簡述PLC控制柜和伺服電機的區別

一、功能作用

1. PLC 控制柜
   • 邏輯控制中心：PLC 控制柜相當于自動化系統的 “大腦”，主要負責邏輯控制和數據處理。它接收來自各種傳感器（如溫度傳感器、限位開關等）的輸入信號，按照預先編寫的程序進行邏輯運算（如與、或、非等邏輯關系），然后輸出控制信號來協調和管理整個自動化系統中各個設備的運行順序和工作方式。
   • 系統監控與管理：可以對工業過程中的各種參數（如溫度、壓力、流量等）進行采集、存儲和分析。例如，在一個化工生產過程中，PLC 控制柜能夠實時監測反應釜內的溫度、壓力等參數，并根據這些參數的變化來控制加熱或冷卻設備、進料閥門等的開啟和關閉，以確保生產過程的安全和穩定。同時，它還能實現設備的故障診斷和報警功能，當檢測到設備故障或異常情況時，能夠及時發出警報信號并采取相應的保護措施。
2. 伺服電機
   • 動力執行單元：伺服電機是一種將電信號轉換為精確的機械運動的執行元件。它主要用于提供精確的位置、速度或轉矩控制，以驅動負載（如機械臂、傳送帶、機床刀具等）按照預定的要求進行運動。例如，在工業機器人的關節處，伺服電機能夠根據控制系統的指令，精確地控制關節的角度和運動速度，從而實現機器人手臂的精準定位和復雜軌跡的跟蹤。
   • 運動精度保障：其核心特點是高精度和高動態響應。通過內置的編碼器反饋電機的實際位置、速度等信息，伺服電機能夠實現閉環控制，使輸出的機械運動具有很高的精度。在需要精確控制運動的場合，如精密加工、半導體制造等領域，伺服電機能夠滿足微小位移和高速運動的精確控制需求。

二、內部結構

1. PLC 控制柜
   • 柜體與防護結構：由柜體構成外殼，一般采用冷軋鋼板制作，具有一定的強度和防護能力，能防止灰塵、水濺和一定程度的機械碰撞。柜體的防護等級（如 IP30、IP40 等）根據使用環境的不同而有所差異，以確保內部電氣元件的安全。
   • 核心控制器及模塊：內部核心是 PLC（可編程邏輯控制器），它包括 CPU（中央處理器）、存儲器、通信接口等部分。CPU 用于執行程序指令和數據處理，存儲器用于存儲用戶程序、系統參數和數據，通信接口用于與外部設備（如上位機、觸摸屏、其他 PLC 等）進行通信。此外，還有輸入輸出（I/O）模塊，用于連接外部傳感器和執行器，將輸入信號轉換為 PLC 能夠處理的數字或模擬信號，并將 PLC 的輸出信號轉換為能夠驅動外部設備的信號。電源模塊則為整個控制柜內的設備提供穩定的電源。
2. 伺服電機
   • 電機主體結構：主要由定子和轉子兩大部分組成。定子部分包括定子鐵芯（通常由硅鋼片疊壓而成）和定子繞組（由漆包線繞制的線圈），其作用是產生旋轉磁場。轉子部分根據電機類型有所不同，常見的有永磁式轉子（由永磁體構成，如釹鐵硼永磁體）和鼠籠式轉子（主要由轉子鐵芯、短路環和導條組成）。永磁式轉子通過與定子旋轉磁場的相互作用產生轉矩，鼠籠式轉子則是通過感應電流與旋轉磁場相互作用產生轉矩。
   • 編碼器組件：伺服電機通常配備編碼器，這是它實現高精度控制的關鍵部件。編碼器主要有光電編碼器和電磁編碼器兩種類型，其工作原理是通過光電或電磁感應來檢測電機轉子的位置、速度和方向等信息。例如，光電編碼器內部有發光二極管、光電探測器和碼盤，電機轉動時碼盤隨之轉動，通過光電轉換產生脈沖信號，這些信號用于反饋電機的運動狀態。

三、工作原理

1. PLC 控制柜
   • 程序控制邏輯：基于用戶編寫的程序來工作。用戶通過編程語言（如梯形圖、指令表等）對 PLC 進行編程，設定控制邏輯。當外部輸入信號發生變化時，PLC 按照掃描周期依次讀取輸入信號狀態，執行程序中的邏輯運算和數據處理指令，然后更新輸出信號狀態，從而控制外部設備的運行。這個過程是一個循環掃描的過程，掃描周期一般在幾毫秒到幾十毫秒之間，具體取決于程序的復雜程度和 PLC 的性能。
   • 通信與協調原理：通過各種通信協議（如 Modbus、Profibus 等）與其他設備進行通信。它可以接收上位機（如工業計算機）發送的控制指令和參數設置，也可以將自身采集到的數據和設備狀態發送給上位機進行監控和管理。在一個復雜的自動化系統中，多個 PLC 控制柜之間也可以進行通信，相互配合完成復雜的生產任務，如在大型自動化工廠的不同車間之間進行數據交換和協同控制。
2. 伺服電機
   • 電磁驅動原理：當定子繞組通入交流電時，會在定子內部產生旋轉磁場。對于永磁同步伺服電機，這個旋轉磁場與轉子的永磁磁場相互作用產生轉矩，驅動轉子同步旋轉；對于感應伺服電機，旋轉磁場切割轉子導條產生感應電流，感應電流與旋轉磁場相互作用產生轉矩使轉子轉動。
   • 閉環反饋控制：在運行過程中，編碼器不斷地將電機的實際位置、速度等信息反饋給驅動器。驅動器將反饋信息與輸入的目標位置、速度或轉矩指令進行比較，計算出偏差信號。然后，根據偏差信號調整電機的輸入電流或電壓，從而使電機的實際運動狀態與目標狀態保持一致，實現精確的運動控制。這種閉環控制方式能夠有效地克服負載變化、電機參數變化等因素對運動精度的影響。

四、應用場景

1. PLC 控制柜
   • 廣泛的工業自動化領域：在各種工業生產過程中都有廣泛應用，如制造業（機械加工、裝配生產線等）、化工行業（化工反應過程控制、物料輸送等）、電力行業（變電站自動化、分布式能源系統控制等）。它可以控制多個設備的協同工作，管理復雜的生產流程和工藝，適用于對邏輯控制和系統集成要求較高的場合。
   • 自動化設備的控制核心：是自動化設備（如自動化倉庫、自動售貨機等）的關鍵組成部分，用于實現設備的自動化操作、監控和管理。例如，在自動化倉庫系統中，PLC 控制柜可以控制堆垛機的升降、行走，輸送機的啟停等操作，協調各個設備完成貨物的存儲和取出任務。
2. 伺服電機
   • 高精度運動控制場合：主要應用于需要精確控制位置、速度或轉矩的場景，如數控機床（控制刀具運動）、工業機器人（關節運動控制）、半導體制造設備（晶圓搬運和加工）、精密印刷設備（紙張或板材的精確傳送和定位）等。在這些領域，伺服電機的高精度和高動態響應特性能夠滿足高質量產品生產的要求。
   • 自動化驅動系統：作為自動化驅動系統的動力源，用于驅動各種需要精確運動控制的機械裝置，如自動化生產線中的機械臂、傳送帶、分度盤等。在這些應用中，伺服電機能夠提供穩定的動力輸出和精確的運動控制，提高生產效率和產品質量。