【精】机电一体化毕业论文

1、【精】机电一体化毕业论文 毕业设计论文任务书电气工程系 2012届 电力系统自动化技术毕业设计论文题目plc在断路器二次回路中的应用课题内容性质工程技术研究课题来源性质教师收集的结合生产实际的课题校内外指导教师职称工作单位及部门王峰副教授电气工程教研室2863380一题目说明背景目的和意义题目以断路器二次回路控制技术为研究对象通过对其工作原理和控制方式的分析利用所学过的专业知识设计断路器二次回路的plc控制系统替代原先的继电器控制系统题目设计到知识内容包括电机及拖动技术电气控制技术plc原理及应用技术及自动控制原理等培养学生对所学的本专业知识的综合运用能力二设计论文要求 工作量内容设计成果 1

2、设计基础资料分析断路器控制保护和信号回路 简称二次回路接线 断路器控制保护和信号回路电路接线如图11所示qf为断路器ta为电流互感器ka为电流继电器 gl-1525型 km为中间继电器wc为控制小母线ws为信号小母线was为事故信号小母线sa为控制开关sb为按钮rd为红色指示灯gn为绿色指示灯yo为合闸线圈yr为跳闸线圈sq1sq2为储能位置开关m为储能电机图1 断路器控制保护和信号回路原理图图1为采用ct7型弹簧操作机构的断路器控制保护和信号回路sa可采用lw2或lw5型万能转换开关其控制的基本要求如下 1 只有当储能电机储能完成才能进行合闸操作 2 qf正常工作时应是红灯亮绿灯灭并分别起到

3、监视跳闸和合闸回路的完好性 3 当过电流保护装置检测到过电流信号时应立即启动跳闸装置跳闸2设计内容1阐述和分析二次回路的工作原理和运行方式2比较原有控制方式和plc控制方式的优缺点3可编程控制器及器件的选择4硬件电路设计5梯形图设计6总结3设计成果1毕业设计报告字数115万字2电路设计图a3cad图纸一张3控制电器元件及设备的清单4相关分析及器件选择依据必要的计算过程三进度表日期内容 2011-2012学年秋15周 1128124 16周 1251211 17周 12121218 18周 12191225 19周 122611 20周 1218 2011-2012学年春第一周第二周消化毕业设计

4、任务书的要求准备设计材料方案设计及比较可编程控制器及器件的选择硬件电路设计梯形图设计撰写毕业设计说明书答辩答辩完成日期答辩日期四主要参考文献资料设备和实习地点及翻译工作量1袁桂慈 电工电子技术实践教程 北京机械工业出版社20072钱平 大学职业技能培训教材 北京高等教育出版社20053王志锋 可编程控制原理与应用 西安西安电子科技大学出版社20044相关电气设计手册教研室意见同意 教研室主任签字 2011年10月27日摘 要随着plc 应用技术的日益普推广plc已经成为工业控制领域应用范围最广的一种控制设备于是各高校机电类专业都开设了与此相关的课程对高压断路器的控制保护和信号回路多采用传统的继

5、电器开关量控制方式存在着元件多接线繁琐运行维护工作量大故障多控制自动化程度低可靠性差而plc作为继电器控制的替代产品具有可靠性高抗干扰能力强编程简单维护方便适应环境好等等优点利用plc对断路器二次回路进行控制无疑是较好的选择本文提出用超小型plc代替继电器开关量控制实现对断路器次回路的控制通过对其硬件接线图程序状态转移图和逻辑图的分析阐明了plc控制的优点关键词继电器控制系统 plc 断路器 二次回路 abstractpick to along with the plc application technology daily popularization plc has become the

6、 field of industrial control to promote the fastest should use the widest range of a control device so each college of electromechanical specialty set up related courses because plc mining with ladder diagram programming language is a relay ladder diagram based image programming language so many fac

7、tories in the plc system often the original relay diagrams directly translated into plc ladder diagram this paper use plc instead of relay system design methods are summarized and a case analysis presents a subminiature plc instead of relay switch quantity control of two circuit breaker control thro

8、ugh the wiring diagram of the hardware program state transfer diagram and logic diagram analysis explained plc control advantageskey words relay control system plc breaker two loop 目 录目 录iii第1章 绪论111课题背景112课题目的113课题意义1第2章 plc在变电站中的应用及发展321 plc在变电站自动化中的应用322 plc在变电站继电保护中的应用423 plc与继电器相比较的优缺点824 plc发展

