電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。電磁閥是用電磁的效應進行控制，主要的控制方式由繼電器控制。這樣，電磁閥可以配合不同的電路來實現(xiàn)預期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。桿狀的物體就是通過電控制的閥桿，利用電磁力可以將閥桿打開或者關閉。

下面以氣動系統(tǒng)為例子說明電磁閥在工業(yè)控制中的應用。所謂氣動系統(tǒng)，就是以氣體為介質(zhì)的控制系統(tǒng)。氣動系統(tǒng)中，這種能源的介質(zhì)通常就是空氣。在真正使用的時候，通常把大氣中的空氣的體積加以壓縮，從而提高它的壓力。壓縮空氣主要通過作用于活塞或葉片來作功。

氣動系統(tǒng)中，電磁閥的作用就是在控制系統(tǒng)中按照控制的要求來調(diào)整壓縮空氣的各種狀態(tài)，氣動系統(tǒng)還需要其他元件的配合，其中包括動力元件、執(zhí)行元件、開關、顯示設備及其它輔助設備。動力元件包括各種壓縮機，執(zhí)行元件包括各種氣缸。這些都是氣動系統(tǒng)中不可缺少的部分。而閥體是控制算法得以實現(xiàn)的重要設備。

比如單向閥讓壓縮空氣從壓縮機進入氣罐，當壓縮機關閉時，阻止壓縮空氣反方向流動；安全閥當儲氣罐內(nèi)的壓力超過允許限度，可將壓縮空氣排出；方向控制閥通過對氣缸兩個接口交替地加壓和排氣，來控制運動的方向；速度調(diào)節(jié)閥能簡便實現(xiàn)執(zhí)行元件的無級調(diào)速。

電磁閥不但能夠應用在氣動系統(tǒng)中，在油壓的系統(tǒng)、水壓的系統(tǒng)中也能夠得到相同或者類似的應用，比如低功率不供油小型電磁換向閥，密封件不需供油，排出的氣體不會污染環(huán)境，可用于食品、醫(yī)藥、電子等行業(yè)。

電磁換向閥

現(xiàn)在，電磁閥技術(shù)與控制技術(shù)、計算機技術(shù)、電子技術(shù)相結(jié)合，已經(jīng)能夠進行多種復雜的控制。比如可以把電磁閥應用在智能控制領域，應用在無線控制技術(shù)等方面。電磁閥正是因為能夠用電磁進行控制，所以它能與現(xiàn)在的各種電子系統(tǒng)很好地接口，這也是它得到廣泛應用的一個主要原因。

電磁閥已經(jīng)廣泛地應用在生產(chǎn)的各個領域中，隨著電磁控制技術(shù)和制造工藝的提高，電磁閥能夠?qū)崿F(xiàn)更加精巧的控制，為實現(xiàn)不同的氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)發(fā)揮它的作用。

可編程控制器---棍

近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，以微處理機為核心組成的可編程控制器得到了迅速的發(fā)展，在電動機的運行控制、電磁閥的開閉、產(chǎn)品的計數(shù)、溫度壓力等的設定和控制等方面，可編程控制器正發(fā)揮著越來越大的作用。

可編程控制器（Programmable Logical Controller）簡稱為PC或PLC，是60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件。日本電氣控制學會曾對可編程控制器作了一個定義：可編程控制器是將邏輯運算，順序控制，時序和計數(shù)以及算術(shù)運算等控制程序，用一串指令的形式存放到存儲器中，然后根據(jù)存儲的控制內(nèi)容，經(jīng)過模擬，數(shù)字等輸入輸出部件，對生產(chǎn)設備和生產(chǎn)過程進行控制的裝置。

PLC是基于計算機技術(shù)和自動控制理論發(fā)展而來的，它既不同于普通的計算機，又不同于一般的計算機控制系統(tǒng)，作為一種特殊形式的計算機控制裝置，它在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件組成，軟件結(jié)構(gòu)以及I/O通道，用戶界面諸多方面都有其特殊性。

