采用改進的PLC電氣控制關鍵技術分析研究

劉小平，張南賓

LIU Xiao-ping, ZHANG Nan-bin

（重慶三峽職業(yè)學院，重慶 404155）

0 引言

19世紀末，電機技術開始產(chǎn)生并應用，發(fā)展到20世紀20年代取代了蒸汽機，伴隨著電機制造和應用發(fā)展起來，電氣控制技術成為了主要的動力。隨著科學技術的不斷進步，電氣控制技術也在逐步地發(fā)展創(chuàng)新，不僅對生產(chǎn)工藝提出了新的要求，原理由原來單一的有觸點硬接線繼電器控制系統(tǒng)轉為以微處理器為中心的PLC軟件控制系統(tǒng)，同時機床電氣控制裝置也在不斷地更新中，從手動控制已經(jīng)發(fā)展到自動控制，雖然使得控制的方法從簡單到復雜，但是在實際的操作過程中卻由笨重發(fā)展到了輕巧。這種以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器可編程序控制器，這種器件完全能夠適應惡劣的工業(yè)環(huán)境，兼?zhèn)淞擞嬎銠C控制和繼電控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點，推動著機床電氣控制技術的不斷地向前發(fā)展著，是目前世界各國的一種標準化通設備，現(xiàn)已普遍應用于各種工業(yè)控制。

1 PLC電氣控制系統(tǒng)的工藝

可編程的控制器的簡稱為PLC，它的結構組成如圖1所示，在圖中可以看到它的主要組成部分，分別為CPU、服務器存儲、I/O模塊以及電源等，而整個PLC的運行周期是先對信息進行采集和整理，然后選擇需要的信息進行輸入，在內(nèi)部再進行一個整頓和管理，根據(jù)要求輸出所需要的信息量?？梢钥闯鏊且环N數(shù)字化的電子設備，主要的原理是在原繼電器原理上進行了延伸，結合了計算機技術、通信技術和自動化技術，將這些技術融合成為一條的綜合性工業(yè)控制裝置，隨著PLC的優(yōu)勢不斷凸顯，在各個行業(yè)中的應用也在不斷地擴寬和進步。

圖1 PLC電氣控制生產(chǎn)系統(tǒng)結構示意圖

根據(jù)PLC的設計要求和結構特征可以組成不同的電氣控制系統(tǒng)，現(xiàn)在對四種常見的系統(tǒng)簡單的闡述一下。第一種是單機控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是利用一臺PLC來進行數(shù)字化的控制，但是這種控制系統(tǒng)相對應處理的輸入輸出信息量都是比較小的。第二種是集中控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)也是利用一臺PLC，但是它控制著多臺的電子裝置，而這些電子裝置時按照一定的關系進行分布，且分布的距離也一定，這種系統(tǒng)可以進行比單機控制系統(tǒng)稍微復雜的控制，像是流水線操作等。第三種是分布式控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)應用到了多臺的PLC裝置，且每一臺對應一個電子控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的好處不僅在于處理的信息量大，且任何一臺PLC出現(xiàn)故障，由于各個PLC之間的設置時通過信息的，因此不會影響到其他設備的正常運行，可以運用到大型的企業(yè)生產(chǎn)中。假如這些PLC和電子裝置之間的分布相對較遠的化，就可以運用到第四種控制系統(tǒng)，即是遠程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)只需要將輸入輸出的設備放置在需要被控制的設備周圍，那么就可以通過電纜等通信設備對這些系統(tǒng)產(chǎn)生的信息進行傳輸。

2 控制系統(tǒng)的關鍵技術分析

2.1 總體的設計方案

分析PLC的電氣控制的關鍵技術需要從整個裝置系統(tǒng)的組成部分、生產(chǎn)機械的工作性能、結構特點和實際加工情況等各個方面進行逐一的分析和綜合的考慮，并在此基礎上來考慮控制方式，起動、反向、制動及調(diào)速的要求，設置各種聯(lián)鎖及保護裝置。針對這個情況，本文如下圖2所示對PLC電氣控制生產(chǎn)系統(tǒng)流程進行了綜合的考慮。

圖2 PLC電氣控制生產(chǎn)系統(tǒng)流程圖

2.2 關鍵技術分析

如圖2所示的系統(tǒng)流程過程中，針對不同的用戶需求，會有不同的系統(tǒng)結構，本文選取了如圖3所示的籠型異步電動機為例，對幾個電控線路設計中能耗制動參數(shù)的主要的特征進行了闡述。

