基于PLC双电源设计

0 毕业设计（论文） 二一二年六月三日 题 目基于 PLC 双电源开关设计 系 （院）自动化系 专 业 电气自动化技术 班 级 2009 级 2 班 学生姓名 孙凤宝 曹成帅 李广斌 学 号 指导教师 张宝国 职 称 副教授 滨州学院专科论文 1 目目 录录 摘要摘要2 ABSTRACTABSTRACT3 绪论绪论4 第第 1 1 章章 基于基于 PLCPLC 双电源开关总体方案设计双电源开关总体方案设计5 1.1 总体方案的确定5 第第 2 2 章基于章基于 PLCPLC 双电源开关控制系统硬件设计双电源开关控制系统硬件设计7 2.1 电气控制方案设10 2.2 特殊功能模块的选择10 2.2.1 技术参数10 2.3 I/O 口设计10 第第 3 3 章章 基于基于 PLCPLC 双电源开关控制系统软件设计双电源开关控制系统软件设计11 3.1 PLC 控制系统程序设计主要步骤11 3.2 流程图设计11 3.3 梯形图设计12 3.4 PLC 程序语句表13 第第 4 4 章章 结论结论14 参考文献参考文献14 致谢致谢14 滨州学院专科论文 2 基于 PLC 双电源开关设计 摘要 随着人们对供电的可靠性要求越来越高，所以很多场合需要用两路电源来保证 供电的可靠性，这就需要一种双电源切换器在两路电源之间进行智能可靠的切换 可编程控制器(PLC)对解决这类问题具有独特的优势，在电气自动化方面具有广阔 的应用前景和巨大的市场潜力。与传统继电控制系统相比较，可编程控制器(PLC) 的优势在于：体积小型化、高度集成，同时还有数字运算、数据处理和数据通讯功 能。PLC 作为新一代的工业控制装置，结构简单、性能全面、可靠性高。本课题是 基于可编程控制器的双电源开关设计，用以实现双电源开关的自投自复，缺相和欠 压保护，使之可以适应用电要求较高企业的需求。本文分析了基于 PLC 的双电源开 关的设计理念，设计方法，主要阐述了系统硬件、软件的设计。 关键词关键词：双电源、可编程逻辑控制器PLC、启动条件、闭锁条件 滨州学院专科论文 3 PLC-based design of dual-power switch ABSTRACT In order to make equipment not be damaged and guarantee the smooth progress of the production process, it is required that the power cannot break in the operation of equipment. Therefore, when the line occur faults, it is not only to have backup power, but also can be putting into used timely. The success to put into the backup power automatically can make the equipments continue to work in time. Also it can eliminate the running personnels manual operation in the operation of inaccurate or wrong moves, reduce the running personnels strength of the labor, raise the labor productivity, guarantee the power users the safety, reliability and continuity. This paper introduces a scheme of programmable logic controller PLC in putting into the backup power automatically. PLC gather the first equipment the normal operation of state signal as launce conditions and