從原理上說，可編程控制器和計算機是一致的，為了和工業(yè)控制相適應，PLC采用掃描原理來工作，也就是對整個程序進行一遍又一遍的掃描，直到停機為止。之所以采用這樣的工作方式，是因為PLC是由繼電器控制發(fā)展而來的，而CPU的掃描用戶程序的時間遠遠短于繼電器的動作時間，只要采用循環(huán)掃描的辦法就可以解決其中的矛盾。循環(huán)掃描的工作方式是PLC區(qū)別于普通的計算機控制系統(tǒng)的一個重要方面。

雖然各種PLC的組成各不相同，但是在結(jié)構(gòu)上是基本相同的，一般由CPU、存儲器、輸入輸出設備（I/O）和其他可選部件組成。其他的可選部件包括編程器，外存儲器，模擬I/O盤，通信接口，擴展接口等。CPU是PLC的核心，它用于輸入各種指令，完成預定的任務，起到了大腦的作用，自整定、預測控制和模糊控制等先進的控制算法也已經(jīng)在CPU中得到了應用；存儲器包括隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM，通常將程序以及所有的固定參數(shù)固化在ROM中，RAM則為程序運行提供了存儲實時數(shù)據(jù)與計算中間變量的空間；輸入輸出系統(tǒng)（I/O）使過程狀態(tài)和參數(shù)輸入到PLC的通道以及實時控制信號輸出的通道，這些通道可以有模擬量輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出、脈沖量輸入等，使PLC的應用十分廣泛。

早期的PLC主要用于順序控制上。所謂順序控制，就是按照工藝流程的順序，在控制信號的作用下，使得生產(chǎn)過程的各個執(zhí)行機構(gòu)自動地按照順序動作。PLC的應用大大促進了流水線技術(shù)的發(fā)展。

今天的PLC已經(jīng)開始用于閉環(huán)控制，不僅如此，隨著其擴展能力和通信能力的發(fā)展，它也越來越多地應用到了復雜的分布式控制系統(tǒng)中。PLC自1969年問世以來，它按照成熟而又有效的繼電器控制概念和設計思想，不斷利用新科技，新器件，尤其和現(xiàn)在飛速發(fā)展的計算機技術(shù)相聯(lián)系，逐步形成一門較為獨立的新興技術(shù)和具有特色的各種系列產(chǎn)品，同時也逐步發(fā)展成為一類解決自動化問題的有效而且便捷的方式。PLC自身具有的完善的功能，模塊化的結(jié)構(gòu)，以及開發(fā)容易、操作方便、性能穩(wěn)定、可靠性高的特點和較高的性價比，使其在工業(yè)生產(chǎn)中的應用前景越發(fā)看好，而且隨著集成電路的發(fā)展和網(wǎng)絡時代的到來，PLC必將能夠有更大的用武之地。

現(xiàn)在的主要的PLC的廠商都集中在日本和美國等發(fā)達國家，國內(nèi)生產(chǎn)和制造PLC的工藝技術(shù)都還落后于這些國家。作為實現(xiàn)工業(yè)自動化的不可缺少的部分，大力發(fā)展PLC對于我國來講是很重要的，也有深遠的意義。

工業(yè)計算機---槊

計算機在最近的幾十年中，極大地改變了我們的生活。在工業(yè)中，計算機也得到了相應的應用，這就是工業(yè)計算機。所謂工業(yè)計算機，簡單的來說，就是把計算機應用在工業(yè)中，也正是因為應用在了工業(yè)中，工業(yè)計算機和普通的計算機有了不同的特點。

