【自動(dòng)重合閘的構(gòu)成原理和PLC設(shè)計(jì)12000字（論文）】

PAGEVII自動(dòng)重合閘的構(gòu)成原理和PLC設(shè)計(jì)摘要據(jù)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)中永久性故障一般不到10%，其余故障都是由于雷擊過電壓引起的絕緣子表面閃絡(luò)，大風(fēng)時(shí)的短時(shí)碰線，樹枝落在導(dǎo)線上等引起的瞬時(shí)故障。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)立刻動(dòng)作使線路或設(shè)備斷電，在非常短暫的時(shí)間內(nèi)，故障點(diǎn)的電弧就會(huì)自動(dòng)熄滅，使絕緣自動(dòng)恢復(fù)。此時(shí)自動(dòng)重合閘裝置動(dòng)作，自動(dòng)將斷路器合上，恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。針對(duì)傳統(tǒng)的電磁式重合閘裝置存在動(dòng)作級(jí)數(shù)多，觸點(diǎn)粘連等不可靠因素，采用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘，對(duì)其進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，所用元件極少，故障率大大降低，克服了電磁式重合閘控制方式的不足。控制柔性好，控制系統(tǒng)的供電可靠性高。分析了傳統(tǒng)繼電器式自動(dòng)重合閘裝置存在的缺點(diǎn)，提出利用PLC設(shè)計(jì)自動(dòng)重合閘裝置，繪出梯形圖。自動(dòng)重合閘裝置應(yīng)動(dòng)作，使斷路器重新合閘；自動(dòng)重合閘裝置的動(dòng)作次數(shù)應(yīng)符合預(yù)先設(shè)定的次數(shù)，本文采用一次式自動(dòng)重合閘裝置，即當(dāng)重合于永久性故障而再次跳閘后，就不會(huì)在動(dòng)作，自動(dòng)重合閘動(dòng)作以后，如果故障消除，能自動(dòng)復(fù)歸，準(zhǔn)備好下一次再動(dòng)作，如果重合于永久性故障，則需要手動(dòng)復(fù)位。關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器（PLC），自動(dòng)重合閘，可靠性，應(yīng)用目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 I1緒論 12自動(dòng)重合閘 22.2自動(dòng)重合閘的基本概念 22.2.1自動(dòng)重合閘的作用 32.2.2自動(dòng)重合閘的要求 32.2.3自動(dòng)重合閘的選擇原則 32.2.4自動(dòng)重合閘的啟動(dòng)方式 42.3自動(dòng)重合閘的構(gòu)成和原理 42.3.1正常情況 52.3.2故障情況 62.3.3手動(dòng)跳閘 62.3.4手動(dòng)合閘 63PLC的基本結(jié)構(gòu) 73.1PLC的工作原理 104PLC控制自動(dòng)重合閘 134.1PLC自動(dòng)重合閘系統(tǒng)概述 134.2自動(dòng)重合閘的選擇 154.3PLC的選型與設(shè)計(jì) 154.3.1S7-200的結(jié)構(gòu)圖示 164.3.2主機(jī)結(jié)構(gòu) 174.3.3S7-200的掃描周期和工作方式 194.3.4S7-200的輸入輸出擴(kuò)展 204.3.5S7-200主機(jī)性能指標(biāo) 214.4S7-200的軟件編程 234.4.1編程語言 234.4.2顯示面板 244.4.3特殊功能模塊 254.5軟硬件設(shè)計(jì) 254.5.1I/O地址分配表 254.5.2梯形圖 264.5.3PLC硬件接線圖 264.5.3二次控制回路接線 26總結(jié) 29參考文獻(xiàn) 30附錄 321緒論1緒論自動(dòng)重合閘（ARD）裝置是將因故障跳開后的斷路器按需要自動(dòng)投入的一種自動(dòng)裝置。電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，架空線路絕大多數(shù)的故障都是瞬時(shí)性的，永久性故障一般不到10%。因此，在由繼電保護(hù)動(dòng)作的切除短路故障以后，電弧將會(huì)自動(dòng)熄滅，在多數(shù)的情況下短路處的絕緣能夠自動(dòng)恢復(fù)。因此，自動(dòng)使斷路器重合，不僅提升了供電的可靠性，減少停電的損失，而且還增加了電力系統(tǒng)的暫時(shí)穩(wěn)定的水平。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，對(duì)電力需求愈來愈大，促使電力事業(yè)迅速發(fā)展，電網(wǎng)不斷擴(kuò)大，用戶對(duì)供電質(zhì)量和供電可靠性要求越來越高，甚至連發(fā)生電源的瞬時(shí)中斷也不能忍受?！半娏Ψā焙汀俺兄Z制”的公布和貫徹執(zhí)行，要求電力供應(yīng)部門提供安全、經(jīng)濟(jì)、可靠和高質(zhì)量的電能。傳統(tǒng)的技術(shù)和管理手段已無法適應(yīng)新的形勢(shì)，PLC自動(dòng)重合閘就是為了這一目的而提出來的。先進(jìn)PLC的發(fā)展代表著國(guó)家的綜合科技實(shí)力和水平，目前許多先進(jìn)工業(yè)國(guó)家都已將PLC技術(shù)列為21世紀(jì)高科技發(fā)展計(jì)劃。其發(fā)展呈現(xiàn)兩個(gè)突出特點(diǎn):一個(gè)是在橫向上，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷的擴(kuò)大，正從傳統(tǒng)的制造向人類工作和生活的各種領(lǐng)域擴(kuò)展，PLC的種類日趨增多；另一方面是在縱向上，隨著需求范圍的擴(kuò)大，PLC的結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)展多樣化，高端系統(tǒng)呈現(xiàn)明顯的仿生和智能特征，其特性不斷提高，功能不斷擴(kuò)展和完善，各種PLC向更智能化和人類社會(huì)更密切的融合方向發(fā)展。 