电气控制技术的发展趋势和应用前景

作为生产机械动力的电动机拖动，已由最早的采用成组拖动方式→单独拖动方式→生产机械的不同运动部件分别由不同的电动机拖动多电动机拖动方式，发展成今天无论是自动化功能还是生产安全性方面都相当完善的电气自动化系统。

19世纪末，直流发电机、交流发电机和直流电动机、异步电动机的相继问世，揭开了电气控制技术的序幕。20世纪初，电动机逐步取代蒸汽机用来驱动生产机械。最初用一台电动机经大轴（或地轴）由皮带传动，用来驱动若干台生产设备，因此传动路线长、效率低、结构复杂。为了简化机械传动系统，出现了一台机器的几个运动部件由几台电动机分别拖动，这种方式称为多电动机拖动。在这种情况下，机械的电气控制系统不但可对各台电动机的起动、制动、反转和停车等进行控制，还具有对各台电动机之间实行协调、联锁、顺序切换和显示工作状态的功能。对生产过程比较复杂的系统还要求对影响产品质量的各种工艺参数，如温度、压力、流量、速度和时间等能够自动测量和自动调节，这样就构成了功能相当完善的电气自动化系统。到20世纪30年代，电气控制技术的发展推动了电器产品的进步，继电器、接触器、按钮和开关等元器件形成了功能齐全的多种系列，基本控制已形成规范，并可以实现远距离控制。这种主要用于控制交流电动机的系统通常称为继电-接触器控制系统。

继电-接触器控制具有使用的单一性，即一台控制装置只能针对某一种固定程序的设备，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制系统。其优点是控制器件结构简单、价格低廉，维护容易，抗干扰能力强，控制方式简单直接等，至今仍是机床和其他许多机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习更先进电气控制系统的基础。这种控制系统的缺点是采用固定接线方式，灵活性差，控制装置体积大、功耗大、工作频率低、触点易损坏，可靠性差。(www.xing528.com)

20世纪30年代中后期，机械加工企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的生产方式，对不同类型的零件分别组成自动生产线。随着产品机型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继电-接触器控制系统是采用固定接线的，很难适应这个要求。大型自动生产线的控制系统使用的继电器数量很多，这种有触点的电器工作频率较低，在频繁动作情况下寿命较短，从而造成系统故障，使生产线的运行可靠性降低。为了解决这个问题，20世纪60年代初期利用电子技术研制出矩阵式顺序控制器和晶体管逻辑控制系统来代替继电-接触器控制系统，对复杂的自动控制系统则采用电子计算机控制，由于这些控制装置本身存在某些不足，均未能获得广泛应用。1968年美国最大的汽车制造商——通用汽车（GM）公司为适应汽车型号的不断更新，提出将计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点与继电-接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，做成一种能适应工业环境的通用控制装置，同时，依据现场电气操作维护人员和工程技术人员的技能和习惯，把编程方法和程序输入方式加以简化，使得不熟悉计算机的人员也能很快地掌握它的使用技术。根据这一设想，美国数字设备公司（DEC）于1969年率先研制出第一台可编程序控制器（Programma-ble Logic Controller，PLC），在通用汽车公司的自动装配线上试用获得成功。从此以后，许多国家的著名厂商竞相研制，各自形成系列，而且品种更新很快，功能不断增强，从最初的以逻辑控制为主发展到能进行模拟量控制，具有数据运算、数据处理和通信联网等多种功能。PLC的另一个突出优点是可靠性很高，平均无故障运行时间可达10万小时以上，可以大大减少设备维修费用和因停产造成的经济损失。当前，PLC已经成为电气自动控制系统中应用最为广泛的核心装置，在工业自动控制领域占有十分重要的地位。

数控技术也是电气自动控制的一个重要分支，它综合应用了计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的最新技术成就。它既有专用机床生产率高的优点，又兼有通用机床工艺范围广、使用灵活的特点，能实现自动加工复杂表面、精度高，发展前景广阔。20世纪40年代末，为了适应中小批量机械加工生产自动化的需要，人们应用近代科学成就，成功研制出数控机床。数控机床的控制系统，最初是由硬件逻辑电路构成的专用数控装置（Numerical Control，NC），因其成本昂贵，工作可靠性差，逻辑功能固定，后来研制成功直接数字控制（Direct Numerical Control，DNC）、计算机数控（Computer NumericalControl，CNC）系统等数控系统。最近20多年来，机电一体化、机电光仪一体化等交叉学科的发展，使得数控技术进入了一个崭新的阶段。随着微电子技术的发展，由小型或微型计算机再加上通用或专用大规模集成电路组成的CNC性能更为完善，在机械制造、电气控制及自动化领域相继出现了自适应控制（Adaptive Control，AC）系统，柔性制造系统（Flexi-ble Manufacturing System，FMS），计算机集成制造（Computer Intergrated Manufacturing，CIM）系统，综合运用计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）、智能机器人、集散控制系统（Distributed ControlSystem，DCS）、现场总线控制系统等多项高新技术，形成了从产品设计与制造和生产管理的智能化生产的完整体系，将自动制造技术推进到更高的水平。