工業(yè)計算機的用途不用，它主要用于工業(yè)控制、測試等方面。一個工業(yè)計算機的典型應用是通過標準的串行口（RS232/485等串口）獲得外部的數(shù)據(jù)，通過計算機內(nèi)部的微處理器的計算，最后通過顯示屏或者通過串行口輸出，這樣，在工業(yè)計算機上，我們就實現(xiàn)了一個計算的過程。很明顯，這和普通的計算機的娛樂、辦公、編程方面的應用是完全不同的。

另外，工業(yè)計算機的組成部件不同。工業(yè)計算機工作的場合不同，也必然導致了其構(gòu)成的部件和通用計算機不同。比如說工業(yè)計算機可以沒有顯示屏，可以擁有多個串行口，其CPU是專用的工業(yè)控制的CPU，所用的系統(tǒng)板面積很小。以上的所有這些特點都反映了兩種計算機組成上的差別。由于工業(yè)控制的惡劣環(huán)境，經(jīng)常需要特種的部件來構(gòu)成工業(yè)控制用的計算機。比如，在一些情況下需要比較寬的工作溫度，不少工業(yè)計算機能夠在零下20度到80度的溫度范圍內(nèi)工作；另外一些情況下需要穩(wěn)定性更好的器件，比如說抗強干擾的器件。這些特點都是和工業(yè)計算機的用途密切相關的。也正是因為功能五花八門，不同的工業(yè)計算機也有不一樣的接口，通用性較普通計算機差。

工業(yè)計算機的軟件系統(tǒng)和普通計算機不同。工業(yè)計算機的軟件系統(tǒng)比較單一，主要實現(xiàn)一個特定的功能，而且由于工業(yè)計算機通常采用速度不是非?？斓?a target="_blank">處理器，使得程序的編寫要求比較高。工業(yè)計算機通常采用仿真環(huán)境來開發(fā)程序，并采用脫機運行的方式。而普通計算機擁有大量的通用的應用程序，處理器的速度非?？欤浖拈_發(fā)系統(tǒng)也完全在機器上面，無需其他環(huán)境的支持。

工業(yè)計算機的接口

事物都有兩方面，工業(yè)計算機還是和普通計算機有更多相似的特點。比如它們雖然使用的CPU不同，但是這些CPU還是相同的產(chǎn)品系列，具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；兩種計算機的總線結(jié)構(gòu)基本相同，不少工業(yè)計算機是通用計算機的簡化版本；并且不少工業(yè)計算機擁有和普通計算機相同或者相兼容的接口。

下面我們以一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為例子來說明如果研發(fā)一個工業(yè)計算機的實際過程。首先我們調(diào)查我們所需要開發(fā)的目標，通過這個目標，我們選擇一個工業(yè)計算機的典型結(jié)構(gòu)，選擇工控使用的CPU、外圍電路等。然后選擇仿真器、調(diào)試器，在PC機上開發(fā)出主要的控制程序。在程序的開發(fā)過程中，需要設計采集信號的程序、分析信號的程序、存儲的程序等。最終我們把編制完成的程序刻錄入工業(yè)計算機上的ROM中，然后去掉外圍的仿真器和調(diào)試工具，這樣一個完整的工業(yè)計算機就可以投入使用了。

現(xiàn)在，工業(yè)計算機已經(jīng)成為工業(yè)應用中不可缺少的器件之一，它有計算機的特點，也有工業(yè)設備的實用性，會在未來的自動化進程中起到不可替代的作用。

單片機的應用---棒

單片機就是在一塊硅片上集成了中央處理器，隨機存儲器，程序存儲器，定時器和各種I/O接口，也就是說集成在一塊芯片上的計算機。單片機的主要特點是體積比較小，重量輕，再加上良好的抗干擾性和可靠性，單片機已經(jīng)成為工業(yè)控制的不可缺少的器件之一。

自從1976年問世以來，單片機獲得了巨大的發(fā)展?，F(xiàn)在比較流行的單片機是美國Intel的MCS51/96以及Motorola的MC系列，Zilog的Z8系列，同時還有更多新型的、功能更強的單片機不斷出現(xiàn)。