2自動(dòng)重合閘2.2自動(dòng)重合閘基本概念按重合閘的動(dòng)作來分，可分為電氣式和機(jī)械式。按重合閘作用于斷路器的方式，可分為三相普通重合閘、單相重合閘和綜合重合閘三種。按重合閘的構(gòu)成原理來分，可分為電磁式、晶體管式、集成電路式、數(shù)字（微機(jī)）式。按動(dòng)作次數(shù)來分，可分為一次式和多次式。按使用條件來分，可分為單側(cè)電源重合閘和雙側(cè)電源重合閘。雙側(cè)電源重合閘又可分為檢定無壓重合閘、檢定同期和不檢定三種。2.2.1自動(dòng)重合閘的作用架空線路的故障大多是“瞬時(shí)性”的故障，當(dāng)線路被繼電保護(hù)迅速動(dòng)作控制斷路器斷開以后，故障點(diǎn)的絕緣水平就可以自行恢復(fù)，故障就會(huì)消失。此時(shí)，如果把斷開的線路斷路器重新合上，就能夠恢復(fù)正常的供電。此外，也有“永久性故障”，“永久性故障”在線路被斷開之后，它們?nèi)匀皇谴嬖诘模词购仙想娫?，也不能恢?fù)正常供電。因此，在電力系統(tǒng)中采用的自動(dòng)重合閘裝置，即是當(dāng)斷路器由繼電保護(hù)動(dòng)作或其它非人工操作而跳閘后，能夠自動(dòng)控制斷路器重新合上的一種裝置。最大的提高了供電的可靠性，減少了線路的停電次數(shù)。如果在高壓輸電線路上采用了重合閘，就能提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。如果在架空線路上采用重合閘，就可以暫緩架設(shè)雙回線路，以節(jié)約投資。如果對(duì)斷路器本身由于機(jī)構(gòu)不良或繼電保護(hù)誤動(dòng)作而引起了錯(cuò)誤的跳閘，也能夠起糾正的作用。但是，如果當(dāng)重合于永久性故障上時(shí)，它也會(huì)帶來一些不利影響，如:（1）使電力系統(tǒng)再一次受到故障的沖擊。（2）由于斷路器在很短的時(shí)間內(nèi)，連續(xù)切斷兩次短路電流，而使其工作條件變得更加惡劣。2.2.2自動(dòng)重合閘的基本要求正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)斷路器由繼電保護(hù)動(dòng)作或其它原因而跳閘后，自動(dòng)重合閘裝置均應(yīng)動(dòng)作。由運(yùn)行人員手動(dòng)操作或通過遙控裝置將斷路器斷開時(shí)，自動(dòng)重合閘不應(yīng)起動(dòng)。繼電保護(hù)動(dòng)作切除故障后，自動(dòng)重合閘裝置應(yīng)盡快發(fā)出重合閘脈沖。自動(dòng)重合閘裝置動(dòng)作次數(shù)應(yīng)符合預(yù)先的規(guī)定。自動(dòng)重合閘裝置應(yīng)有可能在重合閘以前或重合閘以后加速繼電保護(hù)的動(dòng)作，以便加速故障的切除。在雙側(cè)電源的線路上實(shí)現(xiàn)重合閘時(shí)，重合閘應(yīng)滿足同期合閘條件。當(dāng)斷路器處于不正常狀態(tài)而不允許實(shí)現(xiàn)重合閘時(shí)，應(yīng)將自動(dòng)重合閘裝置閉鎖。2.2.3自動(dòng)重合閘的選擇與原則（1）三相普通一次重合閘的方式適用于110kv及下面的電網(wǎng)當(dāng)中，尤其是在集中供電地區(qū)的密集型環(huán)網(wǎng)之中，線路跳閘后不再需要進(jìn)行重合閘也可以進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)行線路，適和在單側(cè)電源輻射形式的線路，不適和在大機(jī)組的出口處。（2）單相重合閘及綜合重合閘方式適用于220kv及以上的電網(wǎng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，如果使用三相重合閘不能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，或者地區(qū)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)大面積停電，或者會(huì)導(dǎo)致重要負(fù)荷停電時(shí)，特別是大型機(jī)組的高壓配電線路，使用三相重合閘的線路，在使用單相重合閘時(shí)對(duì)系統(tǒng)恢復(fù)供電有較好的效果。（3）檢定無壓或者是檢定同期重合閘的方式可以適用于兩端都有電源的線路或者是不允許進(jìn)行非同期合閘的線路，雙回線路上可以直接檢定另一條回線路上有電流來判定同期。（4）

非同期重合閘方式并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)之間應(yīng)有三條或三條以上的緊密聯(lián)系的線路，非同期重合閘時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流沒有超過規(guī)定的允許值，重合后電力系統(tǒng)可以很快恢復(fù)同期運(yùn)行時(shí)，在非同期重合閘所產(chǎn)生的振蕩過程里，對(duì)重要負(fù)荷的影響比較小。2.2.4自動(dòng)重合閘的啟動(dòng)方式自動(dòng)重合閘的啟動(dòng)方式基本有兩種:斷路器控制開關(guān)位置和斷路器位置不對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)方法與保護(hù)啟動(dòng)方法。其中不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)為:簡(jiǎn)單而且可靠，并且還可以糾正斷路器的誤碰或者偷跳，能夠加大供電的可靠性與系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，在各級(jí)電網(wǎng)里邊有良好的運(yùn)行效果，是全部重合閘的基本啟動(dòng)的方式。它的缺點(diǎn)就是:當(dāng)斷路器輔助的觸點(diǎn)在接觸不良好的情況下，不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)方式就會(huì)失效。