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)中調整介質的方向、流量、速度和其他的參數。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)，就是以氣體為介質的控制系統(tǒng)。氣動系統(tǒng)中，這種能源的介質通常就是空氣。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；速度調節(jié)閥能簡便實現(xiàn)執(zhí)行元件的無級調速。

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，電磁閥技術與控制技術、計算機技術、電子技術相結合，已經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。

電磁閥已經廣泛地應用在生產的各個領域中，隨著電磁控制技術和制造工藝的提高，電磁閥能夠實現(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、產品的計數、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（ProgrammableLogicalController）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，時序和計數以及算術運算等控制程序，用一串指令的形式存放到存儲器中，然后根據存儲的控制內容，經過模擬，數字等輸入輸出部件，對生產設備和生產過程進行控制的裝置。

PLC是基于計算機技術和自動控制理論發(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)結構，硬件組成，軟件結構以及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，但是在結構上是基本相同的，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固化在ROM中，RAM則為程序運行提供了存儲實時數據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，使得生產過程的各個執(zhí)行機構自動地按照順序動作。PLC的應用大大促進了流水線技術的發(fā)展。

今天的PLC已經開始用于閉環(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)展的計算機技術相聯(lián)系，逐步形成一門較為獨立的新興技術和具有特色的各種系列產品，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，模塊化的結構，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，國內生產和制造PLC的工藝技術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）獲得外部的數據，通過計算機內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，經常需要特種的部件來構成工業(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?？斓奶幚砥?，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還是相同的產品系列，具有相同的內部結構；兩種計算機的總線結構基本相同，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。

下面我們以一個數據采集系統(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)計算機的典型結構，選擇工控使用的CPU、外圍電路等。然后選擇仿真器、調試器，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。現(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內外的數據交換。和普通計算機不同的是，單片機采用哈佛型的體系結構，而普通的計算機采用的諾伊曼型的結構，即單片機采用的是數據和程序存儲器分離，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。

單片機內部內置的定時器和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，也就是為單片機進行擴展外部功能。單片機的接口技術主要包括了并行接口，串行接口，數模轉換器和模數轉換器以及接口的擴展技術。通過這些擴展工作，單片機就獲得了交互的能力，也使得內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絡和通信技術中。

單片機已經無處不在，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，其內部的結構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據，然后根據現(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，獲得很強的數據處理能力。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。

單片機已經為我們方便生產和生活發(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，繼電器的技術還應用在其他的方面，比如說電機智能保護器是根據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)選配套產品。該技術安裝尺寸、接線方式、電流調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代的先進電子產品。而其真正的原理還是繼電器技術。

繼電器技術發(fā)展到現(xiàn)在，已經和計算機技術結合起來，產生了可編程控制器的技術?？删幊炭刂破骱喎Q作PLC。它是將微電腦技術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控制器內部有幾百個固態(tài)繼電器，幾十個定時器/計數器，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，繼電器技術在日常生活中無所不在，而且和電腦的緊密結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，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成的相應的控制回路。根據不同的控制目標，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。

根據液壓傳動的結構及其特點，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)等生產實踐中。這些系統(tǒng)的特點是功率比較大，生產的效率比較高，平穩(wěn)性比較好。

液壓作為一個廣泛應用的技術，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、計算機控制的技術等技術結合起來，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。