9、及未来展望12第3章 断路器操作与二次回路1531断路器控制保护和信号回路 简称二次回路接线 1532断路器控制保护和信号回路基本要求1633控制电路工作原理1634万能转换开关的选择16第4章 断路器操作与plc控制系统2141 plc电气原理设计21com plc的程序设计22com控制器的选择22com plc电气原理设计3242 plc控制梯形图设计3343程序编程35第五章 调试36全文总结37致谢38参考文献39附录40断路器控制保护和信号回路原理图40第1章 绪论11课题背景目前 plc顺应时代的发展产品的品种会更丰富规格更齐全日趋完美的人机界面完备的通信设备和成熟的现场总线通信

10、能力会更好地适应各种工业控制场合的需求将在我国电力系统自动化建设中发挥越来越大的作用在工厂供电系统中对高压断路器的控制保护和信号回路多采用传统的继电器开关量控制方式存在着元件多接线繁琐运行维护工作量大故障多控制自动化程度低可靠性差等诸多问题而plc作为继电器控制的替代产品具有可靠性高抗干扰能力强编程简单维护方便适应环境好等等优点利用plc对断路器二次回路进行控制无疑是较好的选择12课题目的本题目以断路器二次回路控制技术为研究对象通过对其工作原理和控制方式的分析利用所学过的专业知识设计断路器二次回路的plc控制系统替代原先的继电器控制系统用plc取代旧的继电器控制系统可有效地提高控制系统的可靠性

11、和经济效益利用逻辑函数将继电器电路图转换为梯形图的设计方法一方面不用改动控制面板保持了系统原有的外部特性操作人员不用改变长期形成的操作习惯另一方面基本不用重新设计控制程序缩短了设计安装和调试时间但在改造比较复杂的特殊的继电器控制系统只要掌握好内在的规律就能更好地运用梯形图完成各种控制在编程中就会避免一些不应有的错误能快捷准确地编出功能更强更好的程序 题目设计到知识内容包括电机及拖动技术电气控制技术plc原理及应用技术及自动控制原理等用plc代替继电器控制系统是plc产生的基础其目的是采用plc的软件结构代替原来的继电器控制结构是在继电器控制结构的基础上进行plc程序设计为了适应社会要求对将继电

12、器图翻译成plc 梯形图成了高校plc教学的重要课题 培养学生对所学的本专业知识的综合运用能力13课题意义课题意义在于电力系统的信息量大控制复杂自动化要求高许多地方的自动化设计都涉及到开关量的逻辑处理模拟量闭环控制顺序控制例如高低压断路器和各种开关的控制均是典型的开关量逻辑控制水轮机组的速度温度控制等多涉及模拟量闭环控制火力发电厂辅助车间的工艺过程多以顺序控制为programmable logic controller简称plc是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作电子系统它采用可编程序的存储器执行逻辑运算顺序控制定时计数和算术运算等操作取

13、代了电磁继电元件庞杂的逻辑回路 经过多年的发展plc已十分成熟与完善尤其在开关量逻辑运算和处理顺序控制这两方面具有显著优势而模拟量闭环控制也已非常成熟因此plc技术在电力系统自动控制领域得到了广泛应用并发展壮大逐步淘汰了电磁继电元件的常规控制模式plc可以很容易地实现比较复杂的控制逻辑传统的继电器系统实现同样的功能则需要大量的控制继电器plc以弱电控制强电省去大量控制继电器节省电能运行成本低对于复杂工艺的控制系统采用plc可以简化控制设备箱柜节省设备投资plc改变工艺控制简便易行传统继电器系统难以改变工艺plc检修维护比较方便需要配备的元器件少维护成本低节约大量有色金属plc控制设备占地面积小

14、运行噪音小发热少损坏元件垃圾少利于环境集散型控制系统dcsistributed control system经历了多年发展开始减缓和停滞新一代控制系统现场总线控制系统fcs fieldbus control system 应运而生fcs吸收了dcs多年开发研究以及现场实践的经验教训不仅具备dcs的优点而且利用现场总线跨出了革命性的一步随着现场总线技术的完善热工自动化技术的发展和数字化智能化控制仪表的进一步开发和应用fcs必将在电力系统得到广泛应用使电力系统的自动化水平提高到一个新的水平plc在fcs系统中处于核心地位因为新型的plc具有完善的网络通信功能可以作为一个子站挂在高速总线上充分发挥其

15、对于顺序控制开关量处理闭环控制的优势因此当前的plc的设计应强调能与fcs进行通讯交换信息或遵循现场总线通讯协议既具有成熟的现场总线通信能力还应能组成大型网络可以肯定结合新型plc的fcs将具有强大的生命力plc运行维护需要比较高的专业技术自动化plc构成的变压器自动化系统在中小型变电站综合自动化中的实现它对变压器的控制精度高性能可靠同时plc自身具备的计算机电子网络通讯等特性使plc在变电站综合自动化中得到了广泛的应用plc作为新一化的工业控制装置结构简单性能全面可靠性高其突出的优点是使用方便具有杰出的实时功能和强大的通讯能力在其小小的单元中包含了强大的功能使之能够独立地或通过网络分布式系统

