毕业设计（论文）-PLC控制的双路电源自动投入装置.doc

plc控制的双路电源自动投入装置51plc控制的双路电源自动投入装置摘要备用电源自动投入装置在电力系统中应用广泛 ,应用可编程逻辑控制器 (plc)可实现备用电源自动投入。对主接线的两种备自投情况进行了分析，因其互投情况复杂，故可以通过软件编程集中实现，与传统的继电器组成的备用电源自动投入装置相比 ,该装置具有可靠性高、灵活性好、接线简单、调试方便和投资小等优点。本文全面分析了plc控制的双路电源自动投入装置，采用cpu226型plc成功完成一台在现场运行的装置，该装置能够很好的检查出双路电源的过压、欠压和缺相，可以及时反应双路电源的运行状态。初步解决了低压供电中的相互备用问题，大大提高了供电的可靠性和连续性。关键词:plc 备用电源 自动装置 abstract automatic standby power supply switching device is applied in power system widely. the device can be realized by using plc. the two cases of automatic standby power supply switching of internal bridge main connection were analyzed. because of the difference between charge and discharge condition of the four cases, they can be realized by means of software programming of plc. the device has merits of high reliability, flexible controlling,simple connection mode, convenient debugging and economical investment compared with the same conventional device constructed by using relays.the article mainly analyses the automative throwing device of dual road power sources which is controlled by the plc equipment ，it has adopt the type of cpu226 plc to accomplish one device working in scene successfully ，it can be well in examing over-voltage、less-voltage and lack of phase of the dual road power sources，it can also reacte the operation state of the dual roads power sources timely static state . it initially solutes the problem of the mutual-backup in the supplying，it improves the reliability and the continuity of the supplying electricity greatly keywords：plc standby power source automation device目录摘要iabstract.ii第一章 引言.11.1设计背景11.2备用电源自动投入装置的原理11.3备用电源自动投入装置的要求21.4技术综述4第二章 系统设计.52.1 备用电源自动投入的控制原理52.2使用cpu226型的plc来控制运行的双路电源自动投入装置实现相互备用62.3采样信号介绍72.4备自投装置控制系统的组成：7第三章 硬件介绍.83.1plc的发展历史83.2根据iec 标准，给plc 下的定义113.3plc的核心作用133.4 plc的技术数据153.5继电器的有关知识18第四章 硬件设计224.1 plc及其扩展单元选型224.2 主电路结构224.3 控制电路结构224.4 备自投装置的运行模式22第五章 软件设计245.1编程软件介绍：245.2程序流程图：275.3plc存储器分配表33结束语.35参考文献.37附录.38致谢.50第一章 引言1.1设计背景 在工业企业供电系统中 ，为了保证不间断供电，常采用备用电源的自动投入装置。