電氣控制系統發展的四個階段

現在電氣工程及其自動化的觸角已伸向各行各業，小到一個開關的設計，大到宇航飛機的研究，都有它的身影。電氣控制技術的發展走過了幾個比較有代表性的階段，了解這幾個有代表性的發展階段及其特點，對于學習電氣控制柜的制作有很大幫助。

開關控制電器階段

早期的電氣控制都比較簡單，主要是實現電器與電源之間的通斷控制。由于當時的電器電壓不是很高，電流不是很大，所以開關普遍采用裸露的非封閉形式，因此稱為可見斷點的開關?？梢姅帱c的開關因為其接通和斷開狀態一目了然，從心理上可以給人安慰，而且實際上在斷開狀態下也確實是合適的。比較有代表性的開關電器就是刀開關，至今仍然在普遍使用。

早期的刀開關一般由人直接操作，開關的通斷速度不可能很快，因此只能用于低壓且電流不太大的控制場合。因為電壓較高及電流較大的開關在接通和斷開的過程中會產生強烈的電弧，電弧會將開關的接觸部分燒壞，電弧還會危及操作者。為了解決電弧的危害，一是在開關上采用機械速動裝置，減少產生電弧的時間;二是采用滅弧裝置，減小電弧并降低電弧的溫度;三是將開關用外殼完全封閉起來，避免對人的傷害;四是利用杠桿機構操作開關，使人處于對的位置;五是采用電動操作機構，實現開關的遠距離操控和自動控制。

根據國家標準，一般電氣控制中的隔離開關應采用可見斷點的開關。對于全封閉型開關及遠距離操控開關，要在在操作器件上醒目標示出開關接通和斷開位置。對于自動控制開關，則要在操作后有檢測開關通斷狀態的反饋信號顯示，以確保操作的可靠性。

繼電控制電器階段

“繼電保護”是輸變電過程中的一種專門技術，是由各種繼電器及量測設備組成的保護電路，目的是保證持續不間斷供電?！袄^電保護”技術的發展為電氣自動控制技術的發展奠定了基礎。

繼電控制是利用具有繼電特性的元件進行控制的自動控制系統。所謂繼電特性是指，在輸入信號作用下輸出僅為通、斷等幾個狀態的特性。由于其控制方式是斷續的，故稱為斷續控制系統。例如，電爐溫度調節中，根據爐溫是否超過規定值而斷開或接通電源。這種只有通、斷兩個狀態的控制又稱雙位式控制。繼電控制中使用的元件并不限于電磁式繼電器，也可用別的手段來實現繼電特性。例如，在雙位式溫度調節中，常采用雙金屬片作為敏感元件，溫度變化時雙金屬片因兩部分金屬的膨脹系數不同而彎曲變形，接通或斷開觸點。液壓和氣動閥等也是具有繼電特性的元件。

7.可以實現監測功能

根據每一個繼電器的控制功能，其接點連接上信號燈和電鈴，就可以顯示控制電路各個部分的工作狀態，并可以實現故障顯示、報警和監測功能。

8.擴大控制范圍

多觸點繼電器控制信號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、斷開、接通多路電路。

9.綜合信號功能

根據電氣控制邏輯的需要，將多個控制信號按規定(串聯、并聯或混聯)的形式輸入多繞組繼電器時，經過比較、綜合，實現預定的控制目標。

數字邏輯控制階段

開關電器和繼電器控制的實質就是開關量的控制，因為只有接通“1”和斷開“0”兩個狀態。

這里所講的數字邏輯控制階段是指，集成電路普遍采用以后，使用邏輯門電路進行的數字邏輯控制。盡管繼電控制系統也可以進行一些比較簡單的數字邏輯控制，但是由于繼電控制系統實現這些邏輯電路結構十分復雜、成本高且可靠性差，并且存在難以避免的時序上的競爭問題，要解決這一問題，對設計人員的要求很高，結果往往需要通過實驗才能解決。

電子計算機控制階段

1971年，Intel公司設計了微處理器芯片Intel 4004，并以它為核心組成了微型計算機MCS-4。它開創了計算機應用的新時代。但是將普通PC直接移植于電氣控制系統，存在系統過于復雜、成本太高的問題。直到專門為工業控制而設計的單片機誕生，這一問題才得以解決。

1.單片機

單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把整個計算機系統集成到一個芯片上。概括地講，一塊芯片就是一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、軟件可修改、為應用和開發提供了便利條件。利用單片機可以實現柔性控制、通信技術、多目標控制、仿真與智能控制。

2.可編程邏輯控制器(PLC)

隨著大規模集成電路和微處理機技術的發展及應用，電氣控制技術也發生了根本性的變化，在20世紀70年代，出現了將計算機存儲技術引入順序控制器，產生了新型工業控制器—可編程序控制器(PLC)，它兼備了計算機控制和繼電器控制系統兩方面的優點，故目前在世界各國已作為一種標準化通用電器普遍應用于工業自動控制領域。

可編程控制器技術是以硬接線的繼電器-接觸器控制為基礎，逐步發展為既有邏輯控制、計時、計數，又有運算、數據處理、模擬量調節、連網通信等功能的控制裝置。它可通過數字量或模擬量的輸入、輸出滿足各種類型設備控制的需要?？删幊炭刂破骷坝嘘P外部設備，均按既易于與工業控制系統組成一個整體，又易于擴充其功能的原則設計?？删幊炭刂破饕殉蔀樯a機械設備中開關量控制的主要電氣控制裝置。

不同型號的PLC，循環掃描周期在1μs到幾十μs之間。PLC用梯形圖編程，在計算邏輯方面，表現出快速的優點，掃描周期在微秒量級，計算1KB邏輯程序用時不到1ms。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位(也有32位的)為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算，把計算結果傳送給PLC的控制器。

對于相同I/O點數的系統，用PLC比用計算機集中控制系統(DCS)的成本要低一些(大約能省40%)。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個大型的PLC控制器可以接收幾千個I/O點(可達8000多個I/O)。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用小型PLC較為合適。PLC由于采用通用軟件，在設計企業的管理信息系統方面要容易一些。

通用PLC應用于專用設備時，可以認為它就是一個嵌入式控制器，但PLC相對一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠性和更好的穩定性?？删幊炭刂破髯鳛殡x散控制的產品，以微處理器為核心，通過軟件手段實現各種控制功能。它具有通用性強、可靠性高、能適應惡劣的工業環境、指令系統簡單、編程簡便易學、易于掌握、體積小、維修工作少、現場連接安裝方便等一系列優點，正逐步取代傳統的繼電器控制系統，廣泛應用于各個行業的控制中。