西門子電源6EP1332-1SH43

 1. 可編程控制器的定義

    可編程控制器，簡(jiǎn)稱PLC（Programmable logic Controller）,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的*工業(yè)控制裝置,。在1987年電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：

    “PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置,。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算,、順序運(yùn)算,、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程,。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體,，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。"

    2. PLC的特點(diǎn)

    2.1可靠性高,，抗干擾力

    高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能,。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造,，內(nèi)部電路采取了*的抗干擾技術(shù),，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均*時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均*工作時(shí)間則更長(zhǎng),。從PLC的機(jī)外電路來說,，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比,，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一,，故障也就大大降低。此外,，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能,，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中,，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序,，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣,，整個(gè)系統(tǒng)具有*的可靠性也就不奇怪了,。

    PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大,、中,、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合,。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力,，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域,。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制,、溫度控制,、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展,，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易,。

    2.3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡

    PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī),，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備,。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受,。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近,，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路,、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門,。

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PLC系統(tǒng)中干擾的主要來源及途徑

（1）強(qiáng)電干擾：PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電,。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓,。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化,， 如刀開關(guān)的使用均會(huì)產(chǎn)生電網(wǎng)內(nèi)部的擾動(dòng)。

刀開關(guān)也就是我們通常所說的閘刀開關(guān),，是一種接通和分?jǐn)嘟恢绷麟娐坊蜃鞲綦x開關(guān)用的手動(dòng)開關(guān)裝置,。操作浪涌、大型電力設(shè)備起停,、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波,、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊,。

（2）柜內(nèi)干擾：控制柜內(nèi)的高壓電器,，大的電感性負(fù)載，混亂的布線都容易對(duì)PLC造成一定程度的干擾,。

來自信號(hào)線引入的干擾：與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線,，除了傳輸有效的各類信息之外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入,。

    此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器

變送器是將物理測(cè)量信號(hào)或普通電信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設(shè)備,。供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾,這往往被忽視；

    二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾,，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾,，這是很嚴(yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I／O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低,，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷,。

（3）來自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾：接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一,。正確的接地,，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾,；而錯(cuò)誤的接地,，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào),，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。

（4）來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾：主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生,，如邏輯電路

邏輯電路是包含邏輯關(guān)系的數(shù)字電路,， 以二進(jìn)制為原理,、實(shí)現(xiàn)數(shù)字離散信號(hào)的傳遞，邏輯運(yùn)算和操作的電路,?；镜倪壿嬰娐肥浅Ｒ姷拈T電路，門電路為與電路,、或電路和非電路。相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響,，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等,。

（5）變頻器干擾：一是變頻器啟動(dòng)及運(yùn)行過程中產(chǎn)生諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾,，引起電網(wǎng)電壓畸變,，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量,；二是變頻器的輸出會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾，影響周邊設(shè)備的正常工作,。

    2.4系統(tǒng)的設(shè)計(jì),、建造工作量小，維護(hù)方便,，容易改造

  PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯,，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短,，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來,。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種,、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合,。

    2.5體積小，重量輕,，能耗低

    以超小型PLC為例,，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm,，重量小于150g,，功耗僅數(shù)瓦,。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備,。

    3. PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

    目前,，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵,、石油,、化工、電力,、建材,、機(jī)械制造,、汽車,、輕紡、交通運(yùn)輸,、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè),，使用情況大致可歸納為如下幾類。

    3.1開關(guān)量的邏輯控制

    這是PLC基本,、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制,、順序控制,，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線,。如注塑機(jī),、印刷機(jī)、訂書機(jī)械,、組合機(jī)床,、磨床、包裝生產(chǎn)線,、電鍍流水線等,。

    3.2模擬量控制

   在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量,，如溫度,、壓力、流量,、液位和速度等都是模擬量,。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換,。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊,，使可編程控制器用于模擬量控制。

    3.3運(yùn)動(dòng)控

    PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制,。從控制機(jī)構(gòu)配置來說,，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用的運(yùn)動(dòng)控制模塊,。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊,。**上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能,，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床,、機(jī)器人,、電梯等場(chǎng)合。

    3.4過程控制

啟動(dòng)器是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車,、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置,，國(guó)外稱為Soft Starter,。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路,。運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo)通角,，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能,。
啟動(dòng)方式 
運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的軟起動(dòng)器,，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升,，直至起動(dòng)結(jié)束,，賦予電機(jī)全電壓,，即為軟起動(dòng),，在軟起動(dòng)過程中,，電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加,，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。軟起動(dòng)一般有下面幾種起動(dòng)方式,。

