以PLC为例浅析现代电气控制技术
摘 要:电气控制技术是一名多学科交叉的技术，是实现工业生产自动化的重要技术手段。PLC作为一种新型的电气控制技术具有抗干扰性能强，对开关量的处理可由无触点的电子线路完成，并配有各种功能不同的输入和输出模块等特点，广泛应用于现代电气控制系统。
关键词:电气控制技术，PLC，自动化
在自动化程度不断提高和产品生产工艺要求不断创新的今天，电气设备控制系统也悄悄地进行着一场革命，逐步向减少机械部件，提高生产效率，减轻工人劳动强度，实现产品从设计到制造全部自动化的方向发展。
1 传统电气控制技术存在的问题
随着传感技术、微电子技术和微型计算机技术的发展和应用，传统的控制技术已暴露出许多问题和不足，在许多领域和行业中，正在被新型的控制装置所取代。传统的控制系统在逻辑控制方面以其原理简单、容易实现、抗干扰性好、经济实用等优点，在多种场合中得到了大量的应用。由于这种系统是靠相互连接在一起的电器触点的断开与闭合来传递信号，因此它存在动作频率低、线路连接复杂、检修维护工作量大、体积庞大等缺点。特别是这种系统采用固定接线方式，使其只适应一个固定不变的控制要求，当被控制设备或其工艺要求发生变化时，必须重新接线，有时甚使原系统报废，造成不必要的浪费。又由于这种系统的灵活性和通用性很差，传统的控制系统只能处理逻辑信号，不能对模拟信号进行处理，因此远远不能适应某些现代电气设备的控制要求。
2 现代比较常用的电气控制技术
随着科学技术的发展，许多先进的科学技术成功应用于工业中（例如工业现场总线技术、可编程逻辑控制技术、人机界面技术、交流伺服运动控制技术等），新型电气控制系统以这些技术为基础进行拓展，成为当今工业自动化的主流控制模式。
2.1 现场总线技术。现场总线是自动控制装置系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线，它是一种多分支结构的通信系统，用数字通信取代模拟信号传输信息的方式，连接智能现场设备和自动化系统。把各个分散的数字化、智能化的测控设备变为网络节点，连接成为可以相互沟通信息并共同完成自控任务的网络系统与控制系统。现在一般采用多总线并存的智能网络通信结构，利用现场设备的智能化使智能下移到现场设备，建议一种多功能、多协议的总线拓扑智能通信控制结构，成为当今工业现场总线技术的主导控制模式。
2.2 交流伺服技术。现代伺服系统控制选择不同的控制环节来达到工艺要求。采用反馈的方式进行控制。先进伺服系统内嵌了某些高速的PLC功能，伺服系统间可共用同一编码器信号，简化系统硬件结构。多个伺服控制器之间，还可以通过系统总线实现点对点互联，直接进行数据交换，完成高速度高精度的控制。
2.3 人机界面技术。人机界面用于读取和操作来自PLC的变量，现代工业用户依靠PROFIBUS总线通过人机界面来与上位PLC之间通信，经过主站PLC对控制系统汇中的参数进行读写。
2.4 PLC控制技术。以软件手段实现各种控制功能、并以微处理器为核心的可编程控制器，是20世纪60年代诞生并发展起来的一种工业控制装置。它通用性强、能适应恶劣的工业环境，从最初的代替继电控制盘的逻辑控制功能已经发展成为一种在工控领域无所不能的、应用最为广泛的新型工业自动化装置。下面以PLC为例具体论述其特点。
3 现代电气控制系统的特点和形式
采用以PLC控制技术为主的现代电气控制系统，不仅保留了传统的控制系统的优点，同时具有体积小、功能强、灵活性和通用性强、维护方便等特点。由于现代电气控制系统能用软件实现逻辑控制，可以省去大量的控制电器及线路连接，又能实现继电接触系统难以完成的功能，当改变控制要求和参数时只需改动程序的相应部分，外部线路基本上不用改动，因而也节省了资源。同时因执行程序时间短，一些电器元件的触点可以用无触点开关来代替，所以整个系统的动作频率高、寿命长，这些都较好地克服了传统控制系统存在的缺点。