当工作电源不论由于何种原因而失去电压时，备用电源自动投入装置能够将失去电压的电源切断，随即将另一备用电源自动投入以恢复供电，因而能保证一类负荷或重要的二级负荷不间断供电，提高供电的可靠性。 传统的备用电源自动投入装置采用各种继电器、接触器、开关及触点,根据不同的运行方式构成相应的备自投回路,其特点是逻辑回路设计复杂、逻辑关系一经确定更改困难、供电可靠性低、维护工作量大,但维护技术要求低,成本不高。随着现代电力工业的发展和电网的建设改造,电力系统的规模越来越大,结构越来越复杂,性能要求越来越高,备用电源自动投入装置的逻辑关系有时需要根据电网结构的变化而改变。传统的备用电源自动投入装置已很难满足用户的要求。可编程控制器(plc)是近年来发展迅速、应用面广的工业控制装置。该装置采用可编程控制的存储器存储用户指令,用软件编程实现确定的逻辑、顺序、定时、记数、运算和一些特定的功能,通过数字或模拟量的输入 /输出来控制各种类型的生产过程。其结构简单、性能全面、可靠性高、操作简单、维修方便,易于实现机电一体化。由 plc构成的备用电源投入装置可根据电力系统的运行方式,通过编程完成各种复杂的逻辑和功能,适应各种运行方式,满足电网一次接线要求。1.2备用电源自动投入装置的原理图1.1为该设计的硬件电路简图，该方案适用于低压电路的相互备用，qf1、qf2分别为线路1和2的低压断路器。图1.2为整个系统的控制流程图。控制系统分为四个挡位，分别是手动、停止、自投自复和自投不复。手动和停止不用说明。自投自复的工作原理：当plc设定为“自投自复”控制程序时，plc随时对常用电源和备用电源进行检测。当常用电源中有一相或一相以上的电压、电流出现异常（过压、欠压、失压或缺相）且备用电源正常时，经过适当的延时时间t1（转换延时，此延时是观察常用电源的故障是可逆的还是不可逆的），当确定常用电源是故障已无法恢复，plc即发出信号将常用电源的断路器断开，将备用电源的断路器合闸，负载由备用电源供电。当运行在备用电源后，若常用电源恢 图1.1 硬件电路简图复正常时，plc随时对常用电源和备用电源进行检测。当常用电源中有一相或一相以上的电压、电流出现异常（过压、欠压、失压或缺相）且备用电源正常时，经过适当的延时时间t1（转换延时，此延时是观察常用电源的故障是可逆的还又恢复正常。则再经过一定的延时时间t2（返回延时，观察常用电源是否真正恢复正常），plc发出信号将备用电源的断路器断开，合上常用电源的断路器，负载仍由常用电源供电，此种控制程序称为自投自复。自投不自复的工作原理：plc设定为“自投不自复”控制程序时，plc随时对双路电源进行监测，如果当前供电电源（例如1路电源）中有一相或一相以上的电压出现异常（过压、欠压、失亚或缺相）且2路电源正常时，经过适当的延时时间t1（转换延时，此延时是观察1电源的故障是可逆的），当确定i电源的故障已无法恢复，plc即发出信号将i电源的断路器断开，将ii电源的断路器合闸，负载由ii电源供电。当运行在ii电源后，若i电源又恢复正常，控制器不再发出转换信号，i电源和ii电源不分主次，互为备用。主要用在中小容量发电厂和变电所，高压侧为内桥接线，正常为两条线路和两台变压器同时运行，当线路故障时，故障线路断路器idl(或zdl)断开，内桥断路器3dl自动投入。1.3备用电源自动投入装置的要求(1)当工作母线上的电压低于设定的无压定值 ,且持续时间大于时间定值时 ,备自投装置方可启备自投的时间定值应与相关的保护及重合闸的时间定值相配合。(2)备用电源的电压工作于正常范围 ,备用设备处于正常的准备状态时 ,备自投装置方可动作 ,否则应予以闭锁。检查线路1、2是否正常工作 plc停止手动自投自复自投不复 决定qf1、qf2的断开或闭合 图1.2 工艺流程图 (3)必须在断开工作电源的断路器之后 ,备自投装置方可动作。工作电源消失后 ,不管其进线断路器是否已被断开 ,备自投装置在启动延时到达以后总是先跳该断路器 ,确认该断路器在跳位后 ,方能合备用电源的断路器。(4)人工切除工作电源时,备自投装置不应动作。(5)避免备用电源合于永久性故障状态。(6)备自投装置只允许动作一次。以往传统的备用电源自动投入装置通过装置内部电容器的充放电过程来保证只动作一次。在此仍引用充放电这一概念 ,只是通过软件进行逻辑判断以实现备自投充放电。充电条件表示备自投条件满足 ,放电条件表示备自投条件不满足。1.4技术综述传统的bzt装置是由电磁型、晶体管或集成电路型的电压继电器、时间继电器等构成，其功能单一，对不同的一次系统接线方式适应性差且可靠性低。据网上调查：十个厂用电系统bzt装置自投情况进行了统计，发现在四十一次工作电源失电故障中，就有二十四次备用电源未能自投成功，占全部失电次数的58.8%，其中有七次是bzt装置失灵造成。