進(jìn)行保護(hù)起動(dòng)的方式，就是對(duì)不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)方式的補(bǔ)充。于此同時(shí)，在單相重合閘過程里也要進(jìn)行一些相關(guān)的保護(hù)閉鎖，比如說，如果邏輯回路中需要對(duì)故障相進(jìn)行選相固定等，那么也需要一個(gè)可以保護(hù)啟動(dòng)的重合閘啟動(dòng)元件。其缺點(diǎn)就是，不能夠糾正斷路器誤動(dòng)。2.3自動(dòng)重合閘的構(gòu)成及原理電磁式三相一次自動(dòng)重合閘的原理接線圖如圖2.1所示:圖2.1自動(dòng)重合閘的原理接線圖 3可編程控制器PAGE352.3.1在正常情況下斷路器處于合閘狀態(tài)，QF1斷開→2KM失電→2KM1斷開。而SA處在合后位置，其觸點(diǎn)SA21-23接通，觸點(diǎn)SA2-4斷開→重合閘投入，指示燈HL亮。重合閘繼電器的電容C經(jīng)4R充電，經(jīng)10--15s后，如果電容器C兩端的電壓等于電源電壓，那么此電壓可使中間繼電器KM起動(dòng)。2.3.2在故障情況下斷路器跳開以后，QF1閉合--2KM得電--2KM1閉合--起動(dòng)KT--KT經(jīng)過約0.5-1s的延時(shí)--KT1閉合--電容器C放電--KM起動(dòng)--閉合其常開觸點(diǎn)KM1、KM2、KM3→發(fā)出合閘脈沖。(1)如果在瞬時(shí)性故障時(shí)斷路器合閘以后，KM因?yàn)殡娏髯员３志€圈失去電流從而返回。于此同時(shí)，2KM失電——2KM1斷開——KT失電，觸點(diǎn)KT1斷開——電容器C經(jīng)過4R重新充電，經(jīng)10-15s后又能使電容C的兩端建立電壓。使整個(gè)回路復(fù)歸，準(zhǔn)備再一次動(dòng)作。(2)如果是永久性故障斷路器合閘以后，繼電保護(hù)動(dòng)作將再一次將斷路器斷開——QF1閉合——2KM得電——2KM1閉合，KT起動(dòng)——KT1經(jīng)過約0.5-1s的延時(shí)閉合——電容器C就會(huì)放電。2.3.3當(dāng)手動(dòng)跳閘時(shí)SA發(fā)出預(yù)跳命令——其觸點(diǎn)SA2-4接通——將C上的電荷瞬時(shí)放掉。SA發(fā)出跳閘命令——其觸點(diǎn)SA6-7接通→斷路器跳閘——2KM1閉合——KT起動(dòng)，經(jīng)過約0.5-1s的延時(shí)——KT1閉合。這時(shí)，儲(chǔ)能電容器C兩端早已沒有電壓，KM不能起動(dòng)——重合閘不可以重合。2.3.4當(dāng)手動(dòng)合閘時(shí)SA就會(huì)發(fā)出跳閘命令——SA5-8觸點(diǎn)就會(huì)閉合，接通合閘回路，QF就會(huì)合閘。SA25-28觸點(diǎn)就會(huì)閉合，起動(dòng)加速繼電器3KM。當(dāng)故障線路時(shí)，保護(hù)就會(huì)動(dòng)作，經(jīng)過3KM的常開觸點(diǎn)就會(huì)使QF加速跳閘。3.1PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC的型號(hào)、規(guī)格繁多。它主要由中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部分組成。1．中央處理單元CPUCPU是PLC的核心，其主要作用是:（1）接收由編程器輸入的用戶程序，并且存入到程序存儲(chǔ)器中；（2）用掃描方式采集現(xiàn)場(chǎng)輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器；（3）執(zhí)行用戶程序，由程序存儲(chǔ)器中逐條取出來的用戶程序，經(jīng)過解釋程序的解釋后逐條執(zhí)行，完成程序所規(guī)定的邏輯和算術(shù)運(yùn)算，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)去控制輸出電路，從而實(shí)現(xiàn)程序規(guī)定的各種操作；（4）經(jīng)過故障自診斷程序，診斷出PLC的各種運(yùn)行錯(cuò)誤。因此，CPU的性能對(duì)PLC的整機(jī)性能有著決定性的影響。2．存儲(chǔ)器PLC的存儲(chǔ)器用來存放程序和數(shù)據(jù)。程序分為系統(tǒng)程序和用戶程序。（1）系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器該存儲(chǔ)器存放了系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序就是由PLC研制者所編的程序，它是決定PLC性能的關(guān)鍵。系統(tǒng)程序有監(jiān)控程序、解釋程序、故障自診斷程序、標(biāo)準(zhǔn)子程序和其他各種管理程序等。系統(tǒng)程序一般由制造廠家提供，一般都固化在ROM或EPROM中，用戶不能直接存取。其中系統(tǒng)程序是用來管理、協(xié)調(diào)PLC的各部分的工作，翻譯、解釋用戶程序，并且進(jìn)行故障診斷等。（2）用戶程序存儲(chǔ)器該存儲(chǔ)器存放用戶程序（應(yīng)用軟件）。用戶程序就是用戶為了解決實(shí)際問題并且根據(jù)PLC的指令系統(tǒng)進(jìn)行編制的程序，它通過編程器輸入，經(jīng)CPU存放入用戶存儲(chǔ)器。為了方便程序的調(diào)試、擴(kuò)充、修改、完善，所以該存儲(chǔ)器使用了RAM。（3）變量存儲(chǔ)器變量存儲(chǔ)器就是存放PLC的內(nèi)部邏輯變量，比如有內(nèi)部繼電器、1/O寄存器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中邏輯變臉的現(xiàn)行值等，這些現(xiàn)行值在CPU進(jìn)行邏輯運(yùn)算的時(shí)候需要隨時(shí)讀出、更新相關(guān)的內(nèi)容，因此，變量存儲(chǔ)器也可以采用RAM?