劉克明

摘 ? ?要： 隨著人們對(duì)生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平的要求越來越高，傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)已不能滿足人們的要求，可編程序控制器的產(chǎn)生與廣泛應(yīng)用使得電氣控制技術(shù)有了很大的發(fā)展，并有逐步取代繼電器接觸器控制系統(tǒng)的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 可編程序控制器 ? ?自動(dòng)控制 ? ?可靠性 ? ?工作精度

1.傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制系統(tǒng)

現(xiàn)代化生產(chǎn)和工程施工控制的主要方式有機(jī)械控制、電氣控制、液壓控制、氣動(dòng)控制或上述幾種控制的配合使用。在電氣控制技術(shù)方面，最初主要是繼電器接觸器控制。電氣控制具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉等許多優(yōu)點(diǎn)，使得電氣控制技術(shù)曾經(jīng)成為設(shè)備控制的首選方式。隨著人們對(duì)生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平的要求越來越高，發(fā)現(xiàn)一些繼電器接觸器控制電路的不足，這種控制系統(tǒng)有以下缺點(diǎn)。

（1）電路連接復(fù)雜、體積龐大、耗電量大，耗費(fèi)大量的自然資源，如銅鋁制成的電線等。

（2）難滿足柔性制造的要求，對(duì)生產(chǎn)工藝適應(yīng)性差。如生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)必須相應(yīng)地改變連接電路和增減相關(guān)的電器元件，并重新調(diào)試，此過程浪費(fèi)大量的時(shí)間、人力和財(cái)力。

（3）靈活性和可擴(kuò)展性較差。電器元件的物理接觸數(shù)量有限，如一般的繼電器最多只有4對(duì)觸點(diǎn)，一旦控制邏輯關(guān)系稍微復(fù)雜一點(diǎn)，觸點(diǎn)數(shù)量就不夠用了，必須增加過渡用的中間繼電器。

（4）可靠性差，維修維護(hù)困難。在繼電器控制電路中使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，機(jī)械觸點(diǎn)壽命有限，易被電弧損壞，從而造成系統(tǒng)誤動(dòng)作。觸點(diǎn)間用大量的電線連接，難以查找、排除故障。

（5）控制系統(tǒng)響應(yīng)速度、工作頻率不高。繼電器和接觸器的觸點(diǎn)導(dǎo)通、斷開的機(jī)械滯后時(shí)間一般是幾十至上百毫秒，不適合響應(yīng)要求，動(dòng)作頻率高的場(chǎng)合。

（6）控制系統(tǒng)工作精度不高。有些電器如時(shí)間繼電器等，會(huì)受環(huán)境因素的影響，精度不高。

因此，人們對(duì)控制系統(tǒng)提出了易設(shè)計(jì)調(diào)試、易擴(kuò)展、更通用、更可靠、更經(jīng)濟(jì)的要求。

2.可編程序控制器的特點(diǎn)

1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器——PLC（PLD—14型），并成功地應(yīng)用在通用汽車公司的生產(chǎn)線上。PLC作為一種電子式控制器，既具有繼電器、接觸器控制系統(tǒng)方便易用的特點(diǎn)，又有計(jì)算機(jī)類設(shè)備的軟件編程、計(jì)算能力強(qiáng)等特點(diǎn)，開創(chuàng)了工業(yè)控制新紀(jì)元。從此，可編程序控制器這一新的控制技術(shù)迅速發(fā)展起來?？删幊绦蚩刂破鞯奶攸c(diǎn)如下。

（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。

在設(shè)計(jì)和制造PLC時(shí)，就已經(jīng)著重強(qiáng)化了其抗干擾能力和耐環(huán)境性。在PLC內(nèi)部，硬件方面采取了屏蔽電磁干擾、I/O光電隔離、濾波、電壓調(diào)整、自診斷電路等措施，嚴(yán)格篩選元器件并采用大規(guī)模集成電路技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝;在PLC的外部控制電路方面，PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)和繼電器、接觸器控制系統(tǒng)相比，連接電線和接點(diǎn)能減少90%以上，故障率因此大大降低。

（2）編程簡單，易學(xué)易用。

設(shè)計(jì)PLC時(shí)，就已經(jīng)考慮到它的使用人員主要是電氣工程技術(shù)人員，因此PLC一般都支持梯形圖編程語言。梯形圖編程語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器控制器控制電路非常相似，表達(dá)電路原理清晰直觀，非常方便操作人員學(xué)習(xí)和編程使用。

（3）減少設(shè)計(jì)、施工的工作量，易于維修維護(hù)。

PLC用軟件邏輯取代繼電器的硬接線邏輯，能大量減少控制電路的外部連線;PLC的自診斷報(bào)警、故障信息提示等功能能幫助操作人員維護(hù)維修控制系統(tǒng);當(dāng)控制工藝變化時(shí)，不改變控制電路硬件，只需修改用戶程序就能適應(yīng)工藝變化，有利于實(shí)現(xiàn)柔性制造。

（4）體積小、重量輕、功耗低。

PLC與繼電器控制電路相比，體積減小95%以上，功耗減少70%以上。由于體積小、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)，易于安裝在機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。

（5）產(chǎn)品線全，功能完善，通用性強(qiáng)。

PLC發(fā)展至今，各種規(guī)模、結(jié)構(gòu)、品牌的產(chǎn)品線都非常齊全。除了邏輯處理功能以外，PLC還具有數(shù)字運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、通信等功能，還能提供位置控制、溫度控制、模擬量、高速計(jì)數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)等各種模塊讓用戶選用，滿足控制系統(tǒng)的各種要求。

3.可編程序控制器與傳統(tǒng)繼電接觸器控制的區(qū)別

PLC與繼電接觸器控制系統(tǒng)的主要區(qū)別之一就是工作方式不同。繼電接觸器控制按“并行”方式工作，也就是說，同時(shí)執(zhí)行的方式工作，只要形成電流通路，就可能有幾個(gè)繼電器同時(shí)動(dòng)作。而PLC是以反復(fù)掃描的方式工作的，它是循環(huán)地連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任意時(shí)刻只能執(zhí)行一條指令，也就是說，PLC是以“串行”方式工作的。這種串行工作方式可以避免繼電接觸器控制的觸點(diǎn)競(jìng)爭和時(shí)序失配問題。

4.PLC的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景

PLC的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，主要有以下方面的應(yīng)用。

（1）順序控制——PLC的順序控制取代了傳統(tǒng)的繼電器﹑接觸器順序控制系統(tǒng)，是PLC最早、最廣泛的應(yīng)用。

（2）閉環(huán)過程控制——PLC通過模擬量輸入模塊，把溫度、速度、壓力、位置等連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，在PLC內(nèi)進(jìn)行控制運(yùn)算，并用模擬量輸出模塊把數(shù)字量運(yùn)算結(jié)果以電壓、電流形式輸出去控制外部設(shè)備，這一運(yùn)算、控制過程就是模擬量的閉環(huán)控制。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，配合PLD（比例﹑積分、微分）算法，能實(shí)現(xiàn)對(duì)控制過程中某些物理量的穩(wěn)定、精確的閉環(huán)控制。

（3）數(shù)據(jù)處理——現(xiàn)代PLC具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析和處理等功能。它不僅能實(shí)現(xiàn)四則運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、字邏輯運(yùn)算、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算等數(shù)字運(yùn)算功能，還有數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)顯示、查表排序等功能。

（4）通信和網(wǎng)絡(luò)——目前大多數(shù)PLC都有通信聯(lián)網(wǎng)功能。PLC能以通信方式和其他智能控制設(shè)備（如變頻器﹑運(yùn)動(dòng)控制器、智能儀表等）配合使用，可以節(jié)約成本，提高控制水平。PLC還能組成網(wǎng)絡(luò)﹑控制遠(yuǎn)程I/O、執(zhí)行和上位計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信任務(wù)，實(shí)現(xiàn)“集中管理、分散控制”的多級(jí)分布控制方式，提高工廠自動(dòng)化水平。

目前可編程序控制器已廣泛應(yīng)用于冶金、石油化工、食品加工、汽車制造、機(jī)床、紡織、環(huán)保等行業(yè)。長遠(yuǎn)來看，PLC會(huì)有更好的應(yīng)用和發(fā)展前景。

從控制點(diǎn)數(shù)規(guī)模、產(chǎn)品系列、性能價(jià)格比方面看，其會(huì)同時(shí)向超小型微型和巨型兩個(gè)方向發(fā)展;特殊功能模塊、產(chǎn)品規(guī)格系列會(huì)更多、更全，周邊相關(guān)產(chǎn)品線也會(huì)越來越豐富;性價(jià)比越來越高，能更恰當(dāng)而不浪費(fèi)地滿足控制系統(tǒng)的要求。

從技術(shù)發(fā)展、通信聯(lián)網(wǎng)功能發(fā)展方向看，新集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等都會(huì)推動(dòng)可編程序控制器在設(shè)計(jì)和制造工藝上的不斷進(jìn)步，各生產(chǎn)廠家會(huì)持續(xù)開發(fā)出運(yùn)行更快、容量更大、功能更強(qiáng)、更智能化的PLC;PLC網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)也已成為可編程序控制器重要的技術(shù)發(fā)展方向，隨計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展，PLC作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心組成部分，將在生產(chǎn)控制和生產(chǎn)管理等方面發(fā)揮越來越大的作用。

隨著微處理器構(gòu)成的微機(jī)化，PLC在概念、設(shè)計(jì)、性能價(jià)格比及應(yīng)用方面都有新的突破。它不僅控制性能增強(qiáng)，功耗、體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更靈活方便，而且遠(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理圖像顯示的發(fā)展，已經(jīng)使PLC用于連續(xù)生產(chǎn)過程，成為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱。可見，PLC在自動(dòng)控制應(yīng)用中的發(fā)展前景是廣闊的，不可估量。

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