工業(yè)用PLC控制直流電源的硬件電路設(shè)計

1、 文章編號 :1008-1402(2009 01-0067-03工業(yè)用 P LC 控制直流電源的硬件電路設(shè)計張玲玉 , 李鳳霞 , 李麗敏(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 , 黑龍江 佳木斯 154007摘 要 : 結(jié)合某單位現(xiàn)有電網(wǎng)的直流設(shè)備現(xiàn)狀和運行要求 , 以 Siemens 公司的 S7系列 P LC 為控 制核心 , 充分利用 P LC 具有的運算速度快 、 邏輯判斷功能強的特點 , 設(shè)計開發(fā)了本套新型直流裝置 , 實現(xiàn)了自動充放電控制 、 系統(tǒng)監(jiān)測 、 通訊等功能 . 通過對蓄電池的自動充電和智能保護 , 延長 了蓄電池的壽命 , 提高了直流系統(tǒng)運行的可靠性 . 關(guān)鍵詞 : P LC

2、; 直流電源 ; 充電裝置 中圖分類號 : TP273 文獻標(biāo)識碼 :0 引 、 變電站來說 , 安全可靠的直流供電電源是保證電力正常生產(chǎn)和安全運行的必要條 件 , 隨著電力系統(tǒng)自動化、 計算機控制的發(fā)展 , 現(xiàn)場 運行和維護要求的提高 , 對直流供電裝置也提出了 新的要求 , 因此在這方面進行研究和開發(fā)很有必要 .直流電源的硬件電路主要有控制回路和外圍 電路組成 , 控制回路主要由 P LC 控制的交流電源 及電壓 、 電流采樣系統(tǒng)構(gòu)成 , 而電壓 、 電流采樣則由 磁平衡式霍爾元件來實現(xiàn) ; 外圍電路是在控制回路 的控制下協(xié)調(diào)和完善直流電源的各項工作 , 主要包 括絕緣監(jiān)察功能 , 閃光系

3、統(tǒng) , 繼電器控制系統(tǒng) , 聲音報警系統(tǒng)控制等 1.1 控制回路交流電源經(jīng)變壓器 T M 降壓 、 隔離 , 輸入控制回路前端 , 經(jīng)過空開 Q 及 P LC 控制的交流電源接 觸器進入可控硅整流器 SCR 中 , 在進入采樣回路 之前 , 由于整流后回路含有大量的交流高頻成分 , 若不經(jīng)處理直接進入采樣 , 會導(dǎo)致采樣值非常的不 穩(wěn)定 , 而最終無法實現(xiàn)控制功能 . 這樣在采樣回路 之前加裝 LC 的濾波電路 , 如圖 1所示 . 在進入負(fù)載 前 , 為避免交流失電后造成直流 220V 電源反送 , 造 成錯誤控制 , 在負(fù)載的前端設(shè)置一逆止二極管 , 其 中采用了目前較為先進的雙直流母線的

4、供電方式 , 即控制母線 、 合閘母線分開 , 通過硅鏈對控制母線進行調(diào)壓 2. 這種設(shè)計避免了以往單母線下人工調(diào), 同時提高了系統(tǒng)的運行可靠性 .1. 1 控制電源設(shè)計控制電源取自蓄電池 , 通過兩個高頻開關(guān)電源 (SPS 1和 SPS 2 分別提供 24VDC 和 15VDC. SPS 1(24VDC 用于繼電器控制和給 P LC 、 人機界面 、 報警喇叭及溫度傳感器等提供工作電源 , SPS 2(15VDC 給用于采樣的霍爾元件提供工作電源 3.高頻開關(guān)電源 (SPS 1,SPS 2 的工作原理是將來 自于蓄電池的直流電壓通過高頻變換器變換成高 頻交流電壓 , 再經(jīng)過高頻變壓器變換成需

5、要的高頻 交流電壓 , 最后經(jīng)輸出整流濾波電路 , 將變換器輸 出的高頻交流電壓整流濾波得到高品質(zhì) 、 高質(zhì)量的 直流電壓 .1. 2 電壓及電流采樣系統(tǒng)設(shè)計電壓 、 電流的采樣均是通過霍爾元件來實現(xiàn) , 由于霍爾元件的輸出均是電流量 , 而 P LC 的輸入 只能接受電壓值 , 因此在霍爾元件的輸出 M 端通 過電阻 、 電容組成的濾波器 , 將電流量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?量 , 進而輸入到 P LC 進行處理 .霍爾元件是一種新型的高性能電氣檢測元件 , 由于它能夠隔離主回路和電子控制回路 , 同時綜合 了互感器和分流器的優(yōu)點 , 又克服了互感器只適合 于工頻測量的缺點 . 并且具有精度高 、 線性

