电气控制与PLC 应用技术的分析研究

马超 贾纯纯 平顶山工业职业技术学院自动化与信息工程学院

电气控制领域，为了实现自动化控制，早期采用的是继电器+接触器的模式，这种控制方法简单，维护也方便，但是适应性不强，在现在强调智能化的时代背景下，电气控制当中迫切需求更高效率的自动化控制手段，PLC 则是首选，在工控领域，PLC（即可编程控制器）是非常核心的一种装备，在具体的控制当中，以传感器、控制器、通信网络等来构建出具有实战意义的物联网系统，以实现更加具有实效的电气自动化控制。

一、关于电气控制与PLC

（一）电气控制

一般的电气控制系统，通常被称为电气设备二次控制回路，不同的设备之间存在不同的控制回路。对于一次电气设备而言，要可靠安全地运行，需要很多辅助的电气设备，这些辅助的电气设备就构成了二次回路，在这个回路当中能够实现某项控制功能。

常用的电气控制系统线路一般来说都有电源供电回路，保护回路，信号回路，自动与手动回路，制动停车回路，自锁和闭锁回路这几个部分。比如说异步电机的控制电路，基本的原理是当电机启动时，合上电源开关，接通整个控制电路电源，按下电机的启动按钮后常开点闭合，接触器线圈得电可吸合，接在启动按钮两端的辅助常开点同时闭合。在主回路当中，主触头闭合使电机接入电源，从而开始运作，二次回路当中启动按钮按下后，接触器线圈得电，线圈的辅助触点接通后，同时为线圈供电，这就形成了两路供电，松开启动按钮时，尽管开关一路已经断开，但是线圈依然通过自身的辅助触点保持给线圈通电，确保电机继续运转。这种原理下的电气控制回路一般称为自锁电路，或者接触器自锁，或者电气自锁。除开电气自锁，还有电气互锁。所谓电气互锁是将两个继电器的常闭触点接入到另一个继电器的线圈控制回路当中，这样一个继电器得电动作，另一个继电器则不形成闭合回路，比如电机在正转时，正转接触器的触点切断反转按钮以及反转接触器的电气通路。

（二）PLC

可编程控制器——PLC 在自动化控制领域当中是核心装备，其工作原理是在预先设定好的程序下，结合传感器设备等来实现对现场设备运行状态信息的实时收集，然后经过CPU 计算后，转换信号向变频器发送控制指令，实现调频，这样就达到了自动控制的目的，一般情况下，PLC 不出问题，整套控制系统基本上都会按照PLC 的控制程序运行，并且PLC 提供在线诊断功能，可以监视系统的运行。在PLC 的应用当中很关键的一个部分在于自动控制参数的选定，在PLC 的控制模式当中，有开关量控制，包括闭环控制和运动控制等，其中开关量控制在PLC 的应用当中是比较常用的一种控制模式，也就是用PLC 来替换掉继电器，用PLC 来实现逻辑控制。闭环控制也可称为过程控制或者模拟量控制，这个是PLC 应用当中比较高级的一种模式，他针对的是生产过程当中的一系列的连带关系的量，如温度、速度等，这些通常被称为模拟量，PLC 利用A/D 或者D/A 实现模拟量和数字量之间的转化来实现控制。运动控制主要针对直线运动和圆周运动，专用的模块可以实现对异步电机，伺服电机的控制，配上数字控制技术还能实现点位控制。

二、电气控制与PLC 应用技术的分析

一个非常简单的电气控制电路，比如用一个刀闸开关控制电动机的启动和停车，这个电气控制电路就非常的简单，而要实现自动控制，传统的做法就是加入继电器、接触器、各种开关等电器元件，操作人员手动发出控制指令信号实现对电动机的自动控制、保护和监测等功能。相对复杂的自动控制方面，例如，一台普通的车床在电气控制当中通常采用的是机械方法来实现调速和反转传动，主轴电机实际上没有电气调速或者反转的要求。不过因为在车削时，刀具和工件因为摩擦会产生高温，需要冷却，因此通常会配置一个冷却泵来输送冷却液，而传统的电气控制当中依靠人工在主轴电机启动后启动冷却泵，这种控制模式是一种顺序控制模式。需要人工手动操作开关来实现。结合PLC 的工作原理实际上可以用PLC 来代替传统的继电器来实现自动控制。

在具体的应用当中，一般要遵循如下应用思路，要求系统能够实现设备自动动作，满足产品加工质量和生产效率要求，确保系统安全、稳定可靠的工作，系统结构要尽可能简单化，降低成本的同时实现简单维护，要以提高自动化程度，减轻劳动强度，改善操作性能为目的来进行PLC 的应用，进一步PLC 的选型要按照工艺流程来确定，要分析工艺流程当中的被控制对象，控制过程以及工艺要求，据此来确定输入输出设备，确定系统的总体配置。所选设备包括按钮、选择开关、行程开关、传感器、变频器、接触器、电磁阀、指示灯等等。其中要特别注意统计I/O 点数，在PLC 选型当中要根据I/O 点数和20%的余量来预估I/O 点数，并且要以此为基础，看数字量I/O 点数和模拟量I/O 点数，进而确定存储器容量，最后再看硬件上需要满足何种性能，包括运算能力、控制功能、通信功能、诊断功能等。此外需要特别注意的是PLC 的应用当中控制程序是一个关键，PLC 要实现科学的自动控制，，务必要做好程序设计，通常需要根据工艺流程来选择出系统控制流程图，表明控制的顺序和条件，然后在操作面板上进行梯形图设计，这里边对操作人员的电气设计经验和电气控制知识的要求比较突出。

例如，真空热处理设备的电气自动控制，首先确定工艺流程当中的关键点，也就是真空度、加热和预热温度以及加热时间。核心的控制参数是温度参数，而且也容易获取，在PLC 当中，有专用的PID模块可以实现温度控制。在具体的应用当中选择S7 系列的300 型PLC，PID 模块选择FB58，人机界面则是能够兼容S7 系列的面板，在系统工作当中，在面板设定观测数据并转化为指令发送给PLC，同时读取PLC 的数据，PLC 在系统当中是主控中心，加热控制晶闸调压阀，针对真空热处理设备进行加热，同时收集温度值，反馈给PLC后上传到人机界面。程序设计当中参考博图V13，语言为SCL，程序当中要求包括加热实际温度启动程序，加热过程温度计算，PID 模块程序，段插入程序，删除程序和跳段程序，其中重点就是PID 程序，要求使用周期100ms，循环态，中断性为零，确保PID 控制精确性。

三、结束语

综上所述，电气控制领域当中传统的控制模式在于继电器、接触器和各种控制开关，实际在这种控制模式下属于半自动控制，需要有人工的干预，在微电子技术的带动下，PLC 的应用能够实现全自动化的控制，效率更高，也是目前工控领域的重点，因此在本文当中重点分析了PLC 的应用技术，可能存在不足，但希望有一定参考价值，