16、轻而易举地完成复杂的控制任务很小的投入即能获得最有效的自动化系统在工业现场领域深受欢迎特别是经过特殊模块配置后可以在保持简单易用的特点的同时大大扩展其应用领域plc的体积小结构紧凑编程方便梯形图编程方式面向一般电气技术人员操作简单维修方便易于实现机电一体化因而在变电站综合自动化中得到了广泛的应用中小变电站综合自动化中的自动化设备有可编程自动化监控装置可编程变压器自动化屏可编程微机计量屏可编程微机线路保护屏可编程微机同期系统可编程中央信号屏可编程电容屏可编程微机直流电源系统等均应用了plc为其智能化单元并且都能够挂网运行方便地实现遥信遥测遥控功能取代了传统的rtu本文主要介绍由plc构成的变压器

17、自动化部分在自动化变电站中的实现适用于老式变电站的自动化改造及新式变电站的建设在中小型变电站中一台变压器及其配套设备一般包括断路器及操作单元变压器变压器控制屏避雷器差动保护屏变压器接地系统等下面以两种情况分别讲述变压器的自动化构成方案如果断路器及操作单元变压器差动保护屏变压器防雷接地系统等均为不含智能单元及计算机接口的常规设备那么只需将变压器控制屏部份选用可编程plc变压器自动化屏就能构成比较完备的变压器自动化系统其系统框图如图2-1所示变电站中控室内的变压器控制屏及其配套设备分别与可编程变压器自动化屏通过电缆直接连接进行信息交换中控室或远方的主计算机监控系统通过对可编程变压器自动化屏的监控来

18、实现对变压器的监控其中的信息交换由主计算机监控系统中的工控机ipc与可编程变压器自动化屏中的plc通过工业现场通讯网络来实现这种变压器自动化系统一般适用于改造旧站或建设资金规模不大的自动化新站可编程变压器自动化屏的组成及实现 可编程变压器自动化屏的硬件设备一般包括plcplc输入输出信号隔离继电器近地操作按钮及故障事故指示灯报警器智能变压器油温度巡检仪智能信号测试议小直流电源通讯适配器等22 plc在变电站继电保护中的应用 1 概述提高城市供用电系统的自动化程度是电网改造的一项重要内容而变电站保护控制的技术水平又是其中关键环节目前在我国绝大多数城网变电站中广泛应用的继电保护装置仍是由传统的机械

19、触点继电器构成往往完成一种基本的保护或控制任务都必须由多个继电器共同承担比如一条10 kv馈线的过流保护和自动重合闸控制就要用到数以十计的各种继电器由于继电器触点要经常分合动作容易损坏降低了供电的可靠性并增加了设备维护的工作量同时各继电器之间大量的连接导线不仅使调试检修困难极大还致使变电站的各部分几乎不可能被连接成一个完整的自动化系统因此传统的机械触点继电器显然已不能满足变电站自动化对继电保护装置的要求可编程控制器 plc 是一种新型微电脑式配电控制器其主要特点是用内部已定义的各种辅助继电器 每个plc可有多达上千个内部继电器 代替传统的机械触点继电器又通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的

20、硬件连接线正因为这一特点如果将plc引入继电保护装置中一方面可以克服使用传统继电器所带来的种种弊端另一方面又可兼容基于传统继电器的设计思想和技术方案尤其是对于逻辑关系较为复杂的触点信号处理及操作出口控制采用plc编程能使方案设计工作变得更加简单方便本文通过应用实例对此加以说明低频减载和备用电源自动投入的plc程序设计长沙新建的马王堆110 kv10 kv变电站地处郊区按无人值班标准设计选用的二次保护装置是法国merlin gerin公司的sepam数字式多功能继电器其功能框图如图1所示从图中可看出这基本上与微机保护典型图相同稍有区别的是该装置将通常的计算机继电器逻辑电路分解成保护功能继电器组和

21、plc 2个部分根据不同保护对象 主变压器差动保护母线保护电容器保护线路保护等 由不同保护功能继电器群组合使装置分成若干个标准型号其中所有的单个功能元件均遵循正逻辑法则在plc中定义动作节点例如一个过电压元件动作在plc中就有一个相应的常开节点闭合 01 而一个失压元件动作反映在plc中也是一个相应的常开节点闭合 01 plc编程使用的是与传统二次电路图最相似的梯形图法存放程序的eeprom为外插接式便于随时修改设计方案 图1sepam装置功能框图低频减载功能的设计按照规程变电站中应装设足够数量的自动低频减载装置当电力系统因事故发生功率缺额时必须由自动低频减载装置断开一部分次要负荷以防止频率过