本文针对常规bzt装置存在的问题，开发出了以plc为核心的备用电源自动投入装置，该装置充分发挥了plc的智能化优势，功能强，使用灵活，维护方便，动作定值采用全部数字化给定，进一步提高了bzt装置的适用性和可靠性。 第二章 系统设计2.1 备用电源自动投入的控制原理根据备用电源自动投入装置的基本要求，以图1.1为例，对其控制原理作进一步分析：正常运行时，有两种情况，分别为线路1运行（qk1闭合）、线路2备用（qk2断开）和线路2运行、线路1备用。 表2.1 采样信号变量表 2.2使用cpu226型的plc来控制运行的双路电源自动投入装置实现相互备用 主要工作集中在以下几方面:(1)当工作母线上的电压低于设定的无压定值 ,且持续时间大于时间定值时 ,备自投装置方可启备自投的时间定值应与相关的保护及重合闸的时间定值相配合。(2)备用电源的电压工作于正常范围 ,备用设备处于正常的准备状态时 ,备自投装置方可动作 ,否则应予以闭锁。(3)必须在断开工作电源的断路器之后 ,备自投装置方可动作。工作电源消失后 ,不管其进线断路器是否已被断开 ,备自投装置在启动延时到达以后总是先跳该断路器 ,确认该断路器在跳位后 ,方能合备用电源的断路器。(4)人工切除工作电源时,备自投装置不应动作。(5)避免备用电源合于永久性故障状态。(6)备自投装置只允许动作一次。以往传统的备用电源自动投入装置通过装置内部电容器的充放电过程来保证只动作一次。在此仍引用充放电这一概念 ,只是通过软件进行逻辑判断以实现备自投充放电。充电条件表示备自投条件满足 ,放电条件表示备自投条件不满足。图2.1控制系统程序流程图2.3采样信号介绍如表2.1，plc控制的双路电源自动投入装置共用了26个采样信号，分别是从低压断路器、过压继电器、欠压继电器和中间继电器采来的信号。 控制信号有四个分别是qf1、qf2的分离与闭合信号。2.4备自投装置控制系统的组成备自投控制系统是以plc为核心，其采样信号通过过压继电器、欠压继电器、中间继电器以及手动开关和断路器上自带的触点。控制系统的输出是通过灯和继电器来显示和控制线路。该系统的流程图如图2.1。初始状态是cpu内部中间变量和暂存指令的地址都为0。系统复位是整个系统准备运行的前提，是plc已经投入到了控制系统中了，系统的操作方式大致分为两种，分别是手动控制和自动控制，其中自动控制有分为自投自复和自投不复。主/备用切换：当主电路或备用电路中的任意一路发现故障，主备电路互为备用。第三章 硬件介绍3.1plc的发展历史本世纪 60年代,计算机控制技术已经开始用于工控领域 ,但由于技术复杂、编程不便、价格昂贵等原因 ,未能广泛应用。1969年美国最大的汽车制造商 -通用汽车公司 (gm) ,为了适应汽车型号的不断翻新 ,设想把计算机通用、灵活的优点和继电器系统的简单、易懂、操作方便、价格便宜的优点结合起来制造一种通用的控制装置 ,并把计算机编程的方式加以简化 ,用面向控制过程、面向问题的自然语言进行编程 ,使不熟悉计算机的人也能方便使用。这就是 plc问世前的设想。美国数字设备公司 (dec)研制出了第一台 plc,在美国通用汽车自动装配线上试用成功。从那时起 ,各个公司都相继朝着 plc实用化阶段发展。在美国 plc的影响下 ,欧洲各国相继投入力量研制 plc,日本由于本国集成电路技术的迅猛发展 ,使 plc的集成度进一步提高。70年代中期 , plc进入实用化发展阶段 ,美、日、德等一些厂家开始采用微处理器 (mpu)作为plc的中央处理单元 (cpu)来扩大功能、提高可靠性、增加灵活性 ,且比较经济。1977年底美国 mo2torola公司研制成一位微处理器 mc14500芯片 ,于是很快出现了一位机 plc。由于其结构简单 ,编程容易 ,具有较强抗干扰能力 ,因而很快取代了矩阵式顺序控制器 ,推动了 plc的普及和发展。70年代末 plc技术进入成熟阶段。十六位微处理器和 51系列单片机相继问世 ,使 plc向大规模、高速度、高性能方面发展 ,形成了各个系列的产品。同时出现了紧凑型、低价格的新一代产品和多种不同性能的分布网络系统。此时面向工程技术人员的 plc语言也发展成熟 ,出现了工艺人员使用的图形语言。在功能上 plc已可以完全取代传统的逻辑控制装置、模拟控制装置和小型的 ddc控制系统 ,应用的领域也不断扩大。80年代中期世界上已有近百个厂家 ,二百多种系列机型。plc俨然成为工业控制的标准设备。90年代 plc发展更为迅猛 ,各个公司在进一步完善自己原有产品的基础上 ,不断开发出新的系列产品和增强联网功能。plc软件不断向前发展 ,与计算机连接更加方便完善。3.3.1可编程逻辑控制器的发展现状以及发展趋势目前 ,全世界约有 plc生产厂家约 200家 ,生产 300多个品种。