采用改进的PLC电气控制关键技术分析研究

刘小平，张南宾

LIU Xiao-ping, ZHANG Nan-bin

（重庆三峡职业学院，重庆 404155）

0 引言

19世纪末，电机技术开始产生并应用，发展到20世纪20年代取代了蒸汽机，伴随着电机制造和应用发展起来，电气控制技术成为了主要的动力。随着科学技术的不断进步，电气控制技术也在逐步地发展创新，不仅对生产工艺提出了新的要求，原理由原来单一的有触点硬接线继电器控制系统转为以微处理器为中心的PLC软件控制系统，同时机床电气控制装置也在不断地更新中，从手动控制已经发展到自动控制，虽然使得控制的方法从简单到复杂，但是在实际的操作过程中却由笨重发展到了轻巧。这种以微处理器为核心的新型工业控制器可编程序控制器，这种器件完全能够适应恶劣的工业环境，兼备了计算机控制和继电控制系统两方面的优点，推动着机床电气控制技术的不断地向前发展着，是目前世界各国的一种标准化通设备，现已普遍应用于各种工业控制。

1 PLC电气控制系统的工艺

可编程的控制器的简称为PLC，它的结构组成如图1所示，在图中可以看到它的主要组成部分，分别为CPU、服务器存储、I/O模块以及电源等，而整个PLC的运行周期是先对信息进行采集和整理，然后选择需要的信息进行输入，在内部再进行一个整顿和管理，根据要求输出所需要的信息量。可以看出它是一种数字化的电子设备，主要的原理是在原继电器原理上进行了延伸，结合了计算机技术、通信技术和自动化技术，将这些技术融合成为一条的综合性工业控制装置，随着PLC的优势不断凸显，在各个行业中的应用也在不断地扩宽和进步。

图1 PLC电气控制生产系统结构示意图

根据PLC的设计要求和结构特征可以组成不同的电气控制系统，现在对四种常见的系统简单的阐述一下。第一种是单机控制系统，这种系统是利用一台PLC来进行数字化的控制，但是这种控制系统相对应处理的输入输出信息量都是比较小的。第二种是集中控制系统，这种系统也是利用一台PLC，但是它控制着多台的电子装置，而这些电子装置时按照一定的关系进行分布，且分布的距离也一定，这种系统可以进行比单机控制系统稍微复杂的控制，像是流水线操作等。第三种是分布式控制系统，这种系统应用到了多台的PLC装置，且每一台对应一个电子控制系统，这种系统的好处不仅在于处理的信息量大，且任何一台PLC出现故障，由于各个PLC之间的设置时通过信息的，因此不会影响到其他设备的正常运行，可以运用到大型的企业生产中。假如这些PLC和电子装置之间的分布相对较远的化，就可以运用到第四种控制系统，即是远程控制系统，该系统只需要将输入输出的设备放置在需要被控制的设备周围，那么就可以通过电缆等通信设备对这些系统产生的信息进行传输。

2 控制系统的关键技术分析

2.1 总体的设计方案

分析PLC的电气控制的关键技术需要从整个装置系统的组成部分、生产机械的工作性能、结构特点和实际加工情况等各个方面进行逐一的分析和综合的考虑，并在此基础上来考虑控制方式，起动、反向、制动及调速的要求，设置各种联锁及保护装置。针对这个情况，本文如下图2所示对PLC电气控制生产系统流程进行了综合的考虑。

图2 PLC电气控制生产系统流程图

2.2 关键技术分析

如图2所示的系统流程过程中，针对不同的用户需求，会有不同的系统结构，本文选取了如图3所示的笼型异步电动机为例，对几个电控线路设计中能耗制动参数的主要的特征进行了阐述。

图3 笼型异步电动机电路图

2.2.1 笼型异步电动机反接制动电阻的计算

在反接制动时，由于交流电压线圈通常不能串联使用，故三相定子回路各相串联的限流电阻R估算：

在式（1）中，Uj为电动机定子绕组相电压，单位为V；Is为全压起动电流，单位为A；k为系数，当最大反接制动电流Im＞Is肘，取k＝0.13；当Im＜0.5Is时，取k＝1.5。

2.2.2 能耗制动直流电流与电压的计算

直流电流越大，制动效果越好，但过大的电流引起绕组发热，能耗增加，且当磁饱和后对制动转矩的提高也不明显，通常制动直流电流Id按下式进行控制：

其中，IN为电动机额定电流。故在制动时，也可以进一步根据原理得出直流电压Ud。

2.2.3 整流变压器参数计算

由于变压器仅在能耗制动时工作，所以容量允许比长期工作时小。根据制动频繁程度，取计算容量的0.25!0.5倍。

2.2.4 控制变压器的选用

控制变压器从字面上就可以看出主要是用来控制和辅助电路中的电压，从而保证这个系统所需要用的电压保持在正常状态，使用安全可靠。那么在系统中选择哪一个变压器应用到何一种，主要遵从的原则有三条，一是控制变压器无论哪次侧的电压都应与系统中的各种电压保持一致，符合用户的要求，二是在起动时，二次侧的交流电压的器件满足吸合的要求，三是在整个过程中，保证变压器的温度不超过额度的温度。故确定控制变压器容量可以根据公式（3）进行近似：

在公式（3）中，S为控制变压器容量，单位为VA；S1为电磁器件的吸持功率；S2为接触器、继电器起动功率；S3为电磁铁起动功率；K为电磁铁工作行程L与额定行程LN之比的修正系数。当L/LN＝0.5!0.8时，K＝0.7!0.8；当L/LN＝0.85!0.9时，K＝0.85!0.95；当L/LN＝0.9以上时，K=1。

满足上面的要求时，可以保证电器元件的正常工作。式中系数0.25和0.125为经验数据，当电磁铁额定行程小于15mm，额定吸力小于15牛时，系数0.125修正为0.25。系数0.6表示在电压降至60%时，已吸合的电器仍能可靠地保持吸合状态。

但是控制变压器在长期运行之后，温度会进一步提升，这时变压器容量应大于或等于最大工作负荷的功率，即

式中，S1为电磁器件吸持功率（VA）；K1为变压器容量的储备系数，一般K1取1.l!1.25。

2.2.5 熔断器类型与额定电压、电流的选择

熔断器的额度电压和电流与保护电路的电流、电压和负载的性质有着非常紧密的联系，故选择熔断器的应用要根据保护电路的各种特性来进行确定，根据在运行过程中，负载的使用情况、电路的温度以及有无冲击电流来进行一一的确定，根据本文的笼型异步电动机的主要特性，可以将熔断器熔体额定电流按照下面的公式来进行确定：

单台电动机用一个熔断器保护：

多台电动机共用一个熔断器保护：

根据起动的类型不同来进行不同的系数取值，如果为轻载时，那么系数取l.5，因为其起动的时间比较短，如果为重载时，那么系数取2.5，因为起动时间较长。熔断器的额定电流按大于或等于熔体额定电流来选择。

3 结束语

从上面的简述中可以看出，在组建PLC电气控制生产系统要考虑到许多的方面，不仅要求满足工业生产的要求，同时还要兼顾物理设备的功能要求和取值，最终做到整个系统可靠性高、便于维护和使用方便。由于PLC设备的优势功能，在实际的应用中能够很大程度上地提高工作效率，降低故障的发生，应用性很高，故针对这个情况，本文主要介绍了PLC电气控制生产系统主要工艺，从总体结构设计出发，对系统的关键技术进行了详细地分析与研究，为今后PLC电气控制系统的选择提供了有效的科学依据。

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