單片機和普通計算機的區(qū)別在于其集成性，這樣單片機犧牲了廣泛意義上的通用性，主要適用于工業(yè)控制或者是集成在產(chǎn)品中。這樣單片機性能的發(fā)展也不能和普通計算機相提并論，但是對于工業(yè)的應用，單片機的速度已經(jīng)是足夠了，而且有其適應工業(yè)應用的方面。

單片機的核心部分是中央處理器（CPU），CPU主要包括運算器和控制器兩個部分，運算器中主要包括了累加器，寄存器組，算術(shù)邏輯單元，是處理能力的核心。控制器是計算機的指揮核心，包括指令部件、時序部件和微操作控制部件，其功能是完成CPU內(nèi)外的數(shù)據(jù)交換。和普通計算機不同的是，單片機采用哈佛型的體系結(jié)構(gòu)，而普通的計算機采用的諾伊曼型的結(jié)構(gòu)，即單片機采用的是數(shù)據(jù)和程序存儲器分離，而通用的計算機則是使用相同的存儲空間。單片機的存儲分為RAM和ROM兩種，其中ROM又包括PROM，EPROM，EEPROM等多種不同的類型，程序通常固化存儲在ROM中，豐富的存儲類型也使得單片機更加適合工業(yè)上不同場合的需要。重要的是，單片機還具有很強的存儲擴展能力，有能力滿足不同的存儲需要。

單片機內(nèi)部內(nèi)置的定時器和I/O接口是不可缺少的一個部分。定時器使用方便，控制方式很靈活，精度完全能夠滿足一般工業(yè)控制的需要。單片機的I/O系統(tǒng)類型豐富，具有很強的輸入輸出能力，定時器和I/O的特性也是單片機區(qū)別于普通計算機的一大特色。

單片機的開發(fā)最早主要是處于匯編級的開發(fā)，這樣，為單片機開發(fā)程序還是比較復雜的應用。雖然單片機的指令系統(tǒng)和普通計算機系統(tǒng)的指令非常類似，但它也有自己特殊的指令。比如MCS系列單片機的位尋址就是一個特有的尋址方式，這也增強了該類型單片機在處理布爾代數(shù)時候的能力。除此以外，單片機的指令格式也比較特殊。單片機的主要的開發(fā)工作都集中在接口技術(shù)，也就是為單片機進行擴展外部功能。單片機的接口技術(shù)主要包括了并行接口，串行接口，數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及接口的擴展技術(shù)。通過這些擴展工作，單片機就獲得了交互的能力，也使得內(nèi)部的處理能力得到有效的發(fā)揮。單片機發(fā)展到今天，出現(xiàn)了不少高級語言的開發(fā)工具，這些系統(tǒng)通過仿真，在更高的平臺上進行快速的開發(fā)，也為單片機的廣泛應用鋪平了道路。

單片機的主要目的是為了應用，以下的一些例子就可以看出其廣泛的應用。應用于工業(yè)的測控是單片機的主要功能之一。單片機有豐富的I/O線，較大部分的這樣的單片機都應用在汽車工業(yè)，使得汽車在局部的處理中擁有更多的智能。在汽車的局部處理中，單片機加上傳感器，再輔以固定的算法，就能夠在駕駛員不知不覺的情況下對車況進行調(diào)整。另外，隨著單片機性能的增強，單片機也同樣廣泛應用在計算機網(wǎng)絡和通信技術(shù)中。