6、好 、 頻帶 寬 、 過載能力強和不損壞被測電路等諸多優(yōu)勢 , 被 收稿日期 :2008-12-12作者簡介 :張玲玉 (1974- , 女 , 黑龍江佳木斯人 , 佳木斯大學(xué)信息學(xué)院講師 . 第 27卷 第 1期 佳 木 斯 大 學(xué) 學(xué) 報 (自 然 科 學(xué) 版 V ol. 27N o. 1 2009 年 01月 Journal of Jiamusi University (Natural Science Edition Jan. 2009廣泛應(yīng)用于電力 、 電子行業(yè) . 1. 2. 1 電壓采樣根據(jù)霍爾元件 LV28-P 的技術(shù)參數(shù) , 由于其 額定輸入電流為 10mA , 若需滿足對于

7、245V 的合閘 母線 、 220V 的控制母線或者用于絕緣監(jiān)視的母線 電壓進行采樣 , 就需要在采樣回路中串聯(lián)電阻進行 分壓 . 以對控制母線電壓采樣為例 , 說明串聯(lián)電阻值的確定 :I =U R , 則 R =U I(1 R =220V 10mA =22k(21. 2. 2 電流采樣霍爾元件 LV28-P 的額定輸入即為電流的直接采樣 , 是采用直接輸入霍爾元件或貫穿式穿過 , 因此它不像電壓采樣那樣復(fù)雜 .圖 1 控制回路圖2 外圍電路外圍電路主要有絕緣監(jiān)察功能 , 閃光系統(tǒng) , 繼電器控制系統(tǒng) , 聲音報警系統(tǒng)控制等 . 2. 1 絕緣監(jiān)察功能設(shè)計直流系統(tǒng)對地絕緣是直流系統(tǒng)的重要功能之

8、 一 , 直流系統(tǒng)所帶負(fù)荷的接地故障而引發(fā)的直流母 線電絕緣監(jiān)察 ET 壓過低及電流過大 , 都足以使某 些負(fù)荷設(shè)備跳閘 、 誤動作 、 燒毀 , 嚴(yán)重影響供電的可 靠性 . 為保證直流系統(tǒng)絕緣的良好性 , 我們以前只 能由人逐個負(fù)荷絕緣情況進行判斷 , 由此 , 提出對 絕緣檢測系統(tǒng)進行改進 .由直流斷路器接向負(fù)荷的饋出線穿過專用絕緣檢測電流霍爾元件 R , 正常情況下 , I +和 I -產(chǎn)生的感應(yīng)磁場在電流霍爾內(nèi)的電流為零 , 一旦有任一 條線接地 , 感應(yīng)磁場在電流霍爾內(nèi)的電流不為零 , 是一具體數(shù)值 , 根據(jù)數(shù)值大小及正負(fù) , 控制器可以 判定是那條線纜接地 . 絕緣監(jiān)察系統(tǒng)檢測控制

9、母線 饋線絕緣狀況 .2. 2 繼電器控制系統(tǒng)設(shè)計裝置的繼電器板共裝有繼電器 24只 , 其中 K 1K 18用于完成對 18組蓄電池的巡回監(jiān)察 , K 19, K 20,K 22作為備用 ,K 21用于裝置報警 、 K 23, K 24用于絕緣監(jiān)察 4. P LC 為了監(jiān)察蓄電池組的工作是否正 常 , 需定期 (設(shè)定每天一次 對電池組進行電壓巡 檢 , 或者運行人員想了解蓄電池的狀況 , 可通過按 鍵選擇電池巡檢 . 為了達(dá)到發(fā)出一次指令 ,P LC 能 夠采集到所有電池組的數(shù)據(jù) , 在繼電器的選擇上 , 要求 K 1K 18的接點動作應(yīng)有延時 .當(dāng) P LC 發(fā)出巡檢指令 , 巡檢繼電器