全球 plc发运件数 1998年为1456万件 ,1999年为 1620万件 , 2001年达到 1778万件。在 2001年发运的plc中, 按最终用户分:汽车占23% , 粮食加工占16. 4%，化学药品占14.6%，金属、矿山占11.5%， 纸浆、造纸占 11.3%,其他占23.2% 。而且随着plc与ipc、dcs集成 plc、ipc dcs ,逐渐成为占自动化装置及过程控制系统最大plc市场份额的产品。2000年plc 的销售额在控制市场份额中超过50% 。在全球 plc制造商中,根 据美国 automation research corp (arc)调查 ,世界plc领导厂家的五霸为 siemens(西门子)公司、allen- bradley(a - b)公司、schneider(施耐德 )公司、mitsubishi(三菱)公司和 omron(欧姆龙 )公司,他们的销售额约占全球总销售额的三分之二 。从西门子公司的 smi atic s7 - 400的性能可对世界领先plc窥见一斑: smi atic s7 - 400是匣式封装模块,可卡在导轨上安装,由 i/o总线和通信总线建立电气连接,模块可在工作或加电时替换或插拔,可快速安装维护,修改方便,其主要性能有:(1)cpu存储器容量 64k字节,可扩展到1. 6m字节。(2)位和字处理速度 80ns至 200ns。(3)最高系统计算能力可以有 4个 cpu同时计算。(4)强大的扩展能力 s7 - 400中央控制器最多能连接 21个扩展单元。(5)每个 cpu上多点接口 (mpi) 能力 ,可同时连接编程装置、操作员接口系统等等。(6)cpu上的 sinec - l2 - dp附加有分散 u0的集成性能。(7)提供与计算机和其它 siemens产品或系统的连接接口。(8)高可靠性 ,完善的自诊断和清除故障功能。3.1.2 我国的 plc生产目前也有一定的发展。小型plc已批量生产;中型 plc已有产品;大型 plc已经开始研制。但是国内产品市场占有率还不超过10%。而且国产 plc许多仍停留在全套引进或以仿制为主的阶段上。对于国内 plc发展情况的认识 ,可以从江苏嘉华实业有限公司生产的 dh120系列产品窥见一斑 ,其主要性能有:(1)输入输出从 20点到 120点任意配置。(2)内置 32个定时器、31个计数器、几百个中间继电器和数据寄存器 ,可方便地完成逻辑控制、定时、计数控制、高速计数、数据处理、模拟量控制等功能。(3)编程简便 ,108条指令功能齐全。(4)din标准卡槽安装 ,可拆端子排接线。(5)高可靠性 ,强抗干扰 ,可用于各种工业环境。总体来说 ,国产 plc的发展有一定的基础。但从产品结构上看 ,我国自主研制及引进技术生产的 plc大都属于中低档产品 ,至今没有形成主流产品和完整的系列产品。因此 ,我国 plc的完全产业化还有一段很长的路要走。3.1.3 随着计算机科学发展和工业自动化愈来愈高的需求 ,可编程控制技术得到了飞速的发展 ,其技术和产品日趋完善。仅仅将 plc理解为开关量控制的时代已经过去 , plc不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需要 ,而且将通信技术和信息处理技术融为一体 ,其功能也日趋完善。今后 , plc将主要朝着以下两个方向发展:一是向超小型专用化和低价格方向发展;另是向高速多功能和分布式自动化网络方向发展。3.1.4 plc总的发展趋势如下:(1)可编程控制技术的标准化一种自动化产品的竞争力主要在于其满足国际标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品的出厂质量 ,另一方面也保证了各个厂家产品的互相兼容。所以可编程技术的标准化势在必行。(2)cpu处理速度进一步加快将来会使用 64位 risc芯片 ,实现多 cpu并行处理或分时处理或分任务处理 ,实现各种模块智能化 ,且部分系统程序用门阵列电路固化。这样plc执行指令的速度将达到纳秒级。(3)可编程控制技术的智能化提高一个系统的智能程度不仅提高系统的品质 ,在某种意义上也提高了系统的可靠性。(4)向集成化、通讯化、网络化发展由于控制内容的复杂化和高难度化 , plc将与pc集成 ,与 dcs集成 ,与 pid集成。网络化和强化通信能力也是 plc的重要发展方向 ,尤其是以 pc为基础的控制产品增长率不断加快。plc与 pc集成 ,即将计算机、plc及操作人员的人机接口结合在一起 ,使 plc能利用计算机丰富的软件资源 ,而计算机能和 plc的模块交互存取数据。以 pc机为基础的控制方法使得用户编程更加方便 ,而且提供开放的体系结构 ,用户可以根据需要选择各类、各厂家的 plc或 i/o设备进行互联 ,从而可以降低生成成本和提高生产率。