，F(xiàn)在用戶程序存儲(chǔ)器與變量存儲(chǔ)器通常采用了低功耗的CMOS-RAM以及鏗電池供電的掉電保護(hù)技術(shù)，能夠提高運(yùn)行的可靠性。一般PLC產(chǎn)品資料中所指的內(nèi)存儲(chǔ)器容量，就是指用戶程序存儲(chǔ)器，而且以字為單位來表示存儲(chǔ)器的容量。3．輸入輸出接口（簡(jiǎn)稱1/0）輸入輸出接口是CPU與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)裝置之間的連接部分，是PLC的重要組成部分。與微機(jī)的1/O接口工作于弱電的情況不同，PLC的I/O接口是按強(qiáng)電要求設(shè)計(jì)的，即其輸入接口可以接受強(qiáng)電信號(hào)，其輸出接口可以直接和強(qiáng)電設(shè)備相連接。一般對(duì)于小型的PLC，廠家都通常將1/O部分安裝在PLC的本體部分，但是對(duì)于中、大型的PLC各廠家通常都是將1/O部分做成擴(kuò)充的、可供選取的模塊組件，用戶可根據(jù)自己的需要選取不同功能、不同點(diǎn)數(shù)的1/O組件來組成自己的控制系統(tǒng)。為便于檢查，每個(gè)1/O點(diǎn)都接有指示燈，某點(diǎn)接通時(shí)，相應(yīng)的指示燈發(fā)光指示。用戶可以方便地檢查各點(diǎn)的通斷狀態(tài)。（1）輸入接口輸入接口的功能是采集現(xiàn)場(chǎng)各種開關(guān)接點(diǎn)的狀態(tài)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平，送給CPU處理。一般的輸入信號(hào)多為開關(guān)量信號(hào)，各種開關(guān)量輸入接口的基本結(jié)構(gòu)大同小異，常有直流和交流開關(guān)量輸入接口電路兩種。交流開關(guān)量輸入接口電路與直流開關(guān)量輸入接口電路的主要區(qū)別是，前者要由現(xiàn)場(chǎng)提供交流電流，輸入的交流信號(hào)經(jīng)整流后得到直流，再去驅(qū)動(dòng)光電耦合器。在機(jī)械設(shè)備中，除開關(guān)量外，還常遇到一些模擬量如溫度、壓力、位移和速度等。對(duì)這些模擬量進(jìn)行采集時(shí)，必須經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ACD）將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才可以被PLC的CPU所接受。（2）輸出接口輸出接口有多種方式，就是為了適應(yīng)不同的負(fù)載。經(jīng)常用的有晶閘管輸出方式、晶體管輸出方式以及繼電器輸出方式。其中晶體管輸出方式是用于直流負(fù)載;而晶閘管輸出方式用于交流負(fù)載，繼電器輸出方式可以用于直流負(fù)載，也可用在交流負(fù)載。有的PLC還具有模擬輸出的接口，可以用于需要摸擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。4．編程器編程器就是PLC中一種主要的外部設(shè)備，它是開發(fā)、維護(hù)PLC控制系統(tǒng)的必備設(shè)備。編程器用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調(diào)用與顯示PLC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它通過通信端口與CPU聯(lián)系，完成人機(jī)對(duì)話連接。編程器上有供編程用的各種功能鍵和顯示燈，以及編程、監(jiān)控轉(zhuǎn)換開關(guān)。編程器的鍵盤采用梯形圖語言鍵符，也可以采用軟件指定的功能鍵符，通過屏幕對(duì)話方式進(jìn)行編程。編程器有便攜式和CRT智能式兩大類，前者只能聯(lián)機(jī)編程，而后者既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程。便攜式編程器體積小，重量輕，可隨身攜帶，便于在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。一般的小型PLC主要采用便攜式編程器。編程器是專用的，不同型號(hào)的PLC都有自己專用的編程器，不能通用。PLC正常工作時(shí)，不一定需要編程器。因此，多臺(tái)同型號(hào)的PLC可以只配一個(gè)編程器。5．其他設(shè)備PLC的外部設(shè)備還有盒式錄音機(jī)、打印機(jī)、EPROM寫入器及高分辨率屏幕彩色圖形監(jiān)控設(shè)備等。3.2PLC的工作原理與普通微機(jī)類似，PLC也是由硬件和軟件兩大部分組成的。在軟件的控制下，PLC才能正常地工作。軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。PLC的基本工作如下:（1）輸入現(xiàn)場(chǎng)信息:在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài);（2）執(zhí)行程序:順次掃描用戶程序中的各條指令，根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算;（3）輸出控制信號(hào):根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點(diǎn)并行發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)所要求的邏輯控制功能。上述過程執(zhí)行完后，又重新開始，反復(fù)地執(zhí)行。每執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱為掃描周期。PLC的掃描周期通常為幾十毫秒。在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)機(jī)械設(shè)備的工作過程可以分為一系列不斷重復(fù)的順序操作，PLC的工作方式與此相似。因此，PLC的程序可與機(jī)器的動(dòng)作一一對(duì)應(yīng)，程序編制簡(jiǎn)單、直觀、不容易出錯(cuò)，而且容易修改，從而大大減少了軟件的開發(fā)費(fèi)用，縮短了軟件的開發(fā)周期。