3.1 采用PLC的电气设备控制系统
3.1.1 PLC的定义
PLC是可编程序控制器的简称，1985年1月，国际电工委员会对可编程序控制器作了如下定义:可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
3.1.2 PLC的应用特点
1)正如PLC定义中所说，PLC是专为工业环境设置的计算机，它把传统的继电控制技术和计算机控制技术结合在一起，采用面向技术人员、针对控制问题、利用控制过程的自然语言进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便使用，使一般的技术工人也能很快熟练掌握。
2)PLC配有各种功能不同的输入和输出模块，可以根据控制要求任意配置。当同一台PLC控制不同的对象时，也只是输入和输出设备及应用软件的不同。
3)PLC对开关量的处理可由无触点的电子线路来完成，对开关量的输入可将无源触点直接接到输入端，而输出端可直接驱动接触器等器件。
4)PLC的抗干扰能力特别强，其在设计和制造过程中采取了多层抗干扰措施，能在恶劣的工业环境中可靠地工作。一般平均故障间隔时间长达30万小时。
3.2 PLC、继电器控制系统比较
PLC的编程语言梯形图与继电控制线路十分相似，梯形图中沿用了继电控制电路中的元件名称和符号，仅有个别不同。从信号输入/输出形式及控制功能来看，二者也是相同的。但PLC控制与继电控制有许多不同之处，主要有：
1)器件不同。继电控制线路由若干真正的继电器组成，而梯形图是由许多的“软继电器”
组成。硬继电器的触点易磨损，而“软继电器”则无此现象。
2)工作方式不同。在继电控制线路中，各继电器当条件满足时是同时动作的，即按“并行”方式工作。而在PLC控制系统中，受同一条件制约的各“软继电器”的动作顺序决定于程序的扫描顺序，即按“串行”方式工作。这种串行工作方式可避免继电控制的触点竞争和失配问题。
3)实施控制的方法不同。继电控制系统的功能实现是通过硬件连线来完成，因此功能单一，不灵活;而PLC的控制通过软件编程来实现，所以灵活、方便。
4)触点数量不同。继电控制系统中继电器触点数量是有限的;而梯形图中的“软继电器”供编程使用的触点有无限对。
3.3 PLC控制系统与微型计算机控制系统的比较
微型计算机自70年代出现至今，已经在经济生活的各个领域中广泛应用。它以价格低、功能强、体积小等特点倍受用户青睐。其在控制系统中主要应用在以实现较为复杂的顺序控制和数字控制，与PLC应用的控制系统的主要区别有以下几点：
1)微型计算机有丰富的指令语言，可以靠软件实现各种功能，使用人员必须熟悉计算机指令才能编程，尤其实用于复杂而且控制精度要求高的系统。而PLC采用与继电控制系统相似的梯形图进行编程，虽然实现的功能要少。但编程简单，容易掌握，尤其实用于改造旧设备控制系统和用于逻辑控制。
2)微型计算机的输入和输出接口在输入和输出口接线比较少的时候，可直接由微型计算机的芯片提供，但输入和输出信号必须与微型计算机隔离，输出在驱动较大负载时必须加驱动装置。如果输入和输出的口线较多，则需进行I/O接口扩展，然后通过I/O接口进行信号的输入和输出。而PLC的输入和输出信号则直接与输入和输出端子相连，接线简单。
3)微型计算机的抗干扰能力差，在进行设计时硬软件均需考虑可靠性设计，而PLC系统则不需要。
4 结 语
随着PLC的功能越来越强，性能价格比不断提高，使用越来越方便，其在电气控制系统应用越来越广。在实际应用中，也要具体问题具体分析，对功能简单，器件数量少，用继电器可以实现控制要求的，不必非采用PLC控制来完成。
参考文献
[1] 方承远，工厂电气控制技术[M]，机械工业出版社，1997.
[2] 张凤珊，电气控制及可编程序控制器，中国轻工业出版社，2003.
[2] 张道霖，电气控制与PLC原理及应用，电子工业出版社，2004.