22、度降低并使之很快恢复到一定数值保证系统的稳定运行和重要负荷的正常工作又为了保证动作的准确性低频减载装置至少需具备下列功能 1 为防止在系统短路过程中由于短路功率突增使频率突降可能引起的误动作低频动作出口需具有频降变化率 dfdt 闭锁功能 2 为防止在自动重合闸或备用电源自动投入动作过程中由于失压间隔可能引起的误动作低频动作的出口延时需独立可调 3 可以根据重要程序分别决定哪些负荷接入基本段 快速动作段 及其应属于什么频率级又有哪些负荷接入后备段 长时限动作段 及其应该定多长的出口延时并且这些接入和整定工作可在不停电的情况下进行在本例中10 kv馈线保护装置选用sepam s07型该型号的保护

23、功能继电器组除了线路保护必配的过流速断零序过流元件之外还包括2个名字分别为f561f562的低频元件借助这2个元件可编制出符合上述要求的plc低频减载程序 见图2 由图2程序及注释得出 1 f561整定值与f562整定值之差为ft1整定值为t当系统频率在t内从高于f561整定值降到低于f562整定值时说明频降变化率ft过高造成系统低频的原因可能是短路功率突增或系统突然失电而不是负荷过重此时低频动作出口被闭锁反之则由继电器k7产生1个出口脉冲命令作用于跳闸 2 程序中专门设计了1个特殊后备延时出口其作用是无论ft为何值只要系统频率低于动作频率整定值 f562 并在一定时间内 t3整定值 无法恢复

24、出口动作将负荷切除该特殊功能可根据实际情况用plc的1个内部开关kp1来决定取舍需要说明的是plc中的保护功能继电器f561f562节点动作值以及时间继电器t1t2t3和内部开关kp1均可通过手持编程器在系统运行时进行整定设置开关量信号输入节点i2i3的状态仅取决于装置的信号输入接口与电源小母线之间的连接片是否连通运行人员只需通过合上相应的连接片就可决定负荷是接入低频基本段还是低频后备段用plc内部开关代替外部连接片具有同样效果采用外部连接片仅仅是为直观起见在编制低频减载程序时传统继电器的动作时间和返回系数概念在梯形图中被理想化了之所以能这么处理主要得益于plc的微电脑属性plc中的程序是循环

25、执行的每2次执行之间的时间间隔 循环周期 由整个装置从采样到滤波到数据处理等各环节的时序配合决定 sepam装置为133 ms 但程序本身执行1次的时间以微秒计是完全可以忽略的显然如果在梯形图中将继电器节点放在相应线圈的后面节点动作时间可理想化地认为是零这一点也是使复杂的低频减载功能得以简单实现的重要因素图2线路保护plc程序的低频减载部分备用电源自动投入程序设计马王堆变电站是长沙地区电网110 kv系统的1个末端站双回进线供电其110 kv侧的接线结构如图3所示 隔离刀闸省略未画 图3马王堆变电站110 kv侧接线结备用电源自动投入方案按下列4种运行方式设计 1 方式11号进线供2台变压器2

26、号进线备用此时断路器502500合位504分位如果1号进线失压断开502合上504 2 方式22号进线供2台变压器1号进线备用此时断路器504500合位502分位如果2号进线失压断开504合上502 3 方式31号2号进线各供1台变压器此时断路器502504合位500分位如果1号进线失压断开502合上500 4 方式41号2号进线各供1台变压器此时断路器502504合位500分位如果2号进线失压断开504合上500备用电源自动投入的控制程序又必须符合如下一些具体要求 1 4种运行方式的备用电源自投功能可分别投用或退出 2 出口只动作1次 3 只有在工作电源断开后才投入备用电源 4 当变电站发生

27、过流故障引起进线失压时备用电源自投功能应该闭锁待故障电流消除后自动延时复归这里要注意过流故障是否跳开进线断路器由故障保护程序决定考虑到上述运行方式和具体要求选择34台sepam b04型装置每台对应1种运行方式利用该型装置保护功能继电器组中的低电压元件 uabubcuca 过电压元件 uab整定值可低于额定电压 分别判断1号2号进线电压和桥断路器500两边的母线电压是否失压或有压又利用其中2台装置中的过流元件分别判断进线断路器502504是否流过故障电流对应于运行方式13的plc程序逻辑框图如图4所示 因为两侧对称关系图中省略运行方式24 每种运行方式用1个内部开关kp来投退由图可见装置之间只