為了提高工作的可靠性，及時(shí)接收外來的控制命令，PLC在每次掃描期間，除完成上述三步操作外，通常還要進(jìn)行故障自診斷，完成與編程器等的通信。每次掃描開始，先執(zhí)行一次自診斷程序，對(duì)各輸入輸出點(diǎn)、存儲(chǔ)器和CPU等進(jìn)行診斷，診斷的方法通常是測(cè)試出各部分的當(dāng)前狀態(tài)，并與正常的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行比較，若兩者一致，說明各部分工作正常，若不一致則認(rèn)為有故障。此時(shí)，PLC立即啟動(dòng)關(guān)機(jī)程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，并關(guān)斷所有輸出點(diǎn)，然后停機(jī)。診斷結(jié)束后，如沒發(fā)現(xiàn)故障，PLC將繼續(xù)往下掃描，檢查是否有編程器等的通信請(qǐng)求。如果有則進(jìn)行相應(yīng)的處理，比如，接受編程器發(fā)來的命令，把要顯示的狀態(tài)數(shù)據(jù)、出錯(cuò)信息送給編程器顯示等。處理完通信后，PLC繼續(xù)往下掃描，輸入現(xiàn)場(chǎng)信息，順序執(zhí)行用戶程序，輸出控制信號(hào)，完成一個(gè)掃描周期。然后又從自診斷開始，進(jìn)行第二輪掃描。PLC就這樣不斷反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的連續(xù)控制，直到接收到停機(jī)命令，或因停電、出現(xiàn)故障等才停止工作。 4PLC控制自動(dòng)重合閘4PLC的控制自動(dòng)重合閘4.1PLC自動(dòng)重合閘系統(tǒng)的概述本文旨在設(shè)計(jì)一個(gè)以S7-200PLC為核心的控制器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力線路自動(dòng)重合閘的控制。傳統(tǒng)的自動(dòng)重合閘裝置由各種繼電器及控制開關(guān)構(gòu)成（控制原理圖如圖4.1，圖4.2所示）。圖4.1自動(dòng)重合閘裝置原理框圖圖4.2電磁式ARD裝置動(dòng)作過程圖由于連接導(dǎo)線繁多，繼電器的壽命有限,容易發(fā)生裝置的誤動(dòng)和拒動(dòng)，影響電力系統(tǒng)的可靠性，其定時(shí)單元由機(jī)電式或晶體管式時(shí)間繼電器構(gòu)成，誤差大且調(diào)整不方便，影響上下級(jí)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)限的配合；裝置的功能單一，不利于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化，且體積大，有色金屬消耗多，噪音大。而PLC構(gòu)成的ARD裝置調(diào)試簡(jiǎn)單，組態(tài)靈活，可靠性高，具有擴(kuò)展性，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，因此，PLC構(gòu)成的ARD裝置具有廣闊的應(yīng)用前景。能克服傳統(tǒng)繼電器控制存在的不足，而且具有結(jié)線簡(jiǎn)單，工作可靠，便于調(diào)試和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。它一種性能較好的控制器,在惡劣的工作環(huán)境下能可靠地工作，其故障率很小。用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘，可用其內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)繼電器，通過軟件編程方式，用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接線，從根本上簡(jiǎn)化動(dòng)作的物理鏈條，其控制原理如圖4.3所示。從繼電保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)開始，僅經(jīng)過PLC邏輯處理后就可直接發(fā)出重合閘動(dòng)作信號(hào)，動(dòng)作過程無觸點(diǎn)參與。PLC控制方式既克服了使用傳統(tǒng)繼電器所帶來的種種弊端，又兼容傳統(tǒng)繼電器的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)方案。用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘，可用其內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)繼電器，通過軟件編程方式，用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接線，從根本上簡(jiǎn)化動(dòng)作的物理鏈條，系統(tǒng)的基本組成框圖如圖4.3所示:圖4.3PLC實(shí)現(xiàn)ARD動(dòng)作過程圖圖4.4為PLC實(shí)現(xiàn)ARD功能的系統(tǒng)原理圖:圖4.4ARD的系統(tǒng)原理圖4.2自動(dòng)重合閘的選擇在我國(guó)的電力系統(tǒng)中三相一次重合閘方式的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。三相一次自動(dòng)重合閘方式是指不論在輸電線路上發(fā)生相間短路還是接地短路，繼電保護(hù)裝置將動(dòng)作，斷路器將線路的三相一起斷開，然后重合閘裝置動(dòng)作，將斷路器的三相一起合上的重合閘方式。當(dāng)故障為瞬時(shí)性時(shí)，則重合成功；當(dāng)為永久性故障時(shí)，則繼電保護(hù)再次將斷路器三相一起斷開，不再重合。本設(shè)計(jì)所用的重合閘是配電線路上用的單側(cè)電源三相一次自動(dòng)重合閘。為加速切除故障，提高供電的可靠性，保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，一般有繼電保護(hù)配合工作。