西门子模块6ES7223-1HF22-0XA8详细使用

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 1. 可编程控制器的定义

    可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的*工业控制装置。在1987年电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

    “PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。"

    2. PLC的特点

    2.1可靠性高，抗干扰力

    高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了*的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均*时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均*工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有*的可靠性也就不奇怪了。

    PLC发展到，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

    2.3易学易用，深受工程技术人员欢

    PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

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PLC系统中干扰的主要来源及途径

（1）强电干扰：PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化， 如刀开关的使用均会产生电网内部的扰动。

刀开关也就是我们通常所说的闸刀开关，是一种接通和分断交直流电路或作隔离开关用的手动开关装置。操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。

（2）柜内干扰：控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。

来自信号线引入的干扰：与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。

    此干扰主要有两种途径：一是通过变送器

变送器是将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽视；

    二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I／O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。

（3）来自接地系统混乱时的干扰：接地是**电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。

（4）来自PLC系统内部的干扰：主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路

逻辑电路是包含逻辑关系的数字电路， 以二进制为原理、实现数字离散信号的传递，逻辑运算和操作的电路。基本的逻辑电路是常见的门电路，门电路为与电路、或电路和非电路。相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。

（5）变频器干扰：一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。

    2.4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

  PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

    2.5体积小，重量轻，能耗低

    以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

    3. PLC的应用领域

    目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

    3.1开关量的逻辑控制

    这是PLC基本、广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机**及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

    3.2模拟量控制

   在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、**、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

    3.3运动控

    PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。**上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

    3.4过程控制

启动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。
启动方式 
运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软起动一般有下面几种起动方式。

斜坡升压软起动
这种起动方式，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是，由于不限流，在电机起动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。

斜坡恒流软起动
这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定（t1至t2阶段），直至起动完毕。起动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。该起动方式是应用多的起动方式，尤其适用于风机、泵类负载的起动。

阶跃起动
开机，即以短时间，使起动电流迅速达到设定值，即为阶跃起动。通过调节起动电流设定值，可以达到快速起动效果。

脉冲冲击起动
在起动开始阶段，让晶闸管在极短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流起动。该起动方法，在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合。软起动与传统减压起动方式的不同之处在哪里？笼型电机传统的减压起动方式有Y-q 起动、自耦减压起动、电抗器起动等。这些起动方式都属于有级减压起动，存在明显缺点，即起动过程中出现二次冲击电流。软起动与传统减压起动方式的不同之处是：（1）无冲击电流。软起动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。（2）恒流起动。软起动器可以引入电流闭环控制，使电机在起动过程中保持恒流，确保电机平稳起动。（3）根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至的起动电流。

电压双斜坡起动
在起动过程中，电机的输出力矩随电压增加，在起动时提供一个初始的起动电压Us，Us根据负载可调，将Us调到大于负载静磨擦力矩，使负载能立即开始转动。这时输

出电压从Us开始按一定的斜率上升(斜率可调)，电机不断加速。当输出电压达到达速电压Ur时，电机也基本达到额定转速。软起动器在起动过程中自动检测达速电压，当电机达到额定转速时，使输出电压达到额定电压。

限流起动
就是电机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值(Im)的软起动方式。其输出电压从零开始迅速增长，直到输出电流达到预先设定的电流限值Im，然后保持输出电流I这种起动方式的优点是起动电流小，且可按需要调整。对电网影响小，其缺点是在起动时难以知道起动压降，不能充分利用压降空间。

突跳起动
在起动开始阶段，让晶闸管在极短的时间内全导通后回落，再按原设定的值线性上升，进入恒流起动，该起动方法适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合。

节能原理
电动机属感性负载，电流滞后电压，大多数用电器都属此类

。为了**功率因数须用容性负载来补偿，并电容或用同步电动机补偿。降低电动机的激磁电流也可**功率因数（HPS2节能功能，在轻载时降低电压，使激磁电流降低，使COS∮**）。 节能运行模式：轻载时降低电压减少了激磁电流，电机电流分为有功分量和无功分量（激磁分量）**COS∮。

运行模式
当电动机负载轻时，软启动器在选择节能功能的状态下，PF开关热拨至Y位，在电流反馈的作用下，软启动器自动降低电动机电压。减少了电动机电流的励磁分量。从而**了电动机的功率因数（COS∮）。（国产软启动器多无此功能）在接触器旁路状态下无法实现此功能。TPF开关提供了节能功能的两种反应时间；正常、慢速。节能运行模式：自动节能运行。（正常、慢速两种反应速度）空载节能40%，负载节能5%。

