PLC控制對傳統繼電控制技術的改造

胡光良

（廣西南寧技師學院 廣西·南寧 530001）

1 控制繼電器存在的缺點

今天繼電器已應用到家庭及工業控制的各個領域。他們比以往的產品具有更高的可靠性。但是，也隨之帶來一些問題。如絕大多數控制繼電器都是在長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴重的后果。再者，對一個具體使用的裝有上百個繼電器的設備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調試。

2 可編程序控制器的功能

可編程控制器以體積小功能強大所著稱，它不但可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數控制、數字運算、數據處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產機械數字量和模擬量的聯系，從而實現生產過程的自動控制。特別是現在，由于信息、網絡時代的到來，擴展了PLC的功能，使它具有很強的聯網通訊能力，從而更廣泛地應用于眾多行業。

2.1 順序控制

順序控制是PLC最基本、應用最廣泛的領域。它主要是根據操作按鈕、限位開關及其它現場給來的指令信號和傳感器信號，控制機械運動部件進行相應的操作，從而達到了自動化生產線控制。比較典型應用在自動電梯的控制、管道上電磁伐的自動開啟和關閉、皮帶運輸機的順序啟動等。例如我分廠的原料混料系統就是利用了 PLC的順序控制功能。

2.2 閉環過程控制

以往對于過程控制的模擬量均采用硬件電路構成的PID模擬調節器來實現開、閉環控制。而現在完全可以采用PLC控制系統，選用模擬量控制模塊，其功能由軟件完成，系統的精度由位數決定，不受元件影響，因而可靠性更高，容易實現復雜的控制和先進的控制方法，可以同時控制多個控制回路和多個控制參數。例如生產過程中的溫度、流量、壓力、速度等。

2.3 運動位置控制

PLC可以支持數控機床的控制和管理，在機械加工行業，可編程控制器與計算機數控（CNC）集成在一起，用以完成機床的運動位置控制，它的功能是接受輸入裝置輸入的加工信息，經處理與計算，發出相應的脈沖給驅動裝置，通過步進電機或伺服電機，使機床按預定的軌道運動，以完成多軸伺服電機的自控。目前以用于控制無心磨削、沖壓、復雜零件分段沖裁、滾削摸削等應用中。

2.4 網絡特性

PLC可以實現多臺PLC之間或多臺PLC與一臺計算機之間的通訊聯網要求，從而組成多級分布式控制系統，構成工廠自動化網絡。（1）通過通訊模塊、上位機以及相應的軟件來實現對控制系統的遠距離監控。（2）通過調制解調器和公用電話網與遠程客戶端計算機相連，從而使管理者可通過電話線對控制系統進行遠距離監控。

3 PLC與繼電器接觸器控制系統的比較

3.1 繼電接觸器控制系統

傳統的鼠籠式異步電動機起、制動控制方式一般有四種，即定子回路串電阻起動，Y/△起動，自耦變壓器起動和延邊三角形起動；制動方式有三種，反接制動，能耗制動和電容制動，其中任何一種起、制動控制方式的實現通常由繼電器-接觸器控制系統來完成。

這種傳統的繼電器接觸器控制方式控制邏輯清晰，采用機電合一的組合方式便于普通機類或電類技術人員維修，但由于使用的電氣元件體積大、觸點多、故障率大，因此，運行的可靠性較低。隨著PLC技術的發展，使用PLC進行電機的運行控制已成為必然趨勢。

3.2 采用PLC實現鼠籠式異步電動器起、制動控制

可編程序控制器是在繼電器控制和計算機控制的基礎上開發的產品，自60年代末，美國首先研制和使用可編程控制器以后，世界各國特別是日本和聯邦德國也相繼開發了各自的PLC(programmable logic controller)，因此，與傳統的繼電器接觸器控制系統相比較，筆者認為采用PLC實現鼠籠式異步電動機起制動控制是最明智的選擇。

3.3 PLC與繼電接觸器控制系統比較

通過對鼠籠式異步電動機起制動的傳統控制方法和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展而來的。兩者既有相似性又有很多不同處。

兩種方案的不同點：（1）PLC內部大部分采用“軟”邏輯。繼電器接觸器控制全部用硬器件、硬觸點和“硬”線連接，為全硬件控制；PLC內部大部分采用“軟”電器、“軟”接點和“軟”線連接，為軟件控制。（2）PLC內部全為“軟接點”動作快。電器接觸器控制全為機械式觸點，動作慢，弧光放電嚴重；PLC內部全為“軟接點”動作快。（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控制系統制造周期短。PLC控制系統由于結構簡單緊湊，基本為軟件控制，因此設計、施工與調試比繼電器接觸器控制系統周期短。

此外，由于PLC技術是計算機控制的基礎上發展而來，因此，它的軟硬件設置上有著傳統的繼電器接觸器控制無法比擬的優勢，工作可靠性極高。

4 PLC相對于繼電器線路的優勢

4.1 功能強，性能價格比高

一臺小型PLC內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價格比。可編程序控制器可以通過通信聯網，實現分散控制，集中管理。

4.2 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強

可編程序控制器產品已經標準化，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行系統配置，組成不同的功能、不規模的系統。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有很強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。

4.3 可靠性高，抗干擾能力強

傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統的1/10-1/100，因觸點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，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業控制設備之一。

4.4 編程方法簡單

梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執行梯形圖的程序時，用解釋程序將它“翻譯”成匯編語言后再去執行。

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行機構發生故障時，可以根據PLC上的發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

對于復雜的控制系統，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積相當于幾個繼電器大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的確1/2-1/10。

5 結束語

由于PLC在設計制造時充分考慮到工業控制的現場環境問題，并采取了多層次、多種有效措施來提高工作可靠性，因此，可編程控制器作為一種通用的工業控制器，它可用于所有的工業領域。當前國內外已經廣泛的將可編程控制器成功地應用到機械、冶金、石油、化工、紡織、交通、電力、軍事等各個領域，特別是對工作環境條件較惡劣的工礦企業應該是一項明智之舉。