(5)控制系统分散化根据分散控制、集中管理的原则 , plc控制系统的 i/o模块将直接安装在控制现场 ,通过通信电缆或光纤与主 cpu进行数据通信。这样使控制更有效 ,系统更可靠。(6) plc的新进展 -plc计算机软、硬件技术的迅速发展 ,推动了自动控制技术又取得了一系列新的进展。目前有许多工业用自动控制产品、机电一体化产品开始转向以计算机为平台的控制方式 ,这就是软 plc。软 plc实际利用软件来实现传统 plc的功能 ,它最大的优势是具备柔性扩展能力 ,用户可以选择不同厂家生产的各种硬件产品 ,充分利用每一软件的最佳特性 ,组成最佳的控制系统。同时与硬件的连接也十分方便。有很多的 i/o卡可以直接内连接到 计算机总线上。从而在软、硬件两方面可以达到工控机和 plc性能的完美结合 ,方便了性能扩展和人机交流 ,是 plc未来的一大发展趋势。综上所述 , plc不管现在还是在未来的工业自动化领域中都将发挥其不可替代的作用 ,而且它也必将不断向更多领域进军 ,为再一次科技革命的到来奠定坚实的基础。3.2根据iec 标准，给plc 下的定义它是在工业环境中使用的数字操作的电子系统，它使用可编程存储器内部储存用户设计的指令，这些指令用来实现特殊的功能，诸如逻辑运算、顺序操作、定时、计数以及算术运算和通过数字或模拟输入/输出来控制各种类型的机械或过程。不论是plc和与它有关的外部设备都设计成容易集成在一个工业控制系统内以及容易应用所有计划中的功能。由上述plc的定义，可以看到plc的许多特点，概括如下：3.2.1 控制程序可变，具有很好的柔性 在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变plc的硬件设备，只需改变程序就可满足要求。因此，除单机控制外，plc在柔性制造单元（fmc），柔性制造系统（fms），以致工厂自动化（fa）中也被大量采用。3.2.2 具有高度可靠性，适用于工业环境 plc产品的平均故障间隔时间（mtbf）一般可达到5年以上，因此是一种高度可靠的工业产品，大大提高了生产设备的运行效率。plc不要求专用设备的机房，这为工业现场的大量直接使用提供了方便。3.2.3 功能完善 现代plc 具有数字和模拟量输入/输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、pid调节、各种智能模块、远程i/o模块、通信、人机对话，自诊断，记录和图形显示、组态等功能。除了适用于离散型开关量控制系统外，现在也能应用于连续的流程控制系统，从而使设备的控制水平大大提高。3.2.4 易于掌握，便于维修 由于plc使用编程器进行编程和监控，使用人员只需掌握工程上通用的梯形图语言（或语句表、流程图）就可进行用户程序的编制和测试。因此，即使不太懂得计算机的操作人员，也能掌握和使用plc。也由于plc有完善的自诊断功能，输入输出均有明显的指示，在线监控软件的功能很强，因此，很容易进行维修，能很快查找出故障的原因。plc本身高可靠性也保证了故障的几率是很低的。3.2.5 体积小，省电与传统的控制系统相比，plc的体积很小，一台收录机一样大小的plc具有相当于三个1.8m高继电器控制柜的功能。plc消耗的功率只是传统控制系统的三分之一至二分之一。图3.1 plc及其外部设备联系框图3.2.6 价格低廉 随着集成电路芯片功能的提高，价格的降低，可编程控制器硬件的价格也一直不断地在下降。根据最近市场统计，国外小型plc平均每一个i/o点为1420美元，中型plc折算每个i/o点为2035美元，大型plc折算每个i/o点为4080美元。虽然plc的软件价格在系统中所占的比重在不断提高，但由于缩短了整个工程项目的设计，编程和投运费用以及缩短了整个投运周期因此，使用plc的总造价是低廉的，而且还呈不断下降的趋势。 3.3 plc的核心作用可编程逻辑控制器于 1969年在美国面世 ,经过 30多年的发展 ,现在已成为最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算机。可编程逻辑控制器由 cpu (中央处理单元)、存储器、输入输出模块、可编程器和电源五大部分组成 ,结构如图 1所示。它的 cpu采取扫描方式工作 ,每一次扫描完成以下工作 : 图3.2plc的cpu结构框图（1）将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。（2）逐条读入后解释用户程序 ,产生相应控制信号去控制相关电路 ,完成数据存取、传送和处理工作 ,并根据运算结果更新各个相关寄存器内容。（3）将输出映像寄存器的内容送给输出模块 ,去控制外部负载。plc的 cpu是以分时操作的方式处理各项任务的。