红电浅谈热处理生产过程控制所使用的设备和器件至关重要,集中控制系统

1 继电器接点程序控制系统

此种控制系统是由开关元件组成的起 “断、续” 作用的程序控制系统，其基本控制元件是继电器、接触器。其优点是结构简单，调整维修容易，抗干扰能力强。缺点是，有触点，允许的工作频率低，当触点打开时，经常产生电弧，触点容易烧坏，导致开关动作不可靠。目前，该类系统的执行元件正逐渐被无触点逻辑控制系统取代。

热处理过程中常见的继电器接点程序控制线路包括：

电源电路（刀开关控制的电源电路、接触器控制的电源电路）；

电机正反转控制电路（带互锁的正反控制电路、复合按钮的互锁控制电路）；

位置控制电路（限位控制回路、自动往复行程控制电路）；

顺序动作控制电路；

两地控制电路；

时间控制电路；

保护电路；

警报电路；

指示电路。

2 顺序控制器（包括可编程控制器）

顺序控制器主要有两种类型，即矩阵式控制器和可编程控制器。

矩阵式控制器常用的有时序步进式和条件步进式。由于矩阵式控制器、继－接电路这类控制器缺乏存储功能、难以调整修改，逐渐被可编程顺序控制器取代。

可编程序调节器是仪表化了的微型控制计算机，它既保留了仪表的传统操作方式，又可以通过编程序来构成控制系统，还可实现比较复杂的逻辑判断。它将过程控制系统中经常用到的运算功能以模块的形式提供给用户，设计人员只需要将各种功能模块按需要以一定的规则连起来即可。

PLC采用可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出，控制各种型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC一般由微处理器 CPU、存储器、输入输出系统及其他可选部件四大部分组成，如图2所示。

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▲图2 PLC结构示意图

1. CPU

CPU是PLC的核心，能够识别用户按照特定格式输入的各种指令，发出相应的控制指令，完成预定的控制任务。与其他部件之间的连接是通过总线进行的。

2. 存储器

存储器由系统程序存储器和用户程序存储器两部分组成。系统程序存储器容量

的大小决定了功能和性能；用户程序存储器容量的大小决定了用户程序的功能和任务复杂程度。

3. 输入／输出系统

“输入／输出” 系统是过程状态与参数输入以及实现控制时控信号输出的通道，包括被控过程与接口之间的电平转换、电气隔离、串／并转换，A/D转换等功能。热处理过程中各种连续性物理量（如温度、压力、压差）于在线检测仪表将其转化为相应的电信号，通过模拟量输入通道进行处理；模拟量输出通道则实现对被控对象连续变化的模拟信号的调节输出。对于各种限位开关、继电器或电磁阀门、手动操作按钮的启闭状态，通过开关量输入通道处理，开关量输出通道用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声／光报警器等的开/关状态输出。

4. 可选部件

这里是指与 PLC 的运行没有依赖关系的一些部件，是PLC系统编程、调试、测试与维护等必备设备，包括编程器、外置存储设备、V/O扩展口、数据通信接口。

PLC的主要特点如下：

1) 高可靠性。

①所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。

②各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。

③各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。

④采用性能优良的开关电源。

⑤对采用的器件进行严格的筛选。

⑥良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。

⑦大型PLC还可以采用由双CPU 构成冗余系统或三CPU 构成表决系统，使可靠性更进一步提高。

2) 丰富的I/O接口模块。PLC 针对不同的工业现场信号，如交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等，都有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。另外，为了提高操作性能，它还有多种人－机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通信联网的接口模块，等等。

3) 采用模块化结构。为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

4) 编程简单易学

PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。最普遍的 PLC 编程语言是梯形图与语句表（梯形图助记符）。梯形图表达式吸取了继电器路线图的特点，是从接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，形象直观，简单实用，是 PLC 主要编程语言。为了使编程语言保持梯形图的简单、直观特点，方便现场编制程序，派生了梯形图的辅助语言－语句表（梯形图助记符）。除了这两种编程语言外，还有一些其他编程语言，例如控制系统流程图编程、逻辑方程、布尔编程表达式以及高级编程等。

5) 安装简单，维修方便

PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时，只需将现场的各种设备与PLC相应的 I/O 端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。

PLC的功能包括逻辑控制、定时控制、计数控制、步进（顺序）控制、PID控制、数据控制（数据处理能力）、通信和联网。常见的PLC 主要有霍尼韦尔 DCP50、DCP100、DCP300, ICP1100S, 横河 UP 系列，山武DCP 系列等。

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