電氣控制與PLC 應用技術的分析研究

馬超 賈純純 平頂山工業職業技術學院自動化與信息工程學院

電氣控制領域，為了實現自動化控制，早期采用的是繼電器+接觸器的模式，這種控制方法簡單，維護也方便，但是適應性不強，在現在強調智能化的時代背景下，電氣控制當中迫切需求更高效率的自動化控制手段，PLC 則是首選，在工控領域，PLC（即可編程控制器）是非常核心的一種裝備，在具體的控制當中，以傳感器、控制器、通信網絡等來構建出具有實戰意義的物聯網系統，以實現更加具有實效的電氣自動化控制。

一、關于電氣控制與PLC

（一）電氣控制

一般的電氣控制系統，通常被稱為電氣設備二次控制回路，不同的設備之間存在不同的控制回路。對于一次電氣設備而言，要可靠安全地運行，需要很多輔助的電氣設備，這些輔助的電氣設備就構成了二次回路，在這個回路當中能夠實現某項控制功能。

常用的電氣控制系統線路一般來說都有電源供電回路，保護回路，信號回路，自動與手動回路，制動停車回路，自鎖和閉鎖回路這幾個部分。比如說異步電機的控制電路，基本的原理是當電機啟動時，合上電源開關，接通整個控制電路電源，按下電機的啟動按鈕后常開點閉合，接觸器線圈得電可吸合，接在啟動按鈕兩端的輔助常開點同時閉合。在主回路當中，主觸頭閉合使電機接入電源，從而開始運作，二次回路當中啟動按鈕按下后，接觸器線圈得電，線圈的輔助觸點接通后，同時為線圈供電，這就形成了兩路供電，松開啟動按鈕時，盡管開關一路已經斷開，但是線圈依然通過自身的輔助觸點保持給線圈通電，確保電機繼續運轉。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。除開電氣自鎖，還有電氣互鎖。所謂電氣互鎖是將兩個繼電器的常閉觸點接入到另一個繼電器的線圈控制回路當中，這樣一個繼電器得電動作，另一個繼電器則不形成閉合回路，比如電機在正轉時，正轉接觸器的觸點切斷反轉按鈕以及反轉接觸器的電氣通路。

（二）PLC

可編程控制器——PLC 在自動化控制領域當中是核心裝備，其工作原理是在預先設定好的程序下，結合傳感器設備等來實現對現場設備運行狀態信息的實時收集，然后經過CPU 計算后，轉換信號向變頻器發送控制指令，實現調頻，這樣就達到了自動控制的目的，一般情況下，PLC 不出問題，整套控制系統基本上都會按照PLC 的控制程序運行，并且PLC 提供在線診斷功能，可以監視系統的運行。在PLC 的應用當中很關鍵的一個部分在于自動控制參數的選定，在PLC 的控制模式當中，有開關量控制，包括閉環控制和運動控制等，其中開關量控制在PLC 的應用當中是比較常用的一種控制模式，也就是用PLC 來替換掉繼電器，用PLC 來實現邏輯控制。閉環控制也可稱為過程控制或者模擬量控制，這個是PLC 應用當中比較高級的一種模式，他針對的是生產過程當中的一系列的連帶關系的量，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 實現模擬量和數字量之間的轉化來實現控制。運動控制主要針對直線運動和圓周運動，專用的模塊可以實現對異步電機，伺服電機的控制，配上數字控制技術還能實現點位控制。

二、電氣控制與PLC 應用技術的分析

一個非常簡單的電氣控制電路，比如用一個刀閘開關控制電動機的啟動和停車，這個電氣控制電路就非常的簡單，而要實現自動控制，傳統的做法就是加入繼電器、接觸器、各種開關等電器元件，操作人員手動發出控制指令信號實現對電動機的自動控制、保護和監測等功能。相對復雜的自動控制方面，例如，一臺普通的車床在電氣控制當中通常采用的是機械方法來實現調速和反轉傳動，主軸電機實際上沒有電氣調速或者反轉的要求。不過因為在車削時，刀具和工件因為摩擦會產生高溫，需要冷卻，因此通常會配置一個冷卻泵來輸送冷卻液，而傳統的電氣控制當中依靠人工在主軸電機啟動后啟動冷卻泵，這種控制模式是一種順序控制模式。需要人工手動操作開關來實現。結合PLC 的工作原理實際上可以用PLC 來代替傳統的繼電器來實現自動控制。

在具體的應用當中，一般要遵循如下應用思路，要求系統能夠實現設備自動動作，滿足產品加工質量和生產效率要求，確保系統安全、穩定可靠的工作，系統結構要盡可能簡單化，降低成本的同時實現簡單維護，要以提高自動化程度，減輕勞動強度，改善操作性能為目的來進行PLC 的應用，進一步PLC 的選型要按照工藝流程來確定，要分析工藝流程當中的被控制對象，控制過程以及工藝要求，據此來確定輸入輸出設備，確定系統的總體配置。所選設備包括按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器、變頻器、接觸器、電磁閥、指示燈等等。其中要特別注意統計I/O 點數，在PLC 選型當中要根據I/O 點數和20%的余量來預估I/O 點數，并且要以此為基礎，看數字量I/O 點數和模擬量I/O 點數，進而確定存儲器容量，最后再看硬件上需要滿足何種性能，包括運算能力、控制功能、通信功能、診斷功能等。此外需要特別注意的是PLC 的應用當中控制程序是一個關鍵，PLC 要實現科學的自動控制，，務必要做好程序設計，通常需要根據工藝流程來選擇出系統控制流程圖，表明控制的順序和條件，然后在操作面板上進行梯形圖設計，這里邊對操作人員的電氣設計經驗和電氣控制知識的要求比較突出。

例如，真空熱處理設備的電氣自動控制，首先確定工藝流程當中的關鍵點，也就是真空度、加熱和預熱溫度以及加熱時間。核心的控制參數是溫度參數，而且也容易獲取，在PLC 當中，有專用的PID模塊可以實現溫度控制。在具體的應用當中選擇S7 系列的300 型PLC，PID 模塊選擇FB58，人機界面則是能夠兼容S7 系列的面板，在系統工作當中，在面板設定觀測數據并轉化為指令發送給PLC，同時讀取PLC 的數據，PLC 在系統當中是主控中心，加熱控制晶閘調壓閥，針對真空熱處理設備進行加熱，同時收集溫度值，反饋給PLC后上傳到人機界面。程序設計當中參考博圖V13，語言為SCL，程序當中要求包括加熱實際溫度啟動程序，加熱過程溫度計算，PID 模塊程序，段插入程序，刪除程序和跳段程序，其中重點就是PID 程序，要求使用周期100ms，循環態，中斷性為零，確保PID 控制精確性。

三、結束語

綜上所述，電氣控制領域當中傳統的控制模式在于繼電器、接觸器和各種控制開關，實際在這種控制模式下屬于半自動控制，需要有人工的干預，在微電子技術的帶動下，PLC 的應用能夠實現全自動化的控制，效率更高，也是目前工控領域的重點，因此在本文當中重點分析了PLC 的應用技術，可能存在不足，但希望有一定參考價值，