斜坡升壓軟起動(dòng)
這種起動(dòng)方式,，不具備電流閉環(huán)控制,，僅調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角,，使之與時(shí)間成一定函數(shù)關(guān)系增加,。其缺點(diǎn)是，由于不限流,，在電機(jī)起動(dòng)過程中，有時(shí)要產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞,，對(duì)電網(wǎng)影響較大,，實(shí)際很少應(yīng)用。

斜坡恒流軟起動(dòng)
這種起動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的初始階段起動(dòng)電流逐漸增加,，當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定（t1至t2階段）,，直至起動(dòng)完畢,。起動(dòng)過程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定,。電流上升速率大，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,，起動(dòng)時(shí)間短,。該起動(dòng)方式是應(yīng)用多的起動(dòng)方式,，尤其適用于風(fēng)機(jī),、泵類負(fù)載的起動(dòng),。

階躍起動(dòng)
開機(jī),，即以短時(shí)間，使起動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值,，即為階躍起動(dòng),。通過調(diào)節(jié)起動(dòng)電流設(shè)定值,，可以達(dá)到快速起動(dòng)效果,。

脈沖沖擊起動(dòng)
在起動(dòng)開始階段，讓晶閘管在極短時(shí)間內(nèi),，以較大電流導(dǎo)通一段時(shí)間后回落，再按原設(shè)定值線性上升,，連入恒流起動(dòng)。該起動(dòng)方法,，在一般負(fù)載中較少應(yīng)用,，適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合。軟起動(dòng)與傳統(tǒng)減壓起動(dòng)方式的不同之處在哪里,？籠型電機(jī)傳統(tǒng)的減壓起動(dòng)方式有Y-q 起動(dòng),、自耦減壓起動(dòng)、電抗器起動(dòng)等,。這些起動(dòng)方式都屬于有級(jí)減壓起動(dòng),，存在明顯缺點(diǎn),，即起動(dòng)過程中出現(xiàn)二次沖擊電流,。軟起動(dòng)與傳統(tǒng)減壓起動(dòng)方式的不同之處是：（1）無沖擊電流,。軟起動(dòng)器在起動(dòng)電機(jī)時(shí),，通過逐漸增大晶閘管導(dǎo)通角,，使電機(jī)起動(dòng)電流從零線性上升至設(shè)定值,。（2）恒流起動(dòng)。軟起動(dòng)器可以引入電流閉環(huán)控制,，使電機(jī)在起動(dòng)過程中保持恒流,，確保電機(jī)平穩(wěn)起動(dòng),。（3）根據(jù)負(fù)載情況及電網(wǎng)繼電保護(hù)特性選擇，可自由地?zé)o級(jí)調(diào)整至的起動(dòng)電流,。

電壓雙斜坡起動(dòng)
在起動(dòng)過程中,，電機(jī)的輸出力矩隨電壓增加，在起動(dòng)時(shí)提供一個(gè)初始的起動(dòng)電壓Us,，Us根據(jù)負(fù)載可調(diào),，將Us調(diào)到大于負(fù)載靜磨擦力矩，使負(fù)載能立即開始轉(zhuǎn)動(dòng),。這時(shí)輸

出電壓從Us開始按一定的斜率上升(斜率可調(diào)),，電機(jī)不斷加速,。當(dāng)輸出電壓達(dá)到達(dá)速電壓Ur時(shí)，電機(jī)也基本達(dá)到額定轉(zhuǎn)速,。軟起動(dòng)器在起動(dòng)過程中自動(dòng)檢測(cè)達(dá)速電壓,，當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，使輸出電壓達(dá)到額定電壓,。

限流起動(dòng)
就是電機(jī)的起動(dòng)過程中限制其起動(dòng)電流不超過某一設(shè)定值(Im)的軟起動(dòng)方式,。其輸出電壓從零開始迅速增長(zhǎng)，直到輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im,，然后保持輸出電流I這種起動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小,，且可按需要調(diào)整。對(duì)電網(wǎng)影響小,，其缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降,，不能充分利用壓降空間。

突跳起動(dòng)
在起動(dòng)開始階段,，讓晶閘管在極短的時(shí)間內(nèi)全導(dǎo)通后回落,，再按原設(shè)定的值線性上升，進(jìn)入恒流起動(dòng),，該起動(dòng)方法適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合,。

