自动化初学者指南：为系统添加控制 - 潭子精机 TAN TZU

每个自动化单元都需要一个“大脑”才能完成所需的任务。如何确定控制系统所需的必要 I/O、通信协议和处理器？

之前，我们已经介绍了选择合适的自动化项目的初始步骤，以及通过传感器集成开始与现实世界的初始连接。

在项目的这一点上，一切都开始走到一起。您的项目概念正在超越规划和可视化，并正在向有形对象发展。一些设备甚至开始到位。现在，是时候把所有东西联系在一起了。

对于某些人来说，这似乎是一项艰巨的任务，但如果您可以了解系统中必要的控制类型，则可以简化该过程。这将防止在开发系统控件时不必要的购买和停机时间。

就像一、二、三一样简单

确定系统正确控制的第一步是首先收集所有设备并确定其规格。控制系统中的所有内容都可以分解为输入、输出、通信和控制器。一切都必须在您的系统中考虑。

首先需要确定的是整个系统需要多少输入和输出。在确定输入和输出时，请务必记录以下项目，因为它们对于确定控件的组件非常重要。

模拟信号与数字信号
- 常见的数字信号范围包括 5、12、24 或 48 伏直流电
- 模拟信号的范围通常为 4-20 mA 或 0-10 伏
下沉（NPN）、源极（PNP）或在两者之间配置
运动信号
- 信号是否高速？

所以，开始数数吧！我发现保持井井有条的最好方法是从系统的流程图开始，然后继续工作，填补空白。这为您提供了查找当前所有范围的输入和输出的最佳机会，并按逻辑顺序显示它们。在计数时，将它们记录在电子表格中，或者以您认为合适的方式记录，但要根据信号类型将它们组织和分开。

图 1. 自动化流程图示例。图片由作者提供

现在您知道您有多少输入和输出，这为您提供了所需的最小数量的基线。然而，在自动化领域，永远不要为最低限度做计划。总会有一种情况是你无法计划的，我听说过很多关于I/O的“经验法则”，从50%的额外到双倍不等。但是，根据您的系统，这可能会变得昂贵，并且会占用大量机柜空间。

以下是我个人对大多数初学者的建议：始终有 8 个额外的联系人并计划扩展。换言之，您的系统应至少有 8 个剩余的 I/O，并且您应该在机柜中留出至少两个额外的 I/O 模块的空间。如果你能为此做好计划，你的橱柜永远不会过度拥挤，而且你总是能够扩展。

通常，大多数数字输入和输出卡将采用 8、16 或 32 个触点。卡本身可以是数字卡或继电器卡，这意味着您有晶体管或机械触点。输入通常也会被标记为灌电流（用于 NPN）或源极（用于 PNP），而某些器件可针对其中任何一个进行配置。

有关灌电流和源极电路之间区别的详尽解释，请查看控制系统模块的源极和熔电流。此外，如果您的系统中有运动，请务必验证您是否需要高速 I/O，通常用于编码器输入。并非所有触点都支持高开关速度，因此请确保准确验证系统中所需的内容。

现场总线通信怎么样？

在目前的市场上，有几十种不同的网络通信方式。

那么，哪个网络是正确的选择呢？好吧，关于这个问题，我有一些好消息和一些坏消息要告诉你。

图2. 工业控制器上的网络电缆。图片由 Control.com 工程团队提供

好消息是，包括几乎任何网络都是朝着正确方向迈出的一步，可以最大限度地减少电气柜的尺寸并减少系统的布线量。与大型硬接线系统相比，现场总线通常也更容易诊断和排除故障。模拟和数字信号也可以在不使用不同模块的情况下传输。网络通信也可以连接到数十个节点，例如，以太网/IP 最多可以连接 256 个节点。

坏消息是，10 次中有 9 次，现场总线通信的选择将取决于您在系统中安装的设备的兼容性。您必须验证设备的文档，以确定哪种协议有效。例如，罗克韦尔自动化设备很可能通过以太网/IP进行控制，因为他们实际开发了该技术，而西门子设备将使用PROFIBUS DP/PA。典型设备将具有多种协议功能，或者将具有与您希望使用的现场总线类型兼容的不同驱动器。

使用现场总线器件的优点因应用而异，但几乎在任何应用中都完全值得使用。例如，使用 I/O 链接设备，由于配置能够在内部存储，因此可以快速设置复印机，并且无需编程即可更换设备，从而加快维修速度。机器和设备的状态可以通过实时反馈远程查看。此外，如果你和我一样，尽量减少任何系统中的整体布线也会让它看起来更干净。