closed conditions of putting into the backup power automatically and through programming to achieve different functions to adapt to different operating manner. Compared with the relay consistence of putting into the backup power automatically device, this scheme has advantages of high reliability, simple wiring, control flexibility, convenience debugging, small investment and so on. Therefore, the programmable logic controller is widely used in the field of power system automation. Key words: put into the backup power automatically; PLC programmable logic controller; launce conditions; closed conditions 滨州学院专科论文 4 绪论 双电源切换控制主要用于三相交流(380V220V 3N 50Hz)供配电控制。这类电 源切换控制多数采用继电器逻辑控制电路实现。其特点是：其输入有两路供电电源 A 和 B 对负载供电。正常工作时，只电源 A 对负载供电，电源 B 作为备用电源；当 电源 A 发生故障时，控制系统能快速切断故障电源 A，接通备用电源 B。由此存在 的问题是：(1)无缺相保护功能。当发生一相或两相缺相时，由于控制系统没有缺 相检测和保护切换措施，造成缺相的故障电源不能正常切断，正常供电电源不能及 时投入，又没有相应的信号提示，这样会导致负载长时间缺相运行，造成机械损坏 甚至更严重的后果。(2)故障电源恢复正常时，系统不能自动进行反切换，要靠人 工操作反切换到正常工作状态。(3)由于采用继电器逻辑控制电路实现，器件和电 路的故障率高。 采用 PLC 控制时，其缺相保护主要采取的技术方案是：设置有三相缺相检测信号回 路，该三相缺相检测信号回路直接取自于三相电源的主回路，即用中间继电器分别 接于电源主回路 A 和 B 的 U 相、V 相和 W 相单相回路中，中间继电器常开触点分别 作为 PLC 的输入信号，即作为编制 PLC 的 A 和 B 三相缺相检测逻辑控制程序时的 输入条件。其次，利用 PLC 的特殊功能模块，可以实现对电源电压的精确的检测， 从而又可以实现对电源的欠压和过压检测。 滨州学院专科论文 5 第一章 基于 PLC 双电源开关总体方案设计 1.11.1 总体方案的确定总体方案的确定 在基于 PLC 的双电源开关的过程中，必须只能有一个电源与负载接通，且在一 路电源故障时要实现自动切换。又由于在重要的会议室、机场、宾馆等紧急供电场 所，各用电设备的总功率较大，必须使用发电机设备供电。那么根据设计要求，可 设计总体结构方案如下图 1.1 所示： 图图 1.11.1 总体方案框图总体方案框图 在图 1.1 中， A 为主电源，B 为备用电源，分别与 PLC 连接，作为 PLC 输入检 测信号。首先进行主电源 A 的输入检测，当 PLC 检测 A 无任意相缺相时，相应的逻 辑开关会闭合，使 FX2N-4A/D 接受经过 PLC 基本单元检测后传过来的无缺相的电压 信号，则随后进行 A 电源的三相回路欠压检测，如果此时主电源 A 良好的话，相应 滨州学院专科论文 6 的状态指示灯会亮，说明此刻主电源状态良好，同时主电源与负载接通。在主电源 A 出现故障后（即主电源 A 出现缺相或者欠压时） ，此时会启动发电机，使备用电 源 B 启动，同时主电源会自动断开。备用电源 B 启动后，同样要进行三相回路的缺 相检测和欠压检测，检测过程同 A。检测无故障后，随即实现备用电源与负载的接 通。 滨州学院专科论文 7 第二章 基于 PLC 双电源开关控制系统硬件设计 2.12.1 电气控制方案设计电气控制方案设计 电气控制过程分析：根据总体方案框图，设计电气控制方案如图 1.2、图 1.3、图 1.4、图 1.5 所示。又如图 1.2 的电气控制过程图中，KA1,KA2,KA3 分别作 为主电源 A 的三相检测（如图 1.2 所示） ，有且当 KA1,KA2,KA3 线圈同时得电时 （即无任意相缺相） ，才会驱动 KM3 线圈，使动和触点 KM3 闭合，从而进行 A 的三 相欠压检测（如图 1.5 所示） 。又当三相欠压检测后，电压在设定范围内时，驱动 KA4,使触点 KA4 闭合，此时主电源状态显示灯 HL1 亮，说明此时 A 电源状态良好， 同时驱动 KA5 线圈，使动合触点 KA5 闭合，允许 A 电源的投入使用。而后 KA5 闭合 时，使 KM1 得电，负载与电源 A 接通。其次，主电源输入检测回路（图 1.2）中的 常闭触点 KA5 分别与发电机启动控制回路（图 1.3）中的延时继电器线圈和备用电 源检测回路（图 1.4）中的三相检测回路相连接。目的是，如果主电源 A 状态良好 的话，那么常闭触点 KA5 会得电断开，同时发电机启动控制回路（图 1.4）中的延 时继电器线圈便不会得电，则不会启动发电机；同时在备用电源检测回路（图 1.5）中的三相检测回路中，也会由于 KA5 的作用，不会进行备用电源的输入检测， 避免备用电源的误动，从而实现控制系统的连锁保护作用。 滨州学院专科论文 8 图图 1.21.2 主电源检测回路主电源检测回路 在如图 1.3 所示的发电机启动控制回路中，在主电源故障后，由于在主电源检 测回路中的 KA5 不能得电，KA5 常闭触点不能断开，所以延时继电器线圈会得电延 时闭合。在这里延时继电器的作用是防止在主电源电压波动的情况下，发电机会产 生误动的动作，使发电机启动。在延时时间到了以后，即确认主电源故障无误，延 时闭合触点闭合，从而实现对发电机的启动。 图 1.31.3 发电机启动控制回路发电机启动控制回路 滨州学院专科论文 9 图 1.4 所示的备用电源检测回路，KA6,KA7,KA8 分别作为备用电源 B 的三相检测 时，有且当 KA6,KA7,KA8 线圈同时得电时（即无任意相缺相） ，才会驱动 KM4 线圈， 使动合触点 KM4 闭合，从而进行 B 的三相欠压检测（如图 1.5 所示） 。又当三相欠 压检测模块 FX2N-4A/D 检测到电压在设定范围内时，驱动 KA9,使触点 KA9 闭合， 此时备用电源 B 状态显示灯 HL2 亮，说明此时 B 电源状态良好，同时驱动 KA10 线 圈，使动触点 KA10 闭合，允许 B 电源的投入使用。 图图 1.41.4 备用电源检测回路备用电源检测回路 滨州学院专科论文 10 图图 1.51.5 电源欠压检测控制电源欠压检测控制 2.22.2 特殊功能模块的选择特殊功能模块的选择 2.2.12.2.1 技术参数技术参数 因为要对三相电源的三线检测，所以选用带 4 点模拟量输入的模数转换特殊功 能模块 FX2N-4A/D。 2.32.3 I/OI/O 口设计口设计 地址元件注释 X0KA1 主电源 U1 相输入检测 X1KA2 主电源 V1 相输入检测 X2KA3 主电源 W1 相输入检测 X3KA6 备用电源 U2 相输入检测 X4KA7 备用电源 V2 相输入检测 X5KA8 备用电源 W2 相输入检测 Y0KM3 主电源 A 欠压与过压检测 Y1KA5 主电源 A 工作正常 Y2KM1 主电源 A 投入工作 滨州学院专科论文 11 Y3KM4 备用电源 B 欠压与过压检测 Y4KA10 备用电源 B 工作正常 Y5KM2 备用电源 B 投入工作 表表 2.12.1 I/OI/O 口地址表口地址表 控制 (工作)状态说明：正常工作时，对于 A 电源，成立的条件是，三相任意 相无缺相现象，同时电压的范围在指定的工作电压范围之内，此时状态指示灯 HL1 亮，在此情况下，即使电源 B 状态良好，也会因为 B 电源控制回路动断触点 KM1 的 作用使 B 电源不会投入使用。又如果 A 电源出现故障的话，在 A 电源控制回路的 KM1 线圈则不会得电，那么连接在 B 控制回路的动断触点 KM1 不会动作，使 B 投入 使用。此后，如果 A 电源恢复正常的话，A 电源控制回路 KM1 线圈得电，使电源 B 断开，如此循环。 第三章 基于 PLC 双电源开关控制系统软件设计 3.13.1 PLCPLC 控制系统程序设计主要步骤控制系统程序设计主要步骤 PLC 控制系统程序设计步骤主要可以分为五个步骤，分别为： （1）对于较为复杂的控制系统，需要绘制系统流程图，用以清楚地表明动作的 顺序和条件。对于简单的控制系统可省去这一步。 （2）设计梯形图。这是程序设计的关键一步。要设计好梯形图，首先要十分熟 悉控制要求，同时还要有一定的实践经验。 （3）根据梯形图编制语句表和程序清单。 （4）用程序编程器键入到 PLC 得用户存储器中，并检查键入的程序是否正确。 （5）对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。 3.23.2 程序图设计程序图设计 主电源检测过程：PLC 初始化判断主电源 A 输入是否缺相无缺相则进行主电 源 A 的过压与欠压检测主电源状态良好主电源投入使用与负载接通。备用电 滨州学院专科论文 12 源的检测过程：A 有缺相或有过压与欠压现象时，经延时后确认无误，起动发电机 进行备用电源 B 的缺相检测进行备用电源 B 的过压与欠压检测备用电源状态 良好备用电源投入使用，与负载接通。相应控制流程图如下所示： 图图 3.13.1 3.33.3 形图设计形图设计 滨州学院专科论文 13 图图 3.23.2 三相缺相检测采样信号回路中，作为 U1 和 U2 的三相缺相检测的开关量采样信 号 的 KA1-KA3 和 KA6-KA8，其常开触点分别作用于 PLC 的输入端的 XO-X2、X3- X5。在 PLC 梯形图程序中，辅助继电器 Y0 作为三相电源 U1 的三相缺相检测，其 接通条件为常开输入 XO、X1 和 X2 的“与”逻辑 ；同理，内部中间继电器 Y3 作 为三相电源 U2 的三相缺相检测，其接通条件为常开输入 X3、X4 和 X5 的 “与” 滨州学院专科论文 14 逻辑。 3.43.4 PLCPLC 程序语句表程序语句表 LD X0 AND X1 AND X2 OUT Y0 LD Y0 TO KO KO H300D K1 FROM KO K5 D0 K3 CMP K1500 DO M0 CMP K1500 D1 M3 CMP K1500 D2 M6 ANI M0 ANI M3 LD Y3 ANI M6 TO KO KO H300D K1 FROM KO K5 D0 K3 CMP K1500 DO M9 CMP K1500 D1 M12 CMP K1500 D2 M15 LD M9 AND M12 AND M15 OUT Y4 LD Y4 LD M0 ANI Y2 AND M3 OUT Y5 AND M6 OUT Y1 LD Y1 OUT Y2 LD X3 AND X4 AND X5 OUT Y3 第四章结论第四章结论 滨州学院专科论文 15 在老师的悉心指导和同学们的努力下我们终于完成了此项设计。我们从实际出发 解决了工厂医院等无法断电地区的双电源供电的问题。首先我们找准问题的切入点， 在我国双电源供电大多靠人工实现还处去断电以后人工启动备用电源。这样不仅妨碍 生产甚至由于送电不及时导致巨大的安全生产责任事故。而我们研发的自动双电源开 关实现了瞬时停电瞬时供电提高了供电效率从而保障了生产的需要，最大限度的减少 事故的发生。在研发过程中我们通过查阅资料向老师请教解决了很多我们在书本中无 法学到问题。通过此次研究是我们的业务能力有了很大的提高为我们在以后的工作积 累了丰富的经验。 参考文献： 1 祝军.一种简单易行的备用电源自投装置.继电器：1999，27（1）：54-57. 2 林宗汉，吴献如.备用电源自投装置在现场的应用.福建电力与电工：1996， 16（1）：49- 51. 3 林宗汉，吴献如.备用电源自投装置的应用.电力建设：1996，2（5）22-23. 4 韩艳. 双电源自动转换开关(ATSE)的发展J. 中国高新技术企业, 2012,(05) . 5 魏爱成. 浅谈双电源自动切换开关的应用J. 山西电子技术, 2010,(03) . 6 殷炳忠. 智能型双电源自动切换开关J. 电气制