工业控制系统的主要功能模块

　　基本的PLC操作

　　过程控制可以简单到何种程度? 我们以一个常见的家用加热器为例进行说明。加热器部件密封在一个容器内，便于系统通信。这个概念可以扩展到远端控制的家用恒温加热器，通信距离在几米左右，通常采用电压控制。远距离传输线的阻抗、EMI和RFI使得电压控制方案的实施非常困难，这种情况下，电流环不失为简单、有效的解决方案。由基尔霍夫定律可知，电流环中任何一点的电流等于环路中其它所有点的电流，由此可以抵消传输线阻抗的影响。由于环路阻抗和带宽较低(几百欧姆，并且< 100Hz)，EMI和RFI的杂散拾取被降至最小。PLC系统对于适当的控制非常有用，例如工厂生产系统。

　　PLC的电流环传输

　　电流控制环的应用始于20世纪早期的电传打字机，最早使用的是0–60mA环路，后来改为0–20mA环路，PLC系统率先采用了4–20mA环路。4–20mA电流环有很多优势。在传统的分立器件设计中需要仔细计算，而且与当前的集成4–20mA IC相比，电路占用很大空间。Maxim推出了几款20mA器件，包括MAX15500和MAX5661，可有效简化4–20mA PLC系统设计。

　　测量到的任何电流值都代表一定的信息。实际应用中，4–20mA电流环路工作在0mA至24mA电流范围。但0mA至4mA和20mA至24mA电流范围用于诊断和系统校准。由于低于4mA和高于20mA的电流用于诊断，可以认为介于0mA和4mA之间的读数表示系统中传输线断开。同样，介于20mA和24mA之间的读数可以表示系统中出现潜在的短路故障。4–20mA通信的增强版称为高速可寻址远端传感器(HART系统)，该系统向下兼容4–20mA仪表。在HART系统中，采用基于微处理器的智能化集成现场器件能够实现双向通信。根据HART协议，能够在同一4–20mA模拟电流信号线对上承载附加的数字信息，用于过程控制。

　　PLC的功能可划分成几个功能组。许多PLC厂商将这些功能集成为独立模块，每个模块所具备的功能随具体应用而有所不同。很多模块具有多种功能，可与多种传感器接口连接。然而，多数情况下会针对特殊应用设计专用模块或扩展模块，例如：电阻温度检测器(RTD)、传感器或热电偶传感器。通常，所有模块具备相同的核心功能：模拟输入、模拟输出、分布式控制(例如现场总线)、接口、数字输入和输出(I/O)、CPU以及电源。