保护功能
(1)过载保护功能：软起动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时

，关断晶闸管并发出报警信号。

(2)缺相保护功能：工作时，软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。

(3)过热保护功能：通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。(4)其它功能：通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它种种联锁保护。

软启动器工作原理

软起动器(软启动器)是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。
软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。
使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，
电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。
待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，
为电动机正常运转提供额 定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，**其工作效率，
又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，
转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。

保护功能
(1)过载保护功能：软起动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。
通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时 ，关断晶闸管并发出报警信号。 
(2)缺相保护功能：工作时，软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。 
(3)过热保护功能：通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。 
(4)其它功能：通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它种种联锁保护。

 由于plc通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、设计周期短、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域。随着职业教育的发展，为了适应PLC日益广泛应用形势，近几年，许多职业院校都开设了《PLC应用技术》这门课程。如何在职业院校教好这门课程，变得尤为重要。
　　一、存在主要问题及原因分析
　　存在的主要问题是学生学习兴趣不浓，注意力不集中；重实践，轻理论；学生不积极参与课堂，学习无动力。
　　造成这些现状的原因是多方面的，教学过程中以教师为中心的传统教学模式和单一的教学方法，阻碍了学生的思维和智力的发展，极大地扼杀了学生的学习兴趣和学习激情；由于教材涉及技能训练的内容较多，制约了新教学手段的关键所在；课程安排的先后顺序，理论与实践之间的关系不能很好的解决；不合理的考核方式制约了学生的学习热情，阻碍了学生的学习动力。因此，从激发学生学习兴趣着手，根据多年的教学经验对其教材进行重新编排，使整个教学过程通俗易懂，实现学生为主、能力本位的教学思想。
　　二、课程的教学改革与实施
　　1.注重情感教育，激发学生学习兴趣
　　“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”兴趣是好的老师，是学生主动学习、积极思考的内在动力。PLC可编程控制器实验室设备它是教学活动开始的前提，但它不会无缘无故地产生，它需要教师去激发和用心培养。
　　首先，以通俗形象的实例上好次课。刚开始上PLC课程时，学生对本课程不了解，很容易理解为计算机之类的编程课程，产生难学没有信心的念头。在教学活动中，列举学生日常生活中息息相关的例子吸引学生的注意，把有兴趣的东西引入课堂，从而激发学生的学习兴趣。比如，在讲授PLC的应用时，列举PLC在工业、农业、交通运输业及日常生活中广泛应用的例子，如汽车生产流水线、学校的机械加工中心、数控机床、机械手控制、电梯控制、货物的存取及运输，甚至机器人的控制等都有PLC的身影，还有十字路口的交通灯，音乐喷泉……但是，PLC怎样来实现的？这些问题学生都急于想知道，从而达到了“我想学”的佳心态。这些都将成为学生学习的动力，变被动学习为主动学习。
　　其次，用心上好每一节课。用教师人格魅力将学生的心收拢到课堂上来，用知识的力量去征服学生的心，PLC控制器综合实训装置用老师为人师表的言行去感染学生的心。让学生做学习的主人，当知识的探索者；只有当教师把爱融入教学细节中，与学生产生共鸣，才能唤起学生对PLC理论课程的热爱。
　　2.改革教学内容，实现课题式单元教学
　　理论教材一般是按照基本原理、基本指令、基本应用、基本操作等分成各个独立的章节编写。编者按照结构严谨性编书，教师实施教学时，则要考虑学习者的认知过程。这是教材使用者要注意处理好的问题。为此，作者在PLC教学中采用了课题式单元教学，重新自编教学内容，作者搜集的PLC应用实例通过筛选、整合成六个单元模块，单元主题分别是PLC原理、时序控制、计数控制、位置控制、步进控制和特殊功能综合应用。每个单元由五个模块组成。每个模块以一个应用实例为主题，其内容包括：应用实例的生产目的、生产条件、生产环境的介绍；用PLC实现的控制线路，基本指令、编程方法、调试。单元内的课题按其难易程度安排教学的先后顺序。单元有电机点动控制、电机连续控制、电机正反转控制、PLC实训装置电机手动Y/Δ控制、抢答器控制系统这五个实例作为对PLC工作原理部分的学习（包含几个基本指令的学习）。第二单元以电机自动Y/Δ降压启动控制、声光报警器、多台电机顺序控制、货物传输控制、灯光喷泉综合控制等五个实例为学习对象，学习按时间顺序控制的原理及应用。从以上列举的两个单元可知，作者精选设计的每个实例有一定的科学性，由简到繁、由易到难。单元内的实例都能有效地为该单元核心内容的教学服务。因此说，要改革传统教学为课题式教学，必须合理地设计好每个实例课题。