節(jié)能原理
電動(dòng)機(jī)屬感性負(fù)載，電流滯后電壓,，大多數(shù)用電器都屬此類

,。為了提高功率因數(shù)須用容性負(fù)載來補(bǔ)償，并電容或用同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償,。降低電動(dòng)機(jī)的激磁電流也可提高功率因數(shù)（HPS2節(jié)能功能,，在輕載時(shí)降低電壓，使激磁電流降低,，使COS∮提高）,。 節(jié)能運(yùn)行模式：輕載時(shí)降低電壓減少了激磁電流，電機(jī)電流分為有功分量和無功分量（激磁分量）提高COS∮,。

運(yùn)行模式
當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載輕時(shí),，軟啟動(dòng)器在選擇節(jié)能功能的狀態(tài)下，PF開關(guān)熱撥至Y位,，在電流反饋的作用下,，軟啟動(dòng)器自動(dòng)降低電動(dòng)機(jī)電壓。減少了電動(dòng)機(jī)電流的勵(lì)磁分量,。從而提高了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)（COS∮）,。（國(guó)產(chǎn)軟啟動(dòng)器多無此功能）在接觸器旁路狀態(tài)下無法實(shí)現(xiàn)此功能。TPF開關(guān)提供了節(jié)能功能的兩種反應(yīng)時(shí)間,；正常,、慢速,。節(jié)能運(yùn)行模式：自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行。（正常,、慢速兩種反應(yīng)速度）空載節(jié)能40%,，負(fù)載節(jié)能5%。

保護(hù)功能
(1)過載保護(hù)功能：軟起動(dòng)器引進(jìn)了電流控制環(huán),，因而隨時(shí)跟蹤檢測(cè)電機(jī)電流的變化狀況,。通過增加過載電流的設(shè)定和反時(shí)限控制模式，實(shí)現(xiàn)了過載保護(hù)功能,，使電機(jī)過載時(shí)

,，關(guān)斷晶閘管并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

(2)缺相保護(hù)功能：工作時(shí),，軟起動(dòng)器隨時(shí)檢測(cè)三相線電流的變化,，一旦發(fā)生斷流，即可作出缺相保護(hù)反應(yīng),。

(3)過熱保護(hù)功能：通過軟起動(dòng)器內(nèi)部熱繼電器檢測(cè)晶閘管散熱器的溫度,，一旦散熱器溫度超過允許值后自動(dòng)關(guān)斷晶閘管，并發(fā)出報(bào)警信號(hào),。(4)其它功能：通過電子電路的組合,，還可在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)其它種種聯(lián)鎖保護(hù)。

軟啟動(dòng)器工作原理

軟起動(dòng)器(軟啟動(dòng)器)是一種集電機(jī)軟起動(dòng),、軟停車,、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國(guó)外稱為Soft Starter,。
軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器,，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路,。
使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí),，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速,，直到晶閘管全導(dǎo)通,，
電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng),，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘,。
待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí),，啟動(dòng)過程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管,，
為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額 定電壓,，以降低晶閘管的熱損耗,，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率,，
又使電網(wǎng)避免了諧波污染,。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過程相反,，電壓逐漸降低,，
轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊,。

保護(hù)功能
(1)過載保護(hù)功能：軟起動(dòng)器引進(jìn)了電流控制環(huán),，因而隨時(shí)跟蹤檢測(cè)電機(jī)電流的變化狀況。
通過增加過載電流的設(shè)定和反時(shí)限控制模式,，實(shí)現(xiàn)了過載保護(hù)功能,，使電機(jī)過載時(shí) ，關(guān)斷晶閘管并發(fā)出報(bào)警信號(hào),。 
(2)缺相保護(hù)功能：工作時(shí),，軟起動(dòng)器隨時(shí)檢測(cè)三相線電流的變化，一旦發(fā)生斷流,，即可作出缺相保護(hù)反應(yīng),。 
(3)過熱保護(hù)功能：通過軟起動(dòng)器內(nèi)部熱繼電器檢測(cè)晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值后自動(dòng)關(guān)斷晶閘管,，并發(fā)出報(bào)警信號(hào),。 
(4)其它功能：通過電子電路的組合，還可在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)其它種種聯(lián)鎖保護(hù),。