10、K 1帶電 , 其 常開接點 6, 5, 3, 4閉合 , 將第 1組蓄電池的電壓 引入 P LC 進行采樣 、 記錄 ,3s 后打開 ; 再經(jīng)過 2s 后 K 2帶電 , 其常開接點 6, 5, 3, 4閉合 , 將第 2組蓄電池的電壓引入 P LC 進行采樣 、 記錄 ,3s 后打開 ; 再經(jīng)過 2s 后 K 3帶電 , 如此循環(huán) , 直到 K 23帶電后 , 完成 18組蓄電池的巡檢 .繼電器及采樣板中繼電器的用途見表 1. 其中 每一個與繼電器并聯(lián)的二極管 VD , 均是為防止線86佳 木 斯 大 學(xué) 學(xué) 報 (自 然 科 學(xué) 版 2009年圈斷電的感應(yīng)電壓影響 P LC. 表 1 繼

11、電器及采樣板中繼電器的用途繼電器圖號用途 K 1K 8電池巡檢 K 9K 18電池巡檢 K 19備用 K 20備用 K 21報警 K 22備用 K 23絕緣監(jiān)察 ET K 24絕緣監(jiān)察 ET2. 3 聲音報警系統(tǒng)控制設(shè)計在直流屏發(fā)生故障時 , 號進入 P LC , 個 24V , 21動作 , K 21的 常閉接點閉合 , H A 發(fā)出聲音報警 . 其中繼電 器 K 21的并聯(lián)二極管 VD 21主要用于在繼電器 K 21線 圈失電后 , 防止高的感應(yīng)電壓影響 P LC 的正常運 行 5. 在裝置試運期間 , 由于沒有考慮到 K 21失電影 響 , 造成每次發(fā)生報警信號后 ,P LC 主機經(jīng)常死

12、機 , 后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是因在 R 21存在較高電壓造成 .3 結(jié)束語本文根據(jù)現(xiàn)場技術(shù)要求 , 查閱國內(nèi)外的相關(guān)技術(shù)資料 , 對國內(nèi)外同類型產(chǎn)品和技術(shù)進行比較 ; 對其它產(chǎn)品進行剖析 , 吸取它們的設(shè)計上的優(yōu)點 , 彌 補了設(shè)計和功能上的不足 ; 對直流系統(tǒng)進行整體的 設(shè)計和技術(shù)改進 , 增加了其它裝置所不具備的新型 直流接地選線功能 ; 開發(fā)出具有 “四遙” 功能 、 滿足 現(xiàn)場運行需要 , 具有就地和遠(yuǎn)方控制功能的裝置 , 并在現(xiàn)場進行了產(chǎn)品運行調(diào)試 .此直流電源采用的可編程序控制器 P LC 是以 微處理器為基礎(chǔ) , 綜合了計算機技術(shù) 、 自動控制技 術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動

13、控 制裝置 . 它具有體積小 、 功能強 、 . . 因而在冶 , 成 . 參考文獻 :1 張萬忠 . 可編程控制器應(yīng)用技術(shù) M.第 1版 . 北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 . 2002.2 陳立定 . 電氣控制及可編程控制器 M.第 2版 . 廣州 :華南理工大學(xué)出版社 . 2001.3 白忠敏 . 電力工程直流設(shè)計手冊 M.北京 :中國電力出版社 ,19990.4 楊勝儀 , 李葉青 . 西門子 S7-200P LC 在直流電源監(jiān)控器中的應(yīng)用 J.可編程控制器與工廠自動化 ,2008, (2 :46-48.5 王卓 , 劉學(xué)軍 . P LC 控制的晶閘管整流電源的設(shè)計 J.儀表技術(shù) ,2006,

14、 (6 :67-69.The H ardw are Circuit Design of Direct Current SupplyControlled by PLC in I ndustryZH ANG Ling -yu , LI Feng -xia , LI Li -min(College of I nform ation and E lectronic T echnology , Jiamusi U niversity , Jiamusi 154007, China Abstract : C onsidering the current DC power supply equipments

15、 and operation demands of the power netw ork in a factory , this article developed a new DC supply device and im plemented the control of automatic charge and dis 2charge , system detect and communication. The device introduced a m odule design method and its core control is a P LC of Siemens S7series which is characteristic of high com puting speed and powerful logical decision. As has been proved that auto