單片機已經(jīng)無處不在，與我們生活更加相關并滲透入生活的方方面面。單片機的特點是小，也就是其集成的特性，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是普通的計算機系統(tǒng)的簡化。在增加一些外圍電路之后，就能成為一個完整的系統(tǒng)。比如，我們常用的一類電子秤，內(nèi)部就安裝了一塊單片機，再加上傳感器、顯示器和一些附加電路，就形成了一個應用系統(tǒng)。所以單片機的可擴展性是相當好的。又比如K85這樣的電腦中頻電療儀，能夠從病人身上獲取數(shù)據(jù)，然后根據(jù)現(xiàn)有的算法從幾種治療處方中選擇，而在每一種處方中還能夠根據(jù)病人的病情而改變中頻和波形及輸出電流強度。這樣可以看出單片機本身也具有和普通計算機類似的強大的處理，可以增加復雜的算法，獲得很強的數(shù)據(jù)處理能力。單片機也可以應用在電腦縫紉機上，這樣單片機可以替代很多機械部分，還能提供很多老式的縫紉機無法實現(xiàn)的圖案。所以單片機在工業(yè)中的應用，極大地提高了工業(yè)設備的智能化，提高了處理能力和處理效率，而且無需占用很大的空間和復雜的設備。

單片機已經(jīng)為我們方便生產(chǎn)和生活發(fā)揮了巨大的作用，在未來的社會主義工業(yè)化的建設中，單片機無疑會發(fā)揮更大的作用的。

繼電器控制---拐

繼電器是我們生活中常用的一種控制設備，通俗的意義上來說就是開關，在條件滿足的情況下關閉或者開啟。繼電器的開關特性在很多的控制系統(tǒng)尤其是離散的控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。從另一個角度來說，由于為某一個用途設計使用的電子電路，最終或多或少都需要和某一些機械設備相交互，所以繼電器也起到電子設備和機械設備的接口作用。

最常見的繼電器要數(shù)熱繼電器，通常使用的熱繼電器適用于交流50Hz、60Hz、額定電壓至660V、額定電流至80A的電路中，供交流電動機的過載保護用。它具有差動機構(gòu)和溫度補償環(huán)節(jié)，可與特定的交流接觸器插接安裝。

時間繼電器也是很常用的一種繼電器，它的作用是作延時元件，通常它可在交流50Hz、60Hz、電壓至380V、直流至220V的控制電路中作延時元件，按預定的時間接通或分斷電路?？蓮V泛應用于電力拖動系統(tǒng)，自動程序控制系統(tǒng)及在各種生產(chǎn)工藝過程的自動控制系統(tǒng)中起時間控制作用。

在控制中常用的中間繼電器通常用作繼電控制，信號傳輸和隔離放大等用途。此外還有電流繼電器用來限制電流、電壓繼電器用來控制電壓、靜態(tài)電壓繼電器、相序電壓繼電器、相序電壓差繼電器、頻率繼電器、功率方向繼電器、差動繼電器、接地繼電器、電動機保護繼電器等等。正是有了這些不同類型的繼電器，我們才有可能對不同的物理量作出控制，完成一個完整的控制系統(tǒng)。

除了傳統(tǒng)的繼電器之外，繼電器的技術(shù)還應用在其他的方面，比如說電機智能保護器是根據(jù)三相交流電動機的工作原理，分析導致電動機損壞的主要原因研制的，它是一種設計獨特，工作可靠的多功能保護器，在故障出現(xiàn)時，能及時切斷電源，便于實現(xiàn)電機的檢修與維護，該產(chǎn)品具有缺相保護，短路、過載保護功能，適用于各類交流電動機，開關柜，配電箱等電器設備的安全保護和限電控制，是各類電器設備設計安裝的優(yōu)選配套產(chǎn)品。該技術(shù)安裝尺寸、接線方式、電流調(diào)整與同型號的雙金屬片式熱繼電器相同。是直接代替雙金屬片式熱繼電器的更新?lián)Q代的先進電子產(chǎn)品。而其真正的原理還是繼電器技術(shù)。