28、须少量的外部导线通过io口就可将各程序连接起来构成1个完整的备用电源自动投入系统并且这样的系统模块化程度高便于运行管理内置plc的继电保护装置在变电站的设计安装调试过程及随后的运行情况表明plc所具有的高度灵活性能为及时解决调试过程中出现的问题提供最佳方案plc的运行稳定性和动作准确性高使继电保护更可靠plc编程技术容易掌握而程序本身与传统的继电保护设计图十分吻合使设计人员能充分发挥专长应用plc的继电保护设备更加标准化选型和使用方便图4运行方式13的备用电源自动投入程序框图plc不需要大量的活动元件和连线电子元件它的连线打打减少与此同时系统的维修简单维修时间短plc采用了一系列可靠性设计的方

29、法进行设计例如冗余的设计断电保护故障诊断和信息保护及恢复plc有较高的易操作性它具有编程简单操作方便维修容易等特点一般不容易发生操作的错误plc是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件采用了精简化的编程语言编程出错率大大降低2易操作性对plc的操作包括程序输入和程序更改的操作程序的输入直接可接显示更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序寻找然后进行更改plc有多种程序设计语言可供使用用于梯形图与电气原理图较为接近容易掌握和理解plc具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低当系统发生故障时通过硬件和软件的自诊断维修

30、人员可以很快找到故障的部位3灵活性plc采用的编程语言有梯形图布尔助记符功能表图功能模块和语句描述编程语言编程方法的多样性使编程简单应用而拓展操作十分灵活方便监视和控制变量十分容易以上特点使用plc控制系统具有可靠性高程序设计方便灵活抗干扰能力强运行稳定等诸多优点今后plc控制系统还会得到更广泛的使用plc控制系统与继电器控制系统相比有许多相似之处也有许多不同现将两种控制系统进行比较 继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控 制逻辑其连线多且复杂体积大功耗大系统构成后想再改变或增加功能较为困难另外继电器的触点数量有限所以继电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大

31、限制而 plc采用了计算机技术其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中要改变控制逻辑只需 友变程序因而很容易改变或增加系统功能plc控制系统连线少体积小功耗小而且 plc中每只软继电器的触点数理论是无限制的因此其灵活性和可扩展性很好2比较plc与继电器控制方式的优缺点比较1功能强性能价格比高 一台小型plc内有成百上千个可供用户使用的编程元件如计时器计数器继电器等有很强的功能可以实现非常复杂的控制功能与相同功能的继电器相比具有很高的性能价格比2硬件配套齐全用户使用方便适应性强可编程序控制器产品已经标准化系列化模块化配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用用户能灵活方便的进行系统配置组成不同的功能不

32、规模的系统楞编程序控制器的安装接线也很方便一般用接线端子连接外部接线plc有很强的带负载能力可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器3可靠性高抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器时间继电器由于触点接触不良容易出现故障plc用软件代替大量的中间继电器和时间继电器仅剩下与输入和输出有关的少量硬件接线可减少互继电器控制系统的110-1100因触点接触不良造成的故障大为减少 plc采取了一系列硬件和软件抗干扰措施具有很强的抗干扰能力平均无故障时间达到数万小时以上可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场plc已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一4系统的设计安装调试工作量少plc用软件功

33、能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器时间继电器计数器等器件使控制柜的设计安装接线工作量大大减少plc的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法这种编程方法很有规律很容易掌握对于复杂的控制系统梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多plc的用户程序可以在实验室模拟调试输入信号用小开关来模拟通过plc上的发光二极管可观察输出信号的状态完成了系统的安装和接线后在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决系统的调试时间比继电器系统少得多5编程方法简单梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似梯形图语言形象直观易学易懂熟悉继电器电路图的电气

34、技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言并用来编制用户程序梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言可编程序控制器在执行梯形图的程序时用解释程序将它翻译成汇编语言后再去执行6维修工作量少维修方便plc的故障率很低且有完善的自诊断和显示功能plc或外部的输入装置和执行机构发生故障时可以根据plc上的发光二极管或编程器提供的实时梯形图的状态迅速的查明故障的原因用修改程序或更换模块的方法可以迅速地排除故障7体积小能耗低对于复杂的控制系统使用plc后可以减少大量的中间继电器和时间继电器小型plc的体积相当于几个继电器大小因此可将开关柜的体积缩小到原来的确12-110plc的配线比继电器控制系统的配

35、线要少得多故可以省下大量的配线和附件减少大量的安装接线工时可以减少大量费用8与时俱变能实现网络通讯 plc可以与电脑及智能仪表等通过通信联网实现分散控制集中管理并能实现地显示出当前机械设备的工作状态和工作流程对生产管理和现场维修带来极大的方便提升产品技术含量增加产品形象 对于复杂的机械设备如果还使用传统的继电器控制则不单加大的控制电箱的配制难度还让产品的最终客户觉得产品不够先进使用信心不足因为现在主流机械设备都用上plc有plc的机械品质或许更有保证同时使用plc加大了同行的仿制难度9对未来机械升级很方便对于复杂的机械设备如果随着时间的推移而不能满足使用的话就必须要进行机械设备升级改造如果是用

