馬超 賈純純 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化與信息工程學(xué)院

電氣控制領(lǐng)域，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，早期采用的是繼電器+接觸器的模式，這種控制方法簡(jiǎn)單，維護(hù)也方便，但是適應(yīng)性不強(qiáng)，在現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)智能化的時(shí)代背景下，電氣控制當(dāng)中迫切需求更高效率的自動(dòng)化控制手段，PLC 則是首選，在工控領(lǐng)域，PLC（即可編程控制器）是非常核心的一種裝備，在具體的控制當(dāng)中，以傳感器、控制器、通信網(wǎng)絡(luò)等來(lái)構(gòu)建出具有實(shí)戰(zhàn)意義的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)更加具有實(shí)效的電氣自動(dòng)化控制。

一、關(guān)于電氣控制與PLC

（一）電氣控制

一般的電氣控制系統(tǒng)，通常被稱為電氣設(shè)備二次控制回路，不同的設(shè)備之間存在不同的控制回路。對(duì)于一次電氣設(shè)備而言，要可靠安全地運(yùn)行，需要很多輔助的電氣設(shè)備，這些輔助的電氣設(shè)備就構(gòu)成了二次回路，在這個(gè)回路當(dāng)中能夠?qū)崿F(xiàn)某項(xiàng)控制功能。

常用的電氣控制系統(tǒng)線路一般來(lái)說(shuō)都有電源供電回路，保護(hù)回路，信號(hào)回路，自動(dòng)與手動(dòng)回路，制動(dòng)停車回路，自鎖和閉鎖回路這幾個(gè)部分。比如說(shuō)異步電機(jī)的控制電路，基本的原理是當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，合上電源開(kāi)關(guān)，接通整個(gè)控制電路電源，按下電機(jī)的啟動(dòng)按鈕后常開(kāi)點(diǎn)閉合，接觸器線圈得電可吸合，接在啟動(dòng)按鈕兩端的輔助常開(kāi)點(diǎn)同時(shí)閉合。在主回路當(dāng)中，主觸頭閉合使電機(jī)接入電源，從而開(kāi)始運(yùn)作，二次回路當(dāng)中啟動(dòng)按鈕按下后，接觸器線圈得電，線圈的輔助觸點(diǎn)接通后，同時(shí)為線圈供電，這就形成了兩路供電，松開(kāi)啟動(dòng)按鈕時(shí)，盡管開(kāi)關(guān)一路已經(jīng)斷開(kāi)，但是線圈依然通過(guò)自身的輔助觸點(diǎn)保持給線圈通電，確保電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種原理下的電氣控制回路一般稱為自鎖電路，或者接觸器自鎖，或者電氣自鎖。除開(kāi)電氣自鎖，還有電氣互鎖。所謂電氣互鎖是將兩個(gè)繼電器的常閉觸點(diǎn)接入到另一個(gè)繼電器的線圈控制回路當(dāng)中，這樣一個(gè)繼電器得電動(dòng)作，另一個(gè)繼電器則不形成閉合回路，比如電機(jī)在正轉(zhuǎn)時(shí)，正轉(zhuǎn)接觸器的觸點(diǎn)切斷反轉(zhuǎn)按鈕以及反轉(zhuǎn)接觸器的電氣通路。

（二）PLC

可編程控制器——PLC 在自動(dòng)化控制領(lǐng)域當(dāng)中是核心裝備，其工作原理是在預(yù)先設(shè)定好的程序下，結(jié)合傳感器設(shè)備等來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)收集，然后經(jīng)過(guò)CPU 計(jì)算后，轉(zhuǎn)換信號(hào)向變頻器發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，這樣就達(dá)到了自動(dòng)控制的目的，一般情況下，PLC 不出問(wèn)題，整套控制系統(tǒng)基本上都會(huì)按照PLC 的控制程序運(yùn)行，并且PLC 提供在線診斷功能，可以監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行。在PLC 的應(yīng)用當(dāng)中很關(guān)鍵的一個(gè)部分在于自動(dòng)控制參數(shù)的選定，在PLC 的控制模式當(dāng)中，有開(kāi)關(guān)量控制，包括閉環(huán)控制和運(yùn)動(dòng)控制等，其中開(kāi)關(guān)量控制在PLC 的應(yīng)用當(dāng)中是比較常用的一種控制模式，也就是用PLC 來(lái)替換掉繼電器，用PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制。閉環(huán)控制也可稱為過(guò)程控制或者模擬量控制，這個(gè)是PLC 應(yīng)用當(dāng)中比較高級(jí)的一種模式，他針對(duì)的是生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中的一系列的連帶關(guān)系的量，如溫度、速度等，這些通常被稱為模擬量，PLC 利用A/D 或者D/A 實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。運(yùn)動(dòng)控制主要針對(duì)直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)，專用的模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)，伺服電機(jī)的控制，配上數(shù)字控制技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制。

