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1、常州机电职业技术学院毕业设计(论文)作 者: 沈腾飞 学 号: 40921202 系 部: 电气工程系 专 业: 电机与电器 题 目: 基于PLC双电源开关设计 指导者:莫莉萍 李建兴评阅者: 2012年4月 毕业设计(论文)中文摘要随着人们对供电可靠性要求越来越高,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可靠切换。采用可编程控制器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很大的市场潜力。与传统继电控制系统相比较,可编程控制器的优势在于: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。可编程控制器作为新一代的工业
2、控制装置,结构简单、性能全面、可靠性高。该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。关键词:双电源切换 PLC 数据处理 缺相和欠压保护毕业设计(论文)外文摘要Title: PLC-based design of dual-power switch Abstract:With increasing demands for high reliability, a number of occasions the need to use two power supplies to ensure reliability o
3、f electricity supply, which requires a dual power switch between the two reliable switching power supply. The use of programmable logic controller (PLC) to solve this problem has a unique advantage in electrical automation applications have broad prospects and great market potential. Relay control s
4、ystem with the traditional, compared to programmable logic controller (PLC) has the advantage of being: the volume of smaller, highly integrated, but also the number of computing, data processing and data communication functions. PLC as a new generation of industrial control devices, simple structur
5、e, the performance of a comprehensive, high reliability. This topic is based on the programmable logic controller design of dual-power switch, dual power switch for the automatic switch from the complex, lack of phase and under-voltage protection, so that electricity can be adapted to the needs of d
6、emanding enterprises. Key words: dual-power switch; PLC; data processing; missing phase and undervoltage protection目录1绪 论11.1 设计的背景和意义11.2 可编程控制器的工作原理11.3 设计的基本原则和主要内容22基于PLC双电源开关总体方案设计42.1 引言42.2设计要求52.3 总体方案的确定53 基于PLC双电源开关控制系统硬件设计63.1 引言63.2 电气控制方案设计63.3 PLC型号的选择103.4 特殊功能模块的选择123.4.1 技术参数123.4.2
7、 FX2N-4A/D模块的接线方式123.4.3 缓冲寄存器及设置133.4.4 检测参数设置153.5 I/O口设计153.6 系统外部连线电路设计164基于PLC双电源开关控制系统软件设计174.1 PLC控制系统程序设计主要步骤174.2 流程图设计174.3梯形图设计184.4 PLC程序语句表20结论20致谢21参考文献221 绪 论1.1 设计的背景和意义 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;
8、当电源A发生故障时,控制系统能快速切断故障电源A,使备用电源B接通。由此存在的问题是:(1)无缺相保护功能。当发生任一相或两相缺相时,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,造成严重后果。(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
9、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。1.2 可编程控制器的工作原理可编程控制器整个运行可分为三部分: 第一部分是上电处理。可编程控制器上电后对PLC系统进行一次初始化工作,包括硬件初始化,I/O模块配置运行方式检查,停电保持范围设定及其他初始化处理等。 第二部分是扫描过程。可编程控制器上电处理完成以后进入扫描工作过程。先完成输入处理,其次完成与其他外设的通信处理,再次进行时钟、特殊寄存器
10、更新。当CPU处于STOP式时,转入执行自诊断检查。当CPU处于RUN方式时,还要完成用户程序的执行和输出处理,再转入执行自诊断检查。第三部分是出错处理。PLC每扫描一次,执行一次自诊断检查,确定PLC自身的动作是否正常,如CPU、电池电压、程序存储器、I/O通信等是否异常或出错,如检查出异常时,CPU面板上的LED及异常继电器会接通,在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时,CPU被强制为STOP方式,所有的扫描停止。PLC运行正常时,扫描周期的长短与CPU的运算速度有关,与I/O点的情况有关,与用户应用程序的长短及编程情况等均有关。通常用 PLC 执行1K指令所需时间来说明其扫描速度
11、(一般110ms/K)。值得注意的是,不同指令其执行是不同的,从零点几微秒到上百微秒不等,故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。若用于高速系统要缩短扫描周期时,可从软硬件上考虑。PLC 工作的全过程如下图1-1:图1-1 PLC 工作的全过程1.3 设计的基本原则和主要内容a) 设计的基本原则 在满足控制要求的前提下,力求使控制系统简单、经济,使用及维修方便;保证控制系统的安全、可靠;考虑到生产的发展和工艺的改进,在选择PLC时,应适当留有裕量。其次,如果以提高产品产量和安全为目标,则应将系统可靠性放在设计的重点;如果要求系统改善信息管理,则应将系统通信能力与总线网络设计加以强化。在总体方案设
12、计之前,应深入了解控制系统要求,搜集资料,并密切关注机械设计部分与电气控制部分配合,从而拟订出相应的电气控制方案。 b)设计的主要内容PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的,用以完成预期控制目的与相应的控制要求。因此,PLC控制系统设计的基本内容应该包括:1)根据设备的控制要求,以及所提出的各项控制指标与经济预算,首先进行系统的总体设计。2)根据控制要求基本确定数字I/O点和模拟通道数,进行I/O点初步分配,绘制I/O使用资源图。3)进行PLC系统配置设计,主要为PLC选型。PLC是控制系统的核心部件,正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。选择PL
13、C应包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。4)选择用户输入设备(按钮、操作开关、传感器)、输出设备(继电器、接触器、信号灯等执行元件)以及由输出设备驱动的控制对象,这些设备属于一般的电器元件,其选择的方法参考相应的书籍。5)设计控制程序。在深入了解与掌握控制要求、主要控制的基本方式以及应完成的动作、必要的保护和连锁等方面情况之后,对较为复杂的控制系统,可用状态流程图的形式全面地表达出来。必要时还可将控制任务分成独立的几个部分,这样可以化繁为简,有利于编程和调试。程序设计主要包括绘制控制系统流程图、设计梯形图、编制语句表清单。c)PLC控制系统的一般设计步骤在对一个控制
14、系统进行设计之前,最重要的工作就是深入了解和分析系统的控制要求,只有这样才可能提出准确合理的系统总体设计方案,进而实现各个阶段的设计任务。PLC控制系统的一般设计步骤如下图1-2:图1-2 PLC控制系统的一般设计步骤2基于PLC双电源开关总体方案设计2.1 引言进入20世纪80年代以来,由于计算机技术和微电子技术的迅速发展,极大地促进了可编程控制器的发展,使其功能日益增强,更新换代明显加快,所以PLC作为控制器在工业上有广泛的的运用,如何对PLC控制系统进行设计,以实现设计过程的系统化,已成为各生产技术人员日益重视的问题。由于PLC的工作方式和通用微机不完全一样,因此,用PLC设计自动控制系
15、统与微机控制系统的开发过程也不完全相同,需要根据PLC的特点进行系统设计。其次,PLC与继电器接触器控制系统也有本质的区别,PLC控制系统设计的一大特点就是硬件和软件设计可以分开进行。2.2设计要求 双电源开关主要用在重要会议室、机场、宾馆等紧急供电的双电源系统,当一路电源(主电源)出现故障的时候,另一路电源(备用电源)可以实现快速、自动地投切转换,这是双电源开关的基本功能。而基于PLC的双电源开关,不仅要实现上述功能,而且要对三相电源各相进行缺相检测,同时还要对电源各相进行精确的电压检测,当电源电压不在指定的范围内运行时,必须进行自动切换。由此,我们在设计PLC电路的时候,还必须用到PLC的特殊功能模块,以实现对电源电压模拟量的模数转换,供PLC去处理,进而实现电源电压的欠压保护。2.3 总体方案的确定 在基于PLC的双电源开关的过程