圖3 籠型異步電動機電路圖

2.2.1 籠型異步電動機反接制動電阻的計算

在反接制動時，由于交流電壓線圈通常不能串聯(lián)使用，故三相定子回路各相串聯(lián)的限流電阻R估算：

在式（1）中，Uj為電動機定子繞組相電壓，單位為V；Is為全壓起動電流，單位為A；k為系數(shù)，當最大反接制動電流Im＞Is肘，取k＝0.13；當Im＜0.5Is時，取k＝1.5。

2.2.2 能耗制動直流電流與電壓的計算

直流電流越大，制動效果越好，但過大的電流引起繞組發(fā)熱，能耗增加，且當磁飽和后對制動轉矩的提高也不明顯，通常制動直流電流Id按下式進行控制：

其中，IN為電動機額定電流。故在制動時，也可以進一步根據(jù)原理得出直流電壓Ud。

2.2.3 整流變壓器參數(shù)計算

由于變壓器僅在能耗制動時工作，所以容量允許比長期工作時小。根據(jù)制動頻繁程度，取計算容量的0.25!0.5倍。

2.2.4 控制變壓器的選用

控制變壓器從字面上就可以看出主要是用來控制和輔助電路中的電壓，從而保證這個系統(tǒng)所需要用的電壓保持在正常狀態(tài)，使用安全可靠。那么在系統(tǒng)中選擇哪一個變壓器應用到何一種，主要遵從的原則有三條，一是控制變壓器無論哪次側的電壓都應與系統(tǒng)中的各種電壓保持一致，符合用戶的要求，二是在起動時，二次側的交流電壓的器件滿足吸合的要求，三是在整個過程中，保證變壓器的溫度不超過額度的溫度。故確定控制變壓器容量可以根據(jù)公式（3）進行近似：

在公式（3）中，S為控制變壓器容量，單位為VA；S1為電磁器件的吸持功率；S2為接觸器、繼電器起動功率；S3為電磁鐵起動功率；K為電磁鐵工作行程L與額定行程LN之比的修正系數(shù)。當L/LN＝0.5!0.8時，K＝0.7!0.8；當L/LN＝0.85!0.9時，K＝0.85!0.95；當L/LN＝0.9以上時，K=1。

滿足上面的要求時，可以保證電器元件的正常工作。式中系數(shù)0.25和0.125為經(jīng)驗數(shù)據(jù)，當電磁鐵額定行程小于15mm，額定吸力小于15牛時，系數(shù)0.125修正為0.25。系數(shù)0.6表示在電壓降至60%時，已吸合的電器仍能可靠地保持吸合狀態(tài)。

但是控制變壓器在長期運行之后，溫度會進一步提升，這時變壓器容量應大于或等于最大工作負荷的功率，即

式中，S1為電磁器件吸持功率（VA）；K1為變壓器容量的儲備系數(shù)，一般K1取1.l!1.25。

2.2.5 熔斷器類型與額定電壓、電流的選擇

熔斷器的額度電壓和電流與保護電路的電流、電壓和負載的性質(zhì)有著非常緊密的聯(lián)系，故選擇熔斷器的應用要根據(jù)保護電路的各種特性來進行確定，根據(jù)在運行過程中，負載的使用情況、電路的溫度以及有無沖擊電流來進行一一的確定，根據(jù)本文的籠型異步電動機的主要特性，可以將熔斷器熔體額定電流按照下面的公式來進行確定：

單臺電動機用一個熔斷器保護：

多臺電動機共用一個熔斷器保護：

根據(jù)起動的類型不同來進行不同的系數(shù)取值，如果為輕載時，那么系數(shù)取l.5，因為其起動的時間比較短，如果為重載時，那么系數(shù)取2.5，因為起動時間較長。熔斷器的額定電流按大于或等于熔體額定電流來選擇。

3 結束語

從上面的簡述中可以看出，在組建PLC電氣控制生產(chǎn)系統(tǒng)要考慮到許多的方面，不僅要求滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，同時還要兼顧物理設備的功能要求和取值，最終做到整個系統(tǒng)可靠性高、便于維護和使用方便。由于PLC設備的優(yōu)勢功能，在實際的應用中能夠很大程度上地提高工作效率，降低故障的發(fā)生，應用性很高，故針對這個情況，本文主要介紹了PLC電氣控制生產(chǎn)系統(tǒng)主要工藝，從總體結構設計出發(fā)，對系統(tǒng)的關鍵技術進行了詳細地分析與研究，為今后PLC電氣控制系統(tǒng)的選擇提供了有效的科學依據(jù)。

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