂的连接，而电梯图纸将它们分开，这具有几个非常重大的后果。
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首先，它大大简化了绘制连接。
其次，它允许输入和输出根据功能而不是物理包装进行分组。
第三，它允许图纸分布在许多更小的标准尺寸纸张上，这反过来允许一个功能性的、相关的梯级集合在单次视图中进行查看。
这些三个因素在物理继电器被软件取代时具有重大的意义。
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45 历史起源和发展
起源
没有人似乎知道工业继电逻辑是首次在何时或何地引入的。
最佳猜测似乎表明，是在20世纪早期工厂广泛电气化之后某个时候。
蒸汽时代自动化似乎主要依赖于安装在轴上的机械凸轮的配置来定时机操作。
大多数来源似乎都相当确定，继电逻辑在20世纪40年代或50年代已经广泛使用。
46 固态
晶体管的引入并没有立即取代继电器用于控制目的。
继电器能够直接处理大量功率，允许它们直接与输入和输出接口。
晶体管无论如何还需要中间接继电器，增加组件数量并使系统更加复杂，但收益不大。
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开发了专门用于取代继电器的固态逻辑模块，但这些模块并未广泛使用。
这些固态逻辑模块仍然需要它们之间有线连接，限制了它们对电机械继电器的优势。
多个公司开发了多种电机械控制继电器家族，这些继电器通常非常坚固可靠，尽管价格较高。
结论：48
在这一集中，我讨论了以下内容。
继电器是什么。
常见的输入和输出设备。
继电器如何用于创建布尔逻辑系统。
设计继电逻辑系统以及用于记录它们的电气图。
继电逻辑系统的简史。
49 个需要记住的术语。
以下是您可能希望记住的一些术语。
可编程逻辑控制器，也称为“PLC”。
控制继电器。
卷轴
联系人
通常打开
通常关闭
50
锁定
解锁
设置
重置
51
延迟定时器
关闭延迟定时器
计数器
按键
引线灯
限位开关
接近开关，也称为“代理”
梯形图
梯子轨道
梯子梯级
52 下一集
在下一集中，我将讨论以下内容
PLC 的起源
它们是如何从继电逻辑中演变而来的
物理继电器和电线是如何变成软件中的虚拟继电器的
53
你认为视觉或图形编程是新的吗？
听下一集，了解人们在你还在努力让第一个Fortran程序在主干上运行时，已经在五年前的工厂里做到了这一点。
54
这是八集系列的第一集。
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