由于运算速度高 ,从 plc的外部输入、输出关系来看 ,处理过程几乎是瞬时完成的。plc的用户程序由若干条指令组成 ,指令在存储器中按步序号顺序排列。用户程序采取扫描工作方式运行。在没有跳转指令的情况下 , cpu从第一条指令开始 ,顺序逐条的执行用户程序 ,直到用户程序结束 ,然后 ,程序返回第一条指令开始新的一轮扫描。plc就是这样周而复始地重复上诉的扫描循环 ,达到实时控制的目的。3.3.1 开关量的逻辑控制。plc取代了传统的继电器控制系统 ,实现逻辑控制。例如:机床电器控制 ,冲床、铸造机械、运输带、包装机械的控制 ,注塑机的控制 ,化工系统中各种泵和电磁阀的控制 ,冶金企业的高炉上料系统、轧机、连铸机、飞剪的控制 ,电镀生产线、汽车装配线、电视机和收音机的生产线控制 ,甚至核电站的系统控制等等。3.3.2 运动控制。plc可用于对直线运动或圆周运动的控制。plc的运动控制功能广泛地用于各种机械。例如:金属切削机床、金属成型机械、配装机械、机器人和电梯等等。3.3.3 闭环过程控制。过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。plc的模拟量控制功能已经广泛应用于塑料挤压成型机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备 ,还广泛地应用于轻工、化工、机械、冶金、电力和建材等各个行业。3.3.4 数据处理。现代 plc具有数学运算、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能 ,可以完成数据采集、分析和处理。数据处理一般用在大、中型控制系统 ,如柔性制造系统、过程控制系统等。3.3.5 机器人控制 。机器人作为工业过程自动生产线中的重要设备 ,已成为未来工业生产自动化的三大支柱之一。现在许多机器人制造公司选用 plc作为机器人控制器来控制各种机械动作。随着 plc体积进一步缩小 ,功能进一步增强 , plc在机器人控制中的应用必将更加普遍。根据国外资料统计 ,在工业控制中 80%都采用 plc来完成。因为顺序控制是工控不可缺少的一环 ,几乎任何一个过程控制和生产管理都是有步骤地进行的 ,因此都可以采用 plc。目前国外plc应用于自动控制这一领域占 60%,应用于数据管理占 20%,用于生产管理占 18%,用于人机接口占 22%。可见对于工控来说 plc占主导地位 ,而数据处理、生产管理等目前计算机仍是主体。3.4 plc的技术数据表 3.1cpu226ac/dc描述cpu 226 ac/dc/继电器物理特性24 vdc传感器电源尺寸 (w x h x d) 重量 功耗 196 x 80 x 62 mm 660 g 17 w 传感器电压 电流限定 纹波噪声 隔离(传感器与逻辑) 20.4 至 28.8 vdc 1.5a峰值，终端限定非破坏性 小于1 v峰分值 非隔离 存储器特性数字量输入特性程序存储器 在线程序编辑时 非在线程序编辑时 数据存储器 装备(超级电容) (可选电池) 16384 bytes 24576 bytes 10240 bytes 100小时/典型值(40c时最少70小时) 200天/典型值 本机集成数字量输入点数 输入类型 额定电压 最大持续允许电压 浪涌电压 逻辑1信号 (最小) 逻辑0信号 (最大) 输入延迟 连接2线接近开关传感器(bero) 允许漏电流最大 隔离(现场与逻辑) 光电隔离 隔离组 高速输入速率 高速计数器逻辑1=15 30 vdc 高速计数器逻辑1=15 26 vdc 同时接通的输入 电缆长度最大 屏蔽 非屏蔽 24输入 漏型/源型 (iec 类型1/漏型) 24 vdc，4ma典型值时 30v dc 35v dc，0.5秒 15 vdc，2.5ma 5 vdc，1ma 可选(0.2至12.8ms) 1ma 是 500 vac，1分钟 见接线图 20khz(单相) ， 10khz(两相) 30khz(单相) ， 20khz(两相) 所有 500米(标准输入) 50米(高速计数器输入) 300米(标准输入) i/o特性数字量输出特性本机数字量输入 本机数字量输出 本机模拟量输入 本机模拟量输出 数字i/o映象区 模拟i/o映象区 允许最大的扩展i/o模块 允许最大的智能模块 脉冲捕捉输入 高速计数器 总数 单相计数器 两相计数器 脉冲输出 24 输入 16 输出 无 无 256 (128输入/128输出) 64(32输入/32输出) 7个模块 7个模块 24 6个 6，每个30khz 4，每个20khz 2个20khz(仅限于dc输出) 本机集成数字量输出点数 输出类型 额定电压 电压范围 浪涌电流(最大) 逻辑1(最小) 逻辑0(最大) 