PLC控制對(duì)傳統(tǒng)繼電控制技術(shù)的改造

胡光良

（廣西南寧技師學(xué)院 廣西·南寧 530001）

1 控制繼電器存在的缺點(diǎn)

今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，也隨之帶來(lái)一些問(wèn)題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是在長(zhǎng)期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。再者，對(duì)一個(gè)具體使用的裝有上百個(gè)繼電器的設(shè)備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負(fù)荷運(yùn)載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡(jiǎn)單的改動(dòng)，也需要花費(fèi)大量時(shí)間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。

2 可編程序控制器的功能

可編程控制器以體積小功能強(qiáng)大所著稱，它不但可以很容易地完成順序邏輯、運(yùn)動(dòng)控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過(guò)輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。特別是現(xiàn)在，由于信息、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，擴(kuò)展了PLC的功能，使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。

2.1 順序控制

順序控制是PLC最基本、應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。它主要是根據(jù)操作按鈕、限位開(kāi)關(guān)及其它現(xiàn)場(chǎng)給來(lái)的指令信號(hào)和傳感器信號(hào)，控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而達(dá)到了自動(dòng)化生產(chǎn)線控制。比較典型應(yīng)用在自動(dòng)電梯的控制、管道上電磁伐的自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉、皮帶運(yùn)輸機(jī)的順序啟動(dòng)等。例如我分廠的原料混料系統(tǒng)就是利用了 PLC的順序控制功能。

2.2 閉環(huán)過(guò)程控制

以往對(duì)于過(guò)程控制的模擬量均采用硬件電路構(gòu)成的PID模擬調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)、閉環(huán)控制。而現(xiàn)在完全可以采用PLC控制系統(tǒng)，選用模擬量控制模塊，其功能由軟件完成，系統(tǒng)的精度由位數(shù)決定，不受元件影響，因而可靠性更高，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和先進(jìn)的控制方法，可以同時(shí)控制多個(gè)控制回路和多個(gè)控制參數(shù)。例如生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、流量、壓力、速度等。

2.3 運(yùn)動(dòng)位置控制

PLC可以支持?jǐn)?shù)控機(jī)床的控制和管理，在機(jī)械加工行業(yè)，可編程控制器與計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)位置控制，它的功能是接受輸入裝置輸入的加工信息，經(jīng)處理與計(jì)算，發(fā)出相應(yīng)的脈沖給驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，使機(jī)床按預(yù)定的軌道運(yùn)動(dòng)，以完成多軸伺服電機(jī)的自控。目前以用于控制無(wú)心磨削、沖壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削摸削等應(yīng)用中。

2.4 網(wǎng)絡(luò)特性

PLC可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)PLC之間或多臺(tái)PLC與一臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通訊聯(lián)網(wǎng)要求，從而組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，構(gòu)成工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。（1）通過(guò)通訊模塊、上位機(jī)以及相應(yīng)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控。（2）通過(guò)調(diào)制解調(diào)器和公用電話網(wǎng)與遠(yuǎn)程客戶端計(jì)算機(jī)相連，從而使管理者可通過(guò)電話線對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控。

3 PLC與繼電器接觸器控制系統(tǒng)的比較

3.1 繼電接觸器控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)起、制動(dòng)控制方式一般有四種，即定子回路串電阻起動(dòng)，Y/△起動(dòng)，自耦變壓器起動(dòng)和延邊三角形起動(dòng)；制動(dòng)方式有三種，反接制動(dòng)，能耗制動(dòng)和電容制動(dòng)，其中任何一種起、制動(dòng)控制方式的實(shí)現(xiàn)通常由繼電器-接觸器控制系統(tǒng)來(lái)完成。

這種傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制方式控制邏輯清晰，采用機(jī)電合一的組合方式便于普通機(jī)類或電類技術(shù)人員維修，但由于使用的電氣元件體積大、觸點(diǎn)多、故障率大，因此，運(yùn)行的可靠性較低。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，使用PLC進(jìn)行電機(jī)的運(yùn)行控制已成為必然趨勢(shì)。

3.2 采用PLC實(shí)現(xiàn)鼠籠式異步電動(dòng)器起、制動(dòng)控制

可編程序控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，自60年代末，美國(guó)首先研制和使用可編程控制器以后，世界各國(guó)特別是日本和聯(lián)邦德國(guó)也相繼開(kāi)發(fā)了各自的PLC(programmable logic controller)，因此，與傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)相比較，筆者認(rèn)為采用PLC實(shí)現(xiàn)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)控制是最明智的選擇。

3.3 PLC與繼電接觸器控制系統(tǒng)比較

通過(guò)對(duì)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)的傳統(tǒng)控制方法和PLC控制方法的比較，從某種意義上看，PLC控制是從繼電器接觸器控制發(fā)展而來(lái)的。兩者既有相似性又有很多不同處。

兩種方案的不同點(diǎn)：（1）PLC內(nèi)部大部分采用“軟”邏輯。繼電器接觸器控制全部用硬器件、硬觸點(diǎn)和“硬”線連接，為全硬件控制；PLC內(nèi)部大部分采用“軟”電器、“軟”接點(diǎn)和“軟”線連接，為軟件控制。（2）PLC內(nèi)部全為“軟接點(diǎn)”動(dòng)作快。電器接觸器控制全為機(jī)械式觸點(diǎn)，動(dòng)作慢，弧光放電嚴(yán)重；PLC內(nèi)部全為“軟接點(diǎn)”動(dòng)作快。（3）PLC控制功能改變極其方便。繼電器接觸器控制功能改變，需拆線接線乃至更換元器件，比較麻煩；PLC控制功能改變，一般只需修改程序便可，極其方便。（4）PLC控制系統(tǒng)制造周期短。PLC控制系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，基本為軟件控制，因此設(shè)計(jì)、施工與調(diào)試比繼電器接觸器控制系統(tǒng)周期短。

此外，由于PLC技術(shù)是計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，因此，它的軟硬件設(shè)置上有著傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，工作可靠性極高。

4 PLC相對(duì)于繼電器線路的優(yōu)勢(shì)

4.1 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高

一臺(tái)小型PLC內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價(jià)格比。可編程序控制器可以通過(guò)通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。

4.2 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)

可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng)。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。

4.3 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。

PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。

4.4 編程方法簡(jiǎn)單

梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語(yǔ)言，其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語(yǔ)言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。梯形圖語(yǔ)言實(shí)際上是一種面向用戶的一種高級(jí)語(yǔ)言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語(yǔ)言后再去執(zhí)行。

4.5 維修工作量少，維修方便

PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。

4.6 體積小，能耗低

對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，小型PLC的體積相當(dāng)于幾個(gè)繼電器大小，因此可將開(kāi)關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)的確1/2-1/10。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于PLC在設(shè)計(jì)制造時(shí)充分考慮到工業(yè)控制的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境問(wèn)題，并采取了多層次、多種有效措施來(lái)提高工作可靠性，因此，可編程控制器作為一種通用的工業(yè)控制器，它可用于所有的工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛的將可編程控制器成功地應(yīng)用到機(jī)械、冶金、石油、化工、紡織、交通、電力、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，特別是對(duì)工作環(huán)境條件較惡劣的工礦企業(yè)應(yīng)該是一項(xiàng)明智之舉。