而繼電保護(hù)與三相一次自動(dòng)重合閘的配合方式有兩種：自動(dòng)重合閘前加速，自動(dòng)重合閘后加速。而前加速保護(hù)主要用于35KV以下有發(fā)電廠或重要變電所引出的直配線路上，以便快速切除故障，保證母線電壓。另外從經(jīng)濟(jì)和其他方面考慮，應(yīng)選用前加速保護(hù)。前加速保護(hù)的優(yōu)點(diǎn):（1）能夠快速地切除瞬時(shí)性故障。（2）可能使瞬時(shí)性故障來不及發(fā)展成永久性故障，從而提高重合閘的成功率。（3）能保證發(fā)電廠和重要變電所的母線電壓在0.6～0.7倍額定電壓以上，從而保證廠用電和重要用戶的電能質(zhì)量。（4）使用設(shè)備少，只需裝設(shè)一套重合閘裝置，簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)。前加速保護(hù)的缺點(diǎn):（1）斷路器工作條件惡劣，動(dòng)作次數(shù)較多。（2）重合于永久性故障時(shí)，故障切除的時(shí)間可能較長(zhǎng)。（3）如果重合閘裝置或斷路器拒絕合閘，則將擴(kuò)大停電范圍。4.3PLC的選型與設(shè)計(jì)PLC是整個(gè)控制器的核心，它性能的好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。通過對(duì)PLC控制功能的分析，決定采用德國(guó)西門子公司的S7-200系列PLC作為控制系統(tǒng)的核心控制器。西門子公司生產(chǎn)的S7—200系列PLC，它結(jié)構(gòu)緊湊，良好的擴(kuò)展性，強(qiáng)大的功能指令，價(jià)格低廉，S7—200的STEP7—Micro/WIN32編程軟件可以方便地在WINDOWS環(huán)境下對(duì)PLC編程、調(diào)試、監(jiān)控、使得PLC編程更加方便快捷。S7—200系列PLC具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn):（1）S7—200配置靈活，除主機(jī)單元外，還可擴(kuò)展I/O模塊，A/D模塊，D/A模塊和其它特殊功能模塊。（2）S7—200指令功能豐富，可完成各種控制，且指令執(zhí)行速度快。（3）S7—200可用內(nèi)部輔助繼電器M，狀態(tài)繼電器S，定時(shí)器T，寄存器D。（4）S7—200具有良好的擴(kuò)展性。在1979年，微處理器技術(shù)被應(yīng)用到可編程序控制器中，產(chǎn)生了SIMATICS5系列，取代了S3系列，之后在20世紀(jì)末又推出了S7系列產(chǎn)品。最新的SIMATIC產(chǎn)品為SIMATICS7、M7和C7等幾大系列。S7—200系列是一種可編程序邏輯控制器（MicroPLCs）。它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動(dòng)化控制需求。S7—200的用戶程序中包括了位邏輯、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達(dá)到控制目的。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使S7—200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。S7—200CPU將一個(gè)微處理器，一個(gè)集成電源和數(shù)字量I/O點(diǎn)集成在一個(gè)緊湊的封裝中，從而形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的微型PLC。在下載了程序之后，S7—200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備。德國(guó)的西門子（SIEMENS）公司是歐洲最大的電子和電氣設(shè)備制造商，生產(chǎn)的SIMATIC可編程序控制器在歐洲處于領(lǐng)先地位。其第一代可編程序控制器是1975年投放市場(chǎng)的SIMATICS3系列的控制系統(tǒng)。從CPU模塊的功能來看，SIMATICS7—200系列小型可編程序控制器發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了兩代:第一代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU21X，主機(jī)都可進(jìn)行擴(kuò)展，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元:CPU212，CPU214，CPU215和CPU216，對(duì)第一代PLC產(chǎn)品不再作具體介紹。第二代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU22X，是在21世紀(jì)初投放市場(chǎng)的，速度快，具有較強(qiáng)的通信能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元:CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可加擴(kuò)展模塊。4.3.1S7-200的結(jié)構(gòu)圖示SIMATICS7-200系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大部分構(gòu)成，如圖4.5所示:圖4.5S7-200系統(tǒng)框圖1．硬件（1）基本單元（2）擴(kuò)展單元（3）特殊功能模塊（4）相關(guān)設(shè)備2．工業(yè)軟件工業(yè)軟件是為更好地管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相配套的程序、文檔及其規(guī)則的總和，它主要由標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)接口等幾大類構(gòu)成。4.3.2主機(jī)結(jié)構(gòu)1．