每点额定电流(最大) 每个公共端的额定电流(最大) 漏电流(最大) 灯负载(最大) 感性嵌位电压 接通电阻(接点) 隔离 光电隔离(现场到隔离) 逻辑到接点 电阻(逻辑到接点) 隔离组 16输出 干触点 24vdc或250vac 5至30v dc或5至250v ac 5a，4s (10%工作 率时) - - 2.0a 10a - 30 w dc；200 w ac - 0.2 (新的时候最大值) - 1500 vac，1分钟 100 m 见接线图 常规特性延时(最大) 断开到接通 接通到断开 切换 脉冲频率(最大) 机械寿命周期 触点寿命 同时接通的输出 两个输出并联 电缆长度(最大) 屏蔽 非屏蔽 - 10ms 1hz 10,000,000(无负载) 100,000(额定负载) 55c时，所有的输出(水平) 45c时，所有的输出(垂直) 否 500米 150米 定时器总数 1ms 10ms 100ms 计数器总数 内部存储器位掉电保持 时间中断 边沿中断 模拟电位器 布尔量运算执行时间 时钟 卡件选项 256个 4个 16个 236个 256(由超级电容或电池备份) 256(由超级电容或电池备份) 112(存储在eeprom) 2个1ms分辨率 4个上升沿和/或4个下降沿 2个8位分辨率 0.22s 内置 存储卡和电池卡 电源特性3.5继电器的有关知识该系统的采样信号有很大一部分是通过继电器获得的，所以下面介绍继电器的有关知识。3.5.1继电器的工作原理和特性继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。（1）电磁继电器的工作原理和特性电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。（2）热敏干簧继电器的工作原理和特性热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。（3）固态继电器（ssr）的工作原理和特性 固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。3.5.2继电器主要产品技术参数（1）额定工作电压：是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。（2）直流电阻：是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。（3）吸合电流：是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。（4）释放电流：是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。（5）触点切换电压和电流：是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。3.5.3继电器测试（1）测触点电阻：用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为0；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。（2）测线圈电阻：可用万能表r10档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。（3）测量吸合电压和吸合电流：找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，听到继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次而求平均值。（4）测量释放电压和释放电流：也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当听到继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的1050，如果释放电压太小（小于1/10的吸合电压），则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。3.5.4 继电器的电符号和触点形式继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“j”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种基本形式：（1）动合型（h型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“h”表示。