繼電器技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)和計算機技術(shù)結(jié)合起來，產(chǎn)生了可編程控制器的技術(shù)?？删幊炭刂破骱喎Q作PLC。它是將微電腦技術(shù)直接用于自動控制的先進裝置。它具有可靠性高，抗干擾性強，功能齊全，體積小，靈活可擴，軟件直接、簡單，維護方便，外形美觀等優(yōu)點；以往繼電器控制的電梯有幾百個觸點控制電梯的運行。有一個觸點接觸不良，就會引起故障，維修也相當麻煩，而PLC控制器內(nèi)部有幾百個固態(tài)繼電器，幾十個定時器/計數(shù)器，具備停電記憶功能，輸入輸出采用光電隔離，控制系統(tǒng)故障僅為繼電器控制方式的10%。正因為如此，國家有關部門已明文規(guī)定從97年起新產(chǎn)電梯不得使用繼電器控制電梯，改用PLC微電腦控制電梯。

可以看出，繼電器技術(shù)在日常生活中無所不在，而且和電腦的緊密結(jié)合更加增強了它的活力，使得繼電器為我們的生活更好地服務。

液壓傳動控制系統(tǒng)---流星

液壓傳動控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過程。因為液壓傳動控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實現(xiàn)各種機械和自動控制的學科。液壓傳動利用這種元件來組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機組合成為完成一定控制功能的傳動系統(tǒng)來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。

從原理上來說，液壓傳動所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處的壓強是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達到一個變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來達到力的傳遞。

液壓傳動基本原理

液壓傳動中所需要的元件主要有動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等。其中液壓動力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動力的部件，主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠容積變化原理來工作，所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪泵是最常見的一種液壓泵，它通過兩個嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動使得液體進行運動。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵，在選擇液壓泵的時候主要需要注意的問題包括消耗的能量、效率、降低噪音。

液壓執(zhí)行元件是用來執(zhí)行將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變成機械能的裝置，主要包括液壓缸和液壓馬達。液壓馬達是與液壓泵做相反的工作的裝置，也就是把液壓的能量轉(zhuǎn)換稱為機械能，從而對外做功。

液壓控制元件用來控制液體流動的方向、壓力的高低以及對流量的大小進行預期的控制，以滿足特定的工作要求。正是因為液壓控制元器件的靈活性，使得液壓控制系統(tǒng)能夠完成不同的活動。液壓控制元件按照用途可以分成壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥。按照操作方式可以分成人力操縱閥、機械操縱法、電動操縱閥等。

除了上述的元件以外，液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件。這些元件包括管路和管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和密封裝置。通過以上的各個器件，我們就能夠建設出一個液壓回路。所謂液壓回路就是通過各種液壓器件構(gòu)成的相應的控制回路。根據(jù)不同的控制目標，我們能夠設計不同的回路，比如壓力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。

根據(jù)液壓傳動的結(jié)構(gòu)及其特點，在液壓系統(tǒng)的設計中，首先要進行系統(tǒng)分析，然后擬定系統(tǒng)的原理圖，其中這個原理圖是用液壓機械符號來表示的。之后通過計算選擇液壓器件，進而再完成系統(tǒng)的設計和調(diào)試。這個過程中，原理圖的繪制是最關鍵的。它決定了一個設計系統(tǒng)的優(yōu)劣。

液壓傳動的應用性是很強的，比如裝卸堆碼機液壓系統(tǒng)，它作為一種倉儲機械，在現(xiàn)代化的倉庫里利用它實現(xiàn)紡織品包、油桶、木桶等貨物的裝卸機械化工作。也可以應用在萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)等生產(chǎn)實踐中。這些系統(tǒng)的特點是功率比較大，生產(chǎn)的效率比較高，平穩(wěn)性比較好。

液壓作為一個廣泛應用的技術(shù)，在未來更是有廣闊的前景。隨著計算機的深入發(fā)展，液壓控制系統(tǒng)可以和智能控制的技術(shù)、計算機控制的技術(shù)等技術(shù)結(jié)合起來，這樣就能夠在更多的場合中發(fā)揮作用，也可以更加精巧的、更加靈活地完成預期的控制任務。