各CPU介紹及I/O系統(tǒng)（1）主機(jī)外形SIMATICS7-200系統(tǒng)CPU22X系列PLC主機(jī)（CPU模塊）的外形如圖4.6所示:圖4.6主機(jī)外形圖SIMATICS7-200系統(tǒng)CPU22X系列PLC主機(jī)及I/O特性如表4.1所示:表4.1I/O特性表類型主機(jī)輸出類型主機(jī)輸入點(diǎn)數(shù)主機(jī)輸出點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展模塊數(shù)CPU221DC/繼電器64無CPU222DC/繼電器862CPU224DC/繼電器14107CPU226DC/繼電器241672．存儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)圖如圖4.7所示:圖4.7存儲(chǔ)系統(tǒng)框圖主機(jī)CPU存儲(chǔ)容量表如表4.2所示:表4.2存儲(chǔ)容量主機(jī)CPU類型CPU221CPU222CPU224CPU226用戶程序區(qū)存儲(chǔ)量2048字2048字4096字4096字用戶數(shù)據(jù)區(qū)存儲(chǔ)量1024字1024字2560字2560字用戶存儲(chǔ)器類型EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM3．存儲(chǔ)安全（1）主機(jī)CPU模塊內(nèi)部配備的EEPROM，上裝程序時(shí)，可自動(dòng)裝入并永久保存用戶程序、數(shù)據(jù)和CPU的組態(tài)數(shù)據(jù)。（2）用戶可以用程序?qū)⒋鎯?chǔ)在RAM中的數(shù)據(jù)備份到EEPROM存儲(chǔ)器。（3）主機(jī)CPU提供一個(gè)超級(jí)電容器，可使RAM中的程序和數(shù)據(jù)在斷電后保持幾天之久。（4）CPU提供一個(gè)可選的電池卡，可在斷電后超級(jí)電容器中的電量完全耗盡時(shí)，繼續(xù)為內(nèi)部RAM存儲(chǔ)器供電，以延長(zhǎng)數(shù)據(jù)所存的時(shí)間。（5）可選的存儲(chǔ)器卡可使用戶像使用計(jì)算機(jī)磁盤一樣來方便地備份和裝載程序和數(shù)據(jù)。4.3.3S7-200的掃描周期和工作方式1．掃描周期（1）輸入處理（2）執(zhí)行程序（3）處理通信請(qǐng)求（4）執(zhí)行CPU自診斷測(cè)試（5）寫數(shù)字輸出2．工作方式（1）STOP方式（2）RUN方式3．改變CPU工作方式的方法（1）用PLC上的方式開關(guān)來手動(dòng)切換，方式開關(guān)有3個(gè)擋位。（2）用STEP7-Micro/Win32編程軟件，應(yīng)首先把主機(jī)的方式開關(guān)置于TERM或RUN位置，然后在此軟件平臺(tái)用鼠標(biāo)單擊STOP和RUN方式按鈕即可。（3）在用戶程序中用指令由RUN方式轉(zhuǎn)換到STOP方式，前提是程序邏輯允許中斷程序的執(zhí)行。4.3.4S7-200的輸入輸出擴(kuò)展1．設(shè)備連接圖4.8實(shí)物圖2．最大I/O配置的預(yù)算（1）電流提供各CPU所能提供的最大5VDC電流如表4.3所示:表4.3CPU提供的電流主機(jī)CPU類型CPU221CPU222CPU224CPU226最大擴(kuò)電流（mA）03406601000（2）模塊電流CPU22X可連接的各擴(kuò)展模塊消耗5VDC電流如表4.4所示:表4.4擴(kuò)展模塊消耗電流擴(kuò)展模塊編號(hào)擴(kuò)展模塊型號(hào)模塊消耗電流（mA）1EM221DI8*DC24v302EM222DO8*DC24v503EM222DO8*繼電器404EM223DI4/DO4*DC24v405EM223DI4/DO4*DC24v406EM223DI8/DO8*DC24v807EM223DI8*DC24v/繼電器808EM223DI16*DC24v1609EM223DI16/DO16*DC24v/繼電器15010EM231AI14*12位2011EM231AI4*熱電耦6012EM231AI4*RTD6013EM232AQ2*12位2014EM235AI4/AQ1*123015EM277PROFIBUS-DP150S7-200CPU為每個(gè)主機(jī)數(shù)字量輸入提供了脈沖捕捉功能，它可以使主機(jī)能夠捕捉小于一個(gè)掃描周期的短脈沖，并將其保持到主機(jī)讀到這個(gè)信號(hào)，但前提是只有通過濾波器后，脈沖捕捉才有效。此外，在一個(gè)給定的掃描周期內(nèi)如果有不只一個(gè)脈沖，則只有第一個(gè)脈沖可以被捕捉到，幾種情況下的脈沖捕捉波形如圖4.9所示:圖4.9脈沖捕捉波形圖4.3.5S7-200主機(jī)性能指標(biāo)CPU特性表如表4.5所示:表4.5CPU特性表特性CPU221CPU222CPU224CPU226外形尺寸90*80*6290*80*60120.5*80*62190*80*62程序存儲(chǔ)器：可在運(yùn)行模式下編輯4096字節(jié)4096字節(jié)8192字節(jié)16384字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)2048字節(jié)2048字節(jié)8192字節(jié)10240字節(jié)掉電保持時(shí)間50小時(shí)50小時(shí)100小時(shí)100小時(shí)本機(jī)I/O口6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出擴(kuò)展模塊數(shù)量0個(gè)模塊2個(gè)模塊7個(gè)模塊7個(gè)模塊高速計(jì)數(shù)器：?jiǎn)蜗?