36、传统继电器控制的则会很麻烦基本上要把以前的控制电箱宣布报废但是用plc控制的电箱的话就很方面只要扩展一个相关的io点修改一下相关的控制程序就可以10控制方式继电器的控制是采用硬件接线实现的是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑只能完成既定的逻辑控制 plc采用存储逻辑其控制逻辑是以程序方式存储在内存中要改变控制逻辑只需改变程序即可称软接线11控制速度 继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制工作频率低毫秒级机械触点有抖动现象 plc是由程序指令控制半导体电路来实现控制速度快微秒级严格同步无抖动延时控制 继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制而时间

37、继电器定时精度不高受环境影响大调整时间困难 plc用半导体集成电路作定时器时钟脉冲由晶体振荡器产生精度高调整时间方便不受环境影响plc和继电器逻辑控制在欧洲70年代-现在从来没有抵触过plc和继电器在控制系统中是相辅相成直到现在继电器从来没有停止进一步的发展包括siemens在内从来没有承诺普通plc是安全的如设备的安全控制停电重起人身防护都是由专门安全继电器来保证所以至今欧洲还有许多专门生产商在生产研发 24 plc发展起源1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求1969 年美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 pdp14 在美国通用汽车公司的生产线上试用成功首次采用程序

38、化的手段应用于电气控制这是第一代可编程序控制器称programmable是世界上公认的第一台plc 1969年美国研制出世界第一台pdp-14 1971年日本研制出第一台dcs-8 1973年德国研制出第一台plc 1974年中国研制出第一台plc 发展20世纪70年代初出现了微处理器人们很快将其引入可编程控制器使plc增加了运算数据传送及处理等功能完成了真正具有计算机特征的工业控制装置此时的plc为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物个人计算机发展起来后为了方便和反映可编程控制器的功能特点可编程序控制器定名为programmable logic controllerplc 20世纪70年

39、代中末期可编程控制器进入实用化发展阶段计算机技术已全面引入可编程控制器中使其功能发生了飞跃更高的运算速度超小型体积更可靠的工业抗干扰设计模拟量运算pid功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位 20世纪80年代初可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用世界上生产可编程控制器的国家日益增多产量日益上升这标志着可编程控制器已步入成熟阶段 20世纪80年代至90年代中期是plc发展最快的时期年增长率一直保持为3040在这时期plc在处理模拟量能力数字运算能力人机接口能力和网络能力得到大幅度提高plc逐渐进入过程控制领域在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的dcs系统 20世纪末期可编程

40、控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要这个时期发展了大型机和超小型机诞生了各种各样的特殊功能单元生产了各种人机界面单元通信单元使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易 plc的国内外状况世界上公认的第一台plc是1969年美国数字设备公司dec研制的限于当时的元器件条件及计算机发展水平早期的plc主要由分立元件和中小规模集成电路组成可以完成简单的逻辑控制及定时计数功能20世纪70年代初出现了微处理器人们很快将其引入可编程控制器使plc增加了运算数据传送及处理等功能完成了真正具有计算机特征的工业控制装置为了方便熟悉继电器接触器系统的工程技术人员使用可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯

41、形图作为主要编程语言并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名此时的plc为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物20世纪70年代中末期可编程控制器进入实用化发展阶段计算机技术已全面引入可编程控制器中使其功能发生了飞跃更高的运算速度超小型体积更可靠的工业抗干扰设计模拟量运算pid功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位20世纪80年代初可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用这个时期可编程控制器发展的特点是大规模高速度高性能产品系列化这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多产量日益上升这标志着可编程控制器已步入成熟阶段20世纪末期可编程控制器的发展特点是更加适应

42、于现代工业的需要从控制规模上来说这个时期发展了大型机和超小型机从控制能力上来说诞生了各种各样的特殊功能单元用于压力温度转速位移等各式各样的控制场合从产品的配套能力来说生产了各种人机界面单元通信单元使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易目前可编程控制器在机械制造石油化工冶金钢铁汽车轻工业等领域的应用都得到了长足的发展我国可编程控制器的引进应用研制生产是伴随着改革开放开始的最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了plc的应用目前我国自己已可以生产中小型可编程控制器上海东屋电气有限公司生产的cf系列杭州机床电器厂生产的dkk及d系列大连组合机床研究

43、所生产的s系列苏州电子计算机厂生产的yz系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用此外无锡华光公司上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的plc生产厂家可以预期随着我国现代化进程的深入plc在我国将有更广阔的应用天地3 plc未来展望21世纪plc会有更大的发展从技术上看计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上会有运算速度更快存储容量更大智能更强的品种出现从产品规模上看会进一步向超小型及超大型方向发展从产品的配套性上看产品的品种会更丰富规格更齐全完美的人机界面完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求从市场上看各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争

44、的加剧而打破会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面会出现国际通用的编程语言从网络的发展情况来看可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向 plc是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置它采用可以编制程序的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算顺序运算计时计数和算术运算等操作的指令并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程plc已经广泛应用于钢铁石油化工电力建材机械制造汽车轻纺交通运输环保及文化娱乐等各个行业它具有高可靠性抗干扰能力强功能强大灵活易学易用体积小重量轻价格便宜的特点 产品规模向大小两个方向发展 大io点数达14

45、336点32位为微处理器多cpu并行工作大容量存储器扫描速度高速化 小由整体结构向小型模块化结构发展增加了配置的灵活性降低了成本 plc在闭环过程控制中应用日益广泛 不断加强通讯功能 新器件和模块不断推出 高档的plc除了主要采用cpu以提高处理速度外还有带处理器的eprom或ram的智能io模块高速计数模块远程io模块等专用化模块图3-1 断路器控制保护和信号回路原理图32断路器控制保护和信号回路基本要求 图3-1为采用ct7型弹簧操作机构的断路器控制保护和信号回路sa可采用lw2或lw5型万能转换开关其控制的基本要求如下 1 只有当储能电机储能完成才能进行合闸操作 2 qf正常工作时应是红

46、灯亮绿灯灭并分别起到监视跳闸和合闸回路的完好性 3 当过电流保护装置检测到过电流信号时应立即启动跳闸装置跳闸33控制电路工作原理图3-1中sa为lw2或lw5型转换开关它们的触点有合闸合闸后分闸分闸后四个位置sa的3-4触点只在合闸时接通合闸后断开sa的1-2触点只在分闸时接通分闸后断开sa的9-10触点在合闸和合闸后均接通sq1和sq2是弹簧储能电机的位置开关未储能时处于初始状态 需要合闸操作时须先进行弹簧储能按下sb按钮储能电机m通电运转使合闸弹簧储能完毕后sq2常闭触点断开sq1常开触点闭合为合闸作准备 合闸时将sa扳向合闸 on 位置其3-4触点接通合闸线圈yo通过较大电流操作机构使q

47、f断路器合闸其辅助触点使yo线圈失电并使rd红灯点亮分闸时将sa扳向分闸 off 位置其1-2触点接通分闸线圈yr通过较大电流操作机构使qf断路器分闸其辅助触点使yr线圈失电并使gn绿灯点亮 当一次电路发生短路时km1或km2线圈得电其常开触点闭合也使yr通过较大电流而让qf断路器跳闸随后qf的3-4触点断开rd灭并使yr失电由于qf是自动跳闸sa仍在合闸位置sa9-10触点闭合发出事故信号通知值班员将sa扳向分闸位置并使事故信号解除34万能转换开关的选择图3-2万能转换开关单层结构示意图万能转换开关是一种多档位多段式控制多回路的主令电器当操作手柄转动时带动开关内部的凸轮转动从而使触点按规定顺

48、序闭合或断开 1结构组成万能转换开关是由多组相同结构的触点组件叠装而成的多回路控制电器它由操作机构定位装置和触点等三部分组成 触点为双断点桥式结构动触点设计成自动调整式以保证同短时的同步性静触点装在触点座内 2主要用途万能转换开关主要用于各种控制线路的转换电压表电流表的换相测量控制配电装置线路的转换和遥控等万能转换开关还可以用于直接控制小容量电动机的起动调速和换向 3-3 lw5万能转换开关的使用说明常用产品有lw5和lw6系列lw5系列可控制55kw及以下的小容量电动机lw6系列只能控制22kw及以下的小容量电动机用于可逆运行控制时只有在电动机停车后才允许反向起动lw5系列万能转换开关按手柄

49、的操作方式可分为自复式和自定位式两种所谓自复式是指用手拨动手柄于某一档位时手松开后手柄自动返回原位定位式则是指手柄被置于某档位时不能自动返回原位而停在该档位 万能转换开关的手柄操作位置是以角度表示的不同型号的万能转换开关的手柄有不同万能转换开关的触点电路图中的图形符号如图3-2所示但由于其触点的分合状态与操作手柄的位置有关所以除在电路图中画出触点图形符号外还应画出操作手柄与触点分合状态的关系图中当万能转换开关打向左45时触点1-23-45-6闭合触点7-8打开打向0时只有触点5-6闭合右45时触点7-8闭合其余打开3万能转换开关lw5介绍 1 lw5系列万能转换开关 本系列转换开关适用于直流交

50、流50hz电压500v及以下的电路作主电路或电气测量仪表的转换开关及配电设备的遥控开关也可作为伺服电动机及容量55kw及以下三相交流电动机的起动换向或变速开关该系列转换开关按接触装置的档数有116和1821242730等21种其中16档及以下为单列转换开关18档及以上为三列转换开关按防护形式有开启式和防护式两种按手柄类型有旋钮普通机床和枪形四种按手柄操作方式分为自复式和定位式两种所谓自复式是指手搬动手柄于某一位置后当手松开手柄时手柄自动返回原位而定位式是指用手扳动手柄至某一位壁后当手松开后手柄仍停留在该位置上万能转换开关的操作位置是以角度来表示的它们将在万能转换开关的定位特征表上表示出来型号含

51、义 2 lw5型55kw手动转换开关 此开关为lw5系列万能转换开关的派生产品可代替hz3型转换开关该型转换开关适用于交流5060hz电压500v及以下的电力线路供功率为55kw及以下的电动机作为直接起动开关可逆转换开关或双速电动机的变速开关用lw5型55kw手动转换开关用途见表1-72lw5型55kw手动转换开关通断能力见表1-73表1-72用途型号定位特征接触装置档数直接启动开关lw5-1555q0452可逆转换开关lw5-1555n450453双速电机变速开关lw5-1555s450455用途开断接通每次接通时间s每次试验时间间隔s电压v电流a功率因数试验次数电压v电压a功率因数试验次数

52、控制55kw电动机1138081205525113801012055100006-0210表1-73第4章 断路器操作与plc控制系统41 plc电气原理设计三菱fx2n的plc是小形化高速度高性能和所有方面都是相当fx系列中最高档次的超小程序装置除输入出1625点的独立用途外还可以适用于多个基本组件间的连接模拟控制定位控制等特殊用途是一套可以满足多样化广泛需要的plc系统配置即固定又灵活编程简单备有可自由选择丰富的品种令人放心的高性能高速运算使用于多种特殊用途外部机器通讯简单化共同的外部设备小型plc的体积相当于几个继电器大小因此可将开关柜的体积缩小到原来的确12-110plc的配线比继电器

53、控制系统的配线要少得多故可以省下大量的配线和附件减少大量的安装接线工时可以减少大量费用com plc程序设计方法 1 分析控制系统的控制要求 熟悉被控对象的工艺要求确定必须完成的动作及动作完成的顺序归纳出顺序功能图 2 选择适当类型的plc 根据生产工艺要求确定io点数和io点的类型数字量模拟量等并列出io点清单进行内存容量的估计适当留有余量根据经验对于一般开关量控制系统用户程序所需存储器的容量等于io总数乘以8对于只有模拟量输入的控制系统每路模拟量需要100个存储器字对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统每路模拟量需要200个存储器字确定机型时还要结合市场情况考察plc生产厂家的产品及其

54、售后服务技术支持网络通信等综合情况选定性能价格比好一些的plc机型 3 硬件设计 根据所选用的plc产品了解其使用的性能按随机提供的资料结合实际需求同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计绘制电气控制系统原理接线图 4 软件设计 软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图在程序设计的时候最好将使用的软元件如内部继电器定时器计数器等列表标明用途以便于程序设计调试和系统运行维护检修时查阅 模拟调试将设计好的程序下载到plc主单元中由外接信号源加入测试信号可用按钮或小开关模拟输入信号用指示灯模拟负载通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况观察输入输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合

55、设计要求并及时修改和调整程序直到满足设计要求为止 5 现场调试 在模拟调试合格的前提下将plc与现场设备连接现场调试前要全面检查整个plc控制系统包括电源接地线设备连接线io连线等在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电将plc的工作方式置为run反复调试消除可能出现的问题当试运一定时间且系统运行正常后可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中做好备份com 可编程控制器的选择1plc的基本结构plc实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机相同基本构成为 电源 plc的电源在整个系统中起着十分重要的作用如果没有一个良好的可靠的电源系统是无法正常工作的因此plc的制造商对电源

56、的设计和制造也十分重视一般交流电压波动在10 15 范围内可以不采取其它措施而将plc直接连接到交流电网上去 中央处理单元 cpu 中央处理单元 cpu 是plc的控制中枢它按照plc系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据检查电源存储器io以及警戒定时器的状态并能诊断用户程序中的语法错误当plc投入运行时首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据并分别存入io映象区然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入io映象区或数据寄存器内等所有的用户程序执行完毕之后最后将io映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置如此循环运行直到停止运行 为了进一步提高plc的可靠性近年来对大型plc还采用双cpu构成冗余系统或采用三cpu的表决式系统这样即使某个cpu出现故障整个系统仍能正常运行 构框图如下 接受 驱动 现