二、電氣控制與PLC 應(yīng)用技術(shù)的分析

一個(gè)非常簡(jiǎn)單的電氣控制電路，比如用一個(gè)刀閘開(kāi)關(guān)控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停車，這個(gè)電氣控制電路就非常的簡(jiǎn)單，而要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，傳統(tǒng)的做法就是加入繼電器、接觸器、各種開(kāi)關(guān)等電器元件，操作人員手動(dòng)發(fā)出控制指令信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制、保護(hù)和監(jiān)測(cè)等功能。相對(duì)復(fù)雜的自動(dòng)控制方面，例如，一臺(tái)普通的車床在電氣控制當(dāng)中通常采用的是機(jī)械方法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速和反轉(zhuǎn)傳動(dòng)，主軸電機(jī)實(shí)際上沒(méi)有電氣調(diào)速或者反轉(zhuǎn)的要求。不過(guò)因?yàn)樵谲囅鲿r(shí)，刀具和工件因?yàn)槟Σ習(xí)a(chǎn)生高溫，需要冷卻，因此通常會(huì)配置一個(gè)冷卻泵來(lái)輸送冷卻液，而傳統(tǒng)的電氣控制當(dāng)中依靠人工在主軸電機(jī)啟動(dòng)后啟動(dòng)冷卻泵，這種控制模式是一種順序控制模式。需要人工手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。結(jié)合PLC 的工作原理實(shí)際上可以用PLC 來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

在具體的應(yīng)用當(dāng)中，一般要遵循如下應(yīng)用思路，要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備自動(dòng)動(dòng)作，滿足產(chǎn)品加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率要求，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定可靠的工作，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要盡可能簡(jiǎn)單化，降低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單維護(hù)，要以提高自動(dòng)化程度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善操作性能為目的來(lái)進(jìn)行PLC 的應(yīng)用，進(jìn)一步PLC 的選型要按照工藝流程來(lái)確定，要分析工藝流程當(dāng)中的被控制對(duì)象，控制過(guò)程以及工藝要求，據(jù)此來(lái)確定輸入輸出設(shè)備，確定系統(tǒng)的總體配置。所選設(shè)備包括按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、傳感器、變頻器、接觸器、電磁閥、指示燈等等。其中要特別注意統(tǒng)計(jì)I/O 點(diǎn)數(shù)，在PLC 選型當(dāng)中要根據(jù)I/O 點(diǎn)數(shù)和20%的余量來(lái)預(yù)估I/O 點(diǎn)數(shù)，并且要以此為基礎(chǔ)，看數(shù)字量I/O 點(diǎn)數(shù)和模擬量I/O 點(diǎn)數(shù)，進(jìn)而確定存儲(chǔ)器容量，最后再看硬件上需要滿足何種性能，包括運(yùn)算能力、控制功能、通信功能、診斷功能等。此外需要特別注意的是PLC 的應(yīng)用當(dāng)中控制程序是一個(gè)關(guān)鍵，PLC 要實(shí)現(xiàn)科學(xué)的自動(dòng)控制，，務(wù)必要做好程序設(shè)計(jì)，通常需要根據(jù)工藝流程來(lái)選擇出系統(tǒng)控制流程圖，表明控制的順序和條件，然后在操作面板上進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì)，這里邊對(duì)操作人員的電氣設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和電氣控制知識(shí)的要求比較突出。

例如，真空熱處理設(shè)備的電氣自動(dòng)控制，首先確定工藝流程當(dāng)中的關(guān)鍵點(diǎn)，也就是真空度、加熱和預(yù)熱溫度以及加熱時(shí)間。核心的控制參數(shù)是溫度參數(shù)，而且也容易獲取，在PLC 當(dāng)中，有專用的PID模塊可以實(shí)現(xiàn)溫度控制。在具體的應(yīng)用當(dāng)中選擇S7 系列的300 型PLC，PID 模塊選擇FB58，人機(jī)界面則是能夠兼容S7 系列的面板，在系統(tǒng)工作當(dāng)中，在面板設(shè)定觀測(cè)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為指令發(fā)送給PLC，同時(shí)讀取PLC 的數(shù)據(jù)，PLC 在系統(tǒng)當(dāng)中是主控中心，加熱控制晶閘調(diào)壓閥，針對(duì)真空熱處理設(shè)備進(jìn)行加熱，同時(shí)收集溫度值，反饋給PLC后上傳到人機(jī)界面。程序設(shè)計(jì)當(dāng)中參考博圖V13，語(yǔ)言為SCL，程序當(dāng)中要求包括加熱實(shí)際溫度啟動(dòng)程序，加熱過(guò)程溫度計(jì)算，PID 模塊程序，段插入程序，刪除程序和跳段程序，其中重點(diǎn)就是PID 程序，要求使用周期100ms，循環(huán)態(tài)，中斷性為零，確保PID 控制精確性。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電氣控制領(lǐng)域當(dāng)中傳統(tǒng)的控制模式在于繼電器、接觸器和各種控制開(kāi)關(guān)，實(shí)際在這種控制模式下屬于半自動(dòng)控制，需要有人工的干預(yù)，在微電子技術(shù)的帶動(dòng)下，PLC 的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)化的控制，效率更高，也是目前工控領(lǐng)域的重點(diǎn)，因此在本文當(dāng)中重點(diǎn)分析了PLC 的應(yīng)用技術(shù)，可能存在不足，但希望有一定參考價(jià)值，