（2）动断型（d型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“d”表示。（3）转换型（z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。3.5.5 继电器的选用（1）先了解必要的条件：控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。 图3.1继电器结构 （2）查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。（3）注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。第四章 硬件设计4.1 plc及其扩展单元选型 根据2.3节的分析，我选择了西门子plc中的cpu226ac/dc 做为双路电源自动投入装置的控制器，由于有29个输入信号，23个输出信号，而cpu本身i/o点数根本不够使用，所以选择了em221作为plc的输入扩展模块，还选择了em222作输出扩展模块。根据plc的运行模式，我选择了4当位的主令控制器。分别控制plc运行在手动、停止、自投自复和自投不复。4.2 主电路结构主线路是由三项四线致的两路电源、四个刀闸开关（qk）、两个低压断路器（qf）和两个熔断器组成。在两个低压断路器的旁边各并联了刀闸开关（qk）可以防止低压断路器失灵造成线路的瘫痪。4.3 控制电路结构 以cpu226为核心，在每条主线路上各安装三个过压继电器和欠压继电器以及两个中间继电器，控制输出为四个动作继电器，十八个灯，四个动作继电器分别控制qf1、qf2的闭合与断开。继电器的接线方式是一端接在中线上，另一端接在要检查的某项上，而继电器的辅助触点直接与cpu226相连。当中线与某项之间的电压或电流出现异常情况，继电器能够通过辅助触点快速而准确的反映双路电源的故障，从而通过灯反映出是哪一路电源过压、欠压还是缺项，通过在低压断路器上的辅助触点能够直接反映出yo、yr的动作是否成功。4.4 备自投装置的运行模式控制回路共分四种运行状态，由主令控制器的4个挡位来实现 ，分别是手动控制、自投自复控制、自投不复控制以及停止状态。 当在手动运行模式下，其采样信号仍输入cpu中经过处理后，反映到输出回路上，系统的故障报警回路照常工作，但由手动控制qf1、qf2的闭合与断开。当在自投自复运行模式下，假定线路1为常用电源，qf1处于合闸状态，qf2处于分闸状态，线路2为备用电源。正常运行时1#和2#线路均带电，则kv1kv12和ka0ka3都不动作。当一路电源的某一项或多项因故停电后，电铃将会响起，同时显示灯会具体显示故障的位置，如果是线路2出现故障cpu将不动作只是灯将变亮、电铃响起，否则cpu将启动时间继电器经过常用延时为预先整定的时间6s后，yr1动作使的qf1跳闸。qf1跳闸后,通过其常开辅助触点确认qf1跳开。再启动时间继电器经过断路延时为预先正定的时间2s后，yo2动作使得qf2闭合，cpu启动时间继电器，经过备用延时为预先设定的时间3s后，通过qf2的辅助触点确定qf2的闭合，最后备用电源供电。qf2合闸后，通过软件的互锁使的qf自保持，因而保证了qf2只动作一次。当线路1恢复正常时，断开qf2，经过备用延时3s，确认qf2断开是否成功，如果失败就将报警，如成功则再经过断路延时2s，然后闭合qf1，经常用延时6s来确认qf1的闭合成功与否。以上为自投自复的运行过程及遇到故障的处理方法。自投不复运行模式是自投自复的前一部分，这里就简要的叙述下，首先检查1#、2#线路是否有故障，如有故障则切断故障线路并并报警，然后经过常用、短路和备用延时，投入备用电路，而当故障电路恢复正常时，cpu也将不再动作。当系统在停止模式下，plc将不会处理任何的输入/输出信号，整个系统的动作都由人来完成。 第五章 软件设计5.1编程软件介绍我所使用的编程软件是s7-200，其基本功能就是监视现场的输入信号，根据用户的控制逻辑进行控制运算，输出信号去控制现场设备的运行。在s7-200系统中，控制逻辑由用户编程来实现。用户程序要下载到s7-200cpu中执行。s7-200cpu按照循环扫描的方式，完成包括执行用户程序在内的各项任务。 s7-200cpu周而复始地执行一系列任务。任务执行一次称为一个扫描周期。在一个扫描周期内cpu执行如下操作：读输入： s7-200cpu读取物理输入点上的状态并复制到输入过程映像寄存器中；执行用户控制逻辑： 从头致尾地执行程序，一般情况下，用户程序从输入映像寄存器获得外部控制和状态信号，把运算的结果写到输出映象寄存器中，或者存入到不同的数据保存区中；执行自诊断： s7-200cpu检查整个系统是否工作正常； s7-200cpu的工作模式： s7-200