谈谈常用电气控制技术

刘克明

摘    要： 随着人们对生产过程自动化水平的要求越来越高，传统的继电器接触器控制系统已不能满足人们的要求，可编程序控制器的产生与广泛应用使得电气控制技术有了很大的发展，并有逐步取代继电器接触器控制系统的趋势。

关键词： 可编程序控制器    自动控制    可靠性    工作精度

1.传统的继电器、接触器控制系统

现代化生产和工程施工控制的主要方式有机械控制、电气控制、液压控制、气动控制或上述几种控制的配合使用。在电气控制技术方面，最初主要是继电器接触器控制。电气控制具有结构简单、造价低廉等许多优点，使得电气控制技术曾经成为设备控制的首选方式。随着人们对生产过程自动化水平的要求越来越高，发现一些继电器接触器控制电路的不足，这种控制系统有以下缺点。

（1）电路连接复杂、体积庞大、耗电量大，耗费大量的自然资源，如铜铝制成的电线等。

（2）难满足柔性制造的要求，对生产工艺适应性差。如生产工艺发生变化时，控制系统必须相应地改变连接电路和增减相关的电器元件，并重新调试，此过程浪费大量的时间、人力和财力。

（3）灵活性和可扩展性较差。电器元件的物理接触数量有限，如一般的继电器最多只有4对触点，一旦控制逻辑关系稍微复杂一点，触点数量就不够用了，必须增加过渡用的中间继电器。

（4）可靠性差，维修维护困难。在继电器控制电路中使用了大量的机械触点，机械触点寿命有限，易被电弧损坏，从而造成系统误动作。触点间用大量的电线连接，难以查找、排除故障。

（5）控制系统响应速度、工作频率不高。继电器和接触器的触点导通、断开的机械滞后时间一般是几十至上百毫秒，不适合响应要求，动作频率高的场合。

（6）控制系统工作精度不高。有些电器如时间继电器等，会受环境因素的影响，精度不高。

因此，人们对控制系统提出了易设计调试、易扩展、更通用、更可靠、更经济的要求。

2.可编程序控制器的特点

1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程序控制器——PLC（PLD—14型），并成功地应用在通用汽车公司的生产线上。PLC作为一种电子式控制器，既具有继电器、接触器控制系统方便易用的特点，又有计算机类设备的软件编程、计算能力强等特点，开创了工业控制新纪元。从此，可编程序控制器这一新的控制技术迅速发展起来。可编程序控制器的特点如下。

（1）可靠性高，抗干扰能力强。

在设计和制造PLC时，就已经着重强化了其抗干扰能力和耐环境性。在PLC内部，硬件方面采取了屏蔽电磁干扰、I/O光电隔离、滤波、电压调整、自诊断电路等措施，严格筛选元器件并采用大规模集成电路技术和先进的生产制造工艺;在PLC的外部控制电路方面，PLC构成的控制系统和继电器、接触器控制系统相比，连接电线和接点能减少90%以上，故障率因此大大降低。

（2）编程简单，易学易用。

设计PLC时，就已经考虑到它的使用人员主要是电气工程技术人员，因此PLC一般都支持梯形图编程语言。梯形图编程语言的图形符号与表达方式和继电器控制器控制电路非常相似，表达电路原理清晰直观，非常方便操作人员学习和编程使用。

（3）减少设计、施工的工作量，易于维修维护。

PLC用软件逻辑取代继电器的硬接线逻辑，能大量减少控制电路的外部连线;PLC的自诊断报警、故障信息提示等功能能帮助操作人员维护维修控制系统;当控制工艺变化时，不改变控制电路硬件，只需修改用户程序就能适应工艺变化，有利于实现柔性制造。

（4）体积小、重量轻、功耗低。

PLC与继电器控制电路相比，体积减小95%以上，功耗减少70%以上。由于体积小、功耗低、抗干扰能力强，易于安装在机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

（5）产品线全，功能完善，通用性强。

PLC发展至今，各种规模、结构、品牌的产品线都非常齐全。除了逻辑处理功能以外，PLC还具有数字运算、定时、计数、通信等功能，还能提供位置控制、温度控制、模拟量、高速计数、通信联网等各种模块让用户选用，满足控制系统的各种要求。

3.可编程序控制器与传统继电接触器控制的区别

PLC与继电接触器控制系统的主要区别之一就是工作方式不同。继电接触器控制按“并行”方式工作，也就是说，同时执行的方式工作，只要形成电流通路，就可能有几个继电器同时动作。而PLC是以反复扫描的方式工作的，它是循环地连续逐条执行程序，任意时刻只能执行一条指令，也就是说，PLC是以“串行”方式工作的。这种串行工作方式可以避免继电接触器控制的触点竞争和时序失配问题。

4.PLC的应用领域和发展前景

PLC的应用领域很广，主要有以下方面的应用。

（1）顺序控制——PLC的顺序控制取代了传统的继电器﹑接触器顺序控制系统，是PLC最早、最广泛的应用。

（2）闭环过程控制——PLC通過模拟量输入模块，把温度、速度、压力、位置等连续变化的模拟量转化为数字量，在PLC内进行控制运算，并用模拟量输出模块把数字量运算结果以电压、电流形式输出去控制外部设备，这一运算、控制过程就是模拟量的闭环控制。实际应用时，配合PLD（比例﹑积分、微分）算法，能实现对控制过程中某些物理量的稳定、精确的闭环控制。

（3）数据处理——现代PLC具有很强的数据处理能力，能实现数据采集、分析和处理等功能。它不仅能实现四则运算、函数运算、字逻辑运算、浮点数运算等数字运算功能，还有数据传送、数据转换、数据比较、数据显示、查表排序等功能。

（4）通信和网络——目前大多数PLC都有通信联网功能。PLC能以通信方式和其他智能控制设备（如变频器﹑运动控制器、智能仪表等）配合使用，可以节约成本，提高控制水平。PLC还能组成网络﹑控制远程I/O、执行和上位计算机的数据通信任务，实现“集中管理、分散控制”的多级分布控制方式，提高工厂自动化水平。

目前可编程序控制器已广泛应用于冶金、石油化工、食品加工、汽车制造、机床、纺织、环保等行业。长远来看，PLC会有更好的应用和发展前景。

从控制点数规模、产品系列、性能价格比方面看，其会同时向超小型微型和巨型两个方向发展;特殊功能模块、产品规格系列会更多、更全，周边相关产品线也会越来越丰富;性价比越来越高，能更恰当而不浪费地满足控制系统的要求。

从技术发展、通信联网功能发展方向看，新集成电路技术、计算机技术等都会推动可编程序控制器在设计和制造工艺上的不断进步，各生产厂家会持续开发出运行更快、容量更大、功能更强、更智能化的PLC;PLC网络、现场总线、工业以太网也已成为可编程序控制器重要的技术发展方向，随计算机通信技术的发展，PLC作为自动控制系统的核心组成部分，将在生产控制和生产管理等方面发挥越来越大的作用。

随着微处理器构成的微机化，PLC在概念、设计、性能价格比及应用方面都有新的突破。它不仅控制性能增强，功耗、体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更灵活方便，而且远程I/O和通信网络、数据处理图像显示的发展，已经使PLC用于连续生产过程，成为实现生产自动化的一大支柱。可见，PLC在自动控制应用中的发展前景是广阔的，不可估量。

参考文献：

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