雙相4路30KHZ2路20KHZ4路30KHZ2路20KHZ6路30KHZ4路20KHZ6路30KHZ4路20KHZ脈沖輸出（DC）2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ模擬電位器1122實(shí)時(shí)時(shí)鐘配時(shí)鐘卡配時(shí)鐘卡內(nèi)置內(nèi)置通訊口1-RS-4851-RS-4852-RS-4852-RS-485浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算有I/O映像區(qū)256（128入/128出）布爾指令執(zhí)行速度0.22us/指令各元件介紹輸入繼電器（I）輸出繼電器（Q）通用輔助繼電器（M）特殊標(biāo)志繼電器（SM）變量存儲(chǔ)器（V）局部變量存儲(chǔ)器（L）順序控制繼電器（S）定時(shí)器（T）計(jì)數(shù)器（C）模擬量輸入映像寄存器（AI）模擬量輸出映像寄存器（AQ）高速計(jì)數(shù)器（HC）累加器（AC）S7-200將編程元件統(tǒng)一歸為存儲(chǔ)器單元，存儲(chǔ)單元按字節(jié)進(jìn)行編址，無論所尋址的是何種數(shù)據(jù)類型，通常應(yīng)指出它在所在存儲(chǔ)區(qū)域和在區(qū)域內(nèi)的字節(jié)地址。每個(gè)單元都有惟一的地址，地址用名稱和編號(hào)兩部分組成，元件名稱（區(qū)域地址符號(hào)）如表4.6所示:表4.6S7-200編程單元原件符號(hào)（名稱）所在數(shù)據(jù)區(qū)域位尋址格式其他尋址格式I（輸入繼電器）數(shù)字量輸入映像位區(qū)Ax.yATxO(輸出繼電器)數(shù)字量輸入映像位區(qū)Ax.yATxM（通用輔助繼電器）內(nèi)部存儲(chǔ)器標(biāo)志位區(qū)Ax.yATxSM（特殊標(biāo)志繼電器）特殊存儲(chǔ)器標(biāo)志位區(qū)Ax.yATxS（順序控制繼電器）順序控制繼電器存儲(chǔ)器區(qū)Ax.yATxV（變量存儲(chǔ)器）變量存儲(chǔ)器區(qū)Ax.yATxL（局部變量存儲(chǔ)器）局部存儲(chǔ)器區(qū)Ax.yATxT（定時(shí)器）定時(shí)器存儲(chǔ)器區(qū)AY無C（計(jì)數(shù)器）計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)器區(qū)AY無AI（模擬量輸入映像寄存器）模擬量輸入存儲(chǔ)器區(qū)無ATxAQ（模擬量輸出映像寄存器）模擬量輸出存儲(chǔ)器區(qū)無ATxAC（累加器）累加器區(qū)AY無HC（高速計(jì)數(shù)器）高速計(jì)數(shù)器區(qū)AY無4.4S7-200的軟件編程STEP7--Micro/WIN編程軟件為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境。4.4.1編程語言1．語句表語句表（STL）語言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，特別適合于來自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員。用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語言，STEP7Micro/Win32的語句表如下所示:NETWORK1//NETWORKTITLE(singleline)////NETWORKCOMMENTS//LDI0.0//loadabitOI0.5//orabitAI0.1//andabitLDI0.6AI0.7OLD//orloadAI0.2AI0.3AI0.4=Q10.0///outputabit2．梯形圖圖4.10梯形圖3．功能塊圖圖4.11功能塊圖4．其他編程語言SIMATIC工業(yè)軟件中的工程工具中為大型或中型PLC提供了許多高級(jí)編程工具，如以下幾種:（1）S7-SLC和M7-ProC/C++（2）S7-GRAPH（3）S7-HiGraph（4）CFC4.4.2顯示面板文本顯示器（TD200和TD200C）TD200和TD200C是20字符雙行顯示器，可以連接在S7—200上。通過TD200向?qū)?，可以輕松地S7—200上實(shí)現(xiàn)文本消息和其它應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的顯示。TD200和TD200C提供價(jià)格低廉的人機(jī)界面，通過它們將能夠查看、監(jiān)控和改變應(yīng)用程序的過程變量。構(gòu)造特點(diǎn):文本顯示區(qū)，可顯示兩行信息（每行20個(gè)字符）的液晶顯示LCD。按鍵:共有9個(gè)鍵。通信:通過TD/CPU電纜（通用RS232接口）可以提供可編程序控制器與TD200的通信，同時(shí)可以提供TD的電源,而不必再另接電源。電源:如果不用TD/CPU通信電纜，可以通過面板右側(cè)的電源接口連接外部電源。主要功能:可以顯示從CPU主機(jī)讀出的信息（如讀取指令、數(shù)據(jù)、當(dāng)前值及狀態(tài)）；可以調(diào)整運(yùn)行中選定的程序變量；可以提供對(duì)輸入輸出點(diǎn)的強(qiáng)制功能；可以為實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)置日期和時(shí)間；支持多種語言形式的菜單和提示并支持中文。4.4.3特殊功能模塊1．?dāng)?shù)字量擴(kuò)展模塊數(shù)字量擴(kuò)展模塊主要有:EM221數(shù)字量輸入模塊，24V，8輸入。EM222數(shù)字量輸出模塊，24V，8輸出。EM223數(shù)字量混合模塊，24V。2．模擬量擴(kuò)展模塊模擬量擴(kuò)展模塊主要有:EM231:4模擬輸入點(diǎn)，2W，12位。EM232:2模擬輸出點(diǎn)，2W，12位。EM235:4模擬輸入點(diǎn)，1模擬量輸出點(diǎn)，2W，12位。3．熱電偶、熱電阻模塊EM231為1.8W，15位，模擬量輸入。4．通信擴(kuò)展模塊EM277PROFIBUS-DP模塊用于PLC現(xiàn)場(chǎng)總線通信連接。波特率可從9600~12M波特。5．現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口模塊CPU243-2通信處理器是AS-I主站連接部件，專門用于S7-200CPU22x，連接的同時(shí)顯著增加了S7-200可利用的I/O點(diǎn)數(shù)。4.5軟硬件的設(shè)計(jì)應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘硬