PLC电路在备用自动投入中毕业设计 图纸.doc

1、 毕业设计（论文）院 系：xx学院姓 名：专 业：机械设计学 号：4200209320xxx指导教师：xx老师xx大学x学院2016年9月毕业设计（论文）任务书（应由学生本人按指导教师下达的任务认真誊写）姓名 专业 机械设计 指导教师 xxx 学号 4200209320194 入学时间 2014.09 网站（院系） 机械学院 一、课题名称二、课题内容三、课题任务要求四、同组设计者五、主要参考文献1 陈绍龙，刘怀平.从选粉浓度解读高效转子选粉机技术：文献，盐城：科行建材环保公司，20042 许林发.建筑材料机械设计（一）.武汉：武汉工业大学出版社，19903 潘孝良.硅酸盐工业机械过程及设备.武

2、汉：武汉工业大学出版社，1993 4 叶达森.粉碎与制成.北京：中国建筑工业出版社，19925 汪谰.水泥工程师手册.北京：中国建筑工业出版社，1997.126 朱昆泉，许林发.建材机械工程手册.武汉：武汉工业大学出版社，2000.77 楮瑞卿.建材通用机械与设备.武汉：武汉工业大学出版社，1996.9 8 方景光.粉磨工艺及设备.武汉：武汉理工大学出版社，2002.8 9 刘景洲.水泥机械设备安装、修理及典型实例分析.武汉：武汉工业大学出版社，2002.1010 刘铁忠.tls系列组合式选粉机的开发.水泥技术，1999（1）：1911 徐灏.机械设计手册.3.第2版.北京：机械工业出版社，2

3、002.612 胡宗午，徐履冰，石来德.非标准机械设备设计手册.北京：机械工业出版社，2002.913 成大先.机械设计手册.2.第4版.北京：化学工业出版社，2002.114 成大先.机械设计手册.3.第4版.北京：化学工业出版社，2002.115 成大先.机械设计手册.4.第4版.北京：化学工业出版社，2002.116 数字化手册编委会.机械设计手册(软件版)r2.0.机械工业出版社，2003.117 陈秀宁、施高义.机械设计课程设计.浙江：浙江大学出版社，200218 武汉建筑材料工业学院等学校.建筑材料机械及设备.北京：中国建筑工业出版社，198019 徐锦康.机械设计.第2版.北京：

4、机械工业出版社，200220 吴一善主编.粉碎学概论.武汉：武汉工业大学出版社，199321 沈世德.机械原理.北京：机械工业出版社，2002指导教师签字 教研室主任签字 年 月 日（此任务书装订时放在毕业设计报告第一页）中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题 目：plc电路在备用自动投入中的研究学习中心：重庆信息工程专修学院奥鹏学习中心年级专业：0409级电气工程及自动化 学生姓名：王 德 学 号： 0451480346 指导教师：韩 亚 军 职 称： 讲 师 导师单位： 重 庆 信 息 工 程 专 修 学 院 中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间： 年 月_日中国

5、石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员 王 德 1设计(论文)题目： plc电路在备用自动投入中的研究 2学生完成设计(论文)期限： 年 月 日至 年 月 日3设计(论文)课题要求：论文要求：主题要明确，内容要丰富，文字要通俗流畅，细节问题要重点脱出，围绕题目提纲述写，遇到实际问题内容要理论联系实际，涉及他人观点，要找出参考文献。在自己设计的电路独特优势的地方。要重点的脱出，格式严格按照学校规定排序。4实验（上机、调研）部分要求内容：在学院规定的时间内，利用所学的软件(faxwin),去设计图形。用microsoft word 2003排版论文版面和图象处理软件加工文中图表

6、。 5文献查阅要求：利用课余时间到图书馆查阅相关资料，上网查寻与本论题相关的一些资料,自己要认真的相象和发挥自己的创新思想，有计划的完成，确保题材符合当今的发展趋势；不可直接把别人的论文中引用到自己的论文中。6发 出 日 期： 年 月 日 7学员完成日期： 年 月 日指导教师签名： 学 生 签 名： 王 德 摘 要近年来随着计算机在社会领域的渗透, plc的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的plc应用系统中，plc往往是作为一个核心部件来使用，仅plc方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。本文介绍了以

7、s7-200plc为核心，对某供电局110kv电网“一线两站”的备用电源自动投入装置（简称备自投）进行了控制的应用，简述了s7-200plc的性能特点，详细阐述了备用电源自动投入装置的实现讲述备用电源自动投入装置的软件和硬件设计。首先介绍了此系统的开发意义及使用的开发环境，mplab ide系统和开发使用的pic单片机芯片以及仿真器picmate2002。在硬件设计中论述了硬件总体设计过程，确定了技术指标及器件的选择，着重描述了系统硬件电路设计、硬件设计框图及所使用的各种芯片功能与特性,在软件设计中重点剖析了软件设计的过程，调试部分主要介绍使用调试软件picamate2002和调试过程中出现的

8、问题，以及最后解决问题的一些方法。关键词：plc 一线两站 备用电源自动投入目 录摘 要i目 录ii第1章 前言11.1 plc 简介11.1.1可编程控制器简介21.1.2 plc的发展历程21.1.3可编程控制器的优点41.2基于微处理器的工业控制系统51.3集散控制系统5第2章 可编程控制器控制系统72.1继电器控制72.2 工控计算机控制系统82.3 冗余系统与热备用系统92.3.1冗余控制系统92.3.2热备用系统92.4 plc的接地10第3章 plc自动控制系统可靠性研究113.1 plc控制系统可靠性简介113.1.1控制系统可靠性降低的主要原因113.1.2设计完善的故障报警

9、系统123.1.3输入信号可靠性研究133.1.4执行机构可靠性研究143.2 plc控制系统抗干扰分析143.2.1电磁干扰源及对系统的干扰153.2.2 plc控制系统工程应用的抗干扰设计173.2.3主要抗干扰措施18第4章 备用电源自动投入的工作原理214.1用单片机组成的备用电源自投装置214.2备用电源自动投入的工作过程22第5章 备用电源自动投入电路的设计255.1主电路接线备用电源自动投入主电路接线255.2备用电源自动投入的基本要求和动作程序255.2.1对备用电源自动投入的基本要求255.2.2备用电源自动投入的动作程序265.2.3断路器的控制275.3备用电源自动投入时

10、断路器的动作程序27第6章 plc系统配置及程序设计296.1 plc系统配置296.1.1 plc系统硬件配置296.1.2 plc 输入输出接线296.2程序设计306.3基于plc的备用电源自动投入装置316.4 bzt装置投控规则317.1微型、小型plc功能明显增强327.2集成化发展趋势增强327.3向开放性转变337.4 我国plc生产的发展34第8章 结 论37致 谢38参考文献39附 录a40iii第1章 前 言在自动化控制领域，plc是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种plc产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6

11、%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。为了使各位初学者更方便地了解plc，本文对plc的发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一简介。1.1 plc 简介plc作为一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统，由于性能稳定干扰性能强设计配置灵活等特点，已是工业控制方面得到了广泛的应用。自80年代后期，plc已逐步渗透到了电力系统的中低压供配电自动控制中，并在传统的继电器控制系统改造工程中据了主导地位。可编程序控制器（programmable logic controller ）简称plc,可编程控制器（programmable controller）简写成 plc，其中 l为

12、逻辑（logic）的意思，第一台可编程控制器是1969年在美国面世的。经过30多年的发展，现在可编程控制器已经成为最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算机。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术操作等面向用户的指令；并通过数字式或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。本文以西门子s7-200plc为核心，对某供电局110kv电网中“一线两站”的备自投装置进行了控制，实现了

13、两变电站的相互备用，保证了对用户的连续供电。1.1.1可编程控制器简介传统的继电器接触器控制系统由于其结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中曾占主导地位。在供电系统中更是得到了广泛的应用。传统的备用电源自动投入装置(apr)就是通过继电器控制来实现母联断路器的自动投入。但继电器接触器控制系统又有着明显的缺点:设备体积大，寿命短，可靠性差，动作速度慢，功能少，程序不可变等，完成一种基本的保护或控制任务往往都必须由多个继电器共同承担，比如一条10kv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，又由于继电器的触点要经常分合动作，容易

14、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。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的关键环节。后来，出现了结合单片机技术的备用电源自动投入装置，使该装置的可靠性等性能有了一定程度的提高，在保证供电连续性方面取得了较好的成绩。但这种改进后的装置的抗干扰能力差，限制了其使用范围，也促进了备用电源自动投入装置的进一步发展。随着经济和技术的发展、连续性和可

15、靠性的要求越来越高，近年来，推出的可编程序控制器(plc)以其完善的功能，很强的通用性，体积小及高可靠性等特点在各厂矿企业得到了较广泛的应用，是继电器控制柜的理想替代物。1.1.2 plc的发展历程plc的发展历程:在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国gm（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称progra

16、mmable controller（pc）。个人计算机（简称pc）发展起来后，为了方便，也为了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 controller（plc），现在，仍常常将plc简称pc。plc的定义有许多种。国际电工委员会（iec）对plc的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体

17、，易于扩充其功能的原则设计。自从1969年美国研制出世界上第一台plc以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的plc，受到工业界的重视。20世纪70年代中期，可编程控制器进入了实用化阶段。在plc中全面引入微计算机技术，使plc产生了飞跃，功能日趋完善。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、pid调节等功能，提高了运算速度。plc的小型化、价格低、高可靠性，确定了它在现代工业中的位置。20世纪70年代末和80年代初，可编程控制器进入了成熟阶段，向大规模、高速度、高性能方向发展，形成了多种系列化产品，编程语言也发展成熟。我国在20世纪70年代末和80年代初开始引进plc，到80年代中期，pl

18、c已广泛应用于冶金、化工、机械等工业部门。我国早期独立研制并有地定影响的单位有北京机械工业自动化研究所、上海工业自动化仪表研究所、大连组合机床研究所、成都要，机械机床电器研究所、中科院北京计算所及自动化所、长春一汽、上海起重电器厂、上海香机电公司 上海自力电子设备厂等单位，但是以上诸单位都没有形成规模化生产。随着改革环节放，涌现出的生产plc的厂家有；辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产s5-101u、s5-115系列plc;中美合资的厦门a-b公司生产的plc-2、plc-5等系列plc。据有关资料统计，1996年，国内销售9万台（套）plc，其中进口8万台（套），各大厂家所占的份额如下：西

19、门子：20.83%莫迪康（施耐德）、a-b（罗克韦尔）、欧姆龙：各14.58%三菱：8.33%通用电气：6.25%富士电机：4.17%其他品牌：4.16%1.1.3可编程控制器的优点可编程控制器(plc)是一种性能较好的控制器。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硬件连接线。正因为这一特点，如果将plc引入继电器保护装置中，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pl

20、c编程能使方案设计工作变得更加简单方便。可编程控制器具有诸多优点：（1）plc的生产厂家都着力于提高可靠性的指标。（2）plc还具有编程方便、易于使用的优点。（3）plc控制功能极强，除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能模块还可实现点位控制、pid运算、过程控制、数字控制等功能。为方便工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远方设备。是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制的工业控制机，其本质是一台工业控制专用计算机。它的软、硬件配置与计算机极为类似，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言。硬件主要由中央处理单元c

21、pu、存贮器、输入/输出单元以及编程器、电源和智能输入/输出单元等构成。plc是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。1.2基于微处理器的工业控制系统目前广泛应用的工业控制系统主要有:·常规集散控制系统（distributed control system,dcs）。·可编程控制器plc构成的控制系统。·工控计算机(industrial personal computer,ipc)。1.3集散控制系统dc

22、s是由回路仪表控制系统发展而来，在模量处理、回路调节方面具有一定优势。自1975年henewell公司推出第一台dcs后，目前有近百家厂商生产dcs，约有一万套dcs在运行。dcs已成为大 型电厂自动控制的重要手段，但是dcs作为生产过程的控制手段也在发生变化。(1)dcs将变处更有较，不受功能或范围的限制，与自动化信息系统紧密结合 ，成为整个信息系统的一部分。(2)为使多种计算机系统互联和通信，实现机间通信协议标准化、数据信息和资源共享，dcs彩开放式工业计算机系统，构成网络系统，实现分级控制功能。(3)为满足市场竞争和用户需求，dcs吸收了plc的特长，增加了逻辑运算、布数和pld调节等功

23、能，可完成模逻辑、须序控制等操作。(4)dcs硬件努力向小型化、多功能封闭型模块化方向发展，并进一步分散化，同时努力提高性能价格比。第2章 可编程控制器控制系统plc是由继电器逻辑控制系统发展而来，它在数字处理、程序控制方面具有优势，plc是为间歇生产和机械加工而一种专用计算机。plc可采用bsdlc语言、c语言、符合逻辑流程和梯形图编程，具有复杂的数学运算、数据处理、统计报表、pld控制及处理模量等功能，其是其性能价格比很好因此plc已成为工业控制的主要组成部分。(1)plc吸收dcs的优点，在算法上增加了模量运算、plc运算、累积加法运算和电机算法运算，同时还增加了各种模量模块及相应的补尝

24、、滤波、校正、报警等功能。(2)plc的结构向网络化方向发展，plc的站间形成了网络，加增强了通信，可由主站协调各子站进行操作管理和crt集中监视。(3)plc主站上可连接上位计算机，能用高级语言编程，完成图形显示、趋势分析、数据管理、故障诊断和控制报警等功能。(4)远程智能i/o网络是plc的另一个发展重点。(5)plc和ipc构成功能强大的开放式集散控制系统。2.1继电器控制plc的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原因是plc梯形图的标注大致上沿用了继电器控制的电器元件符号，仅个别处有些不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的，但plc的控制与继电器的控制又有不同之处，主

25、要表现在以下几个方面。控制逻辑：继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联与并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其接线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限灵活性和扩展性很差。(1)工作方式：当电源接通时，继电器控制线路中各继电器都处于受约状态，既该吸合的都应吸合，不该吸合的都应受某种条件限制不能吸合。而在plc的控制逻辑中，各继电器都处于周期性循环扫描接通之中，从宏观上看，每个继电器受制约接通的时间是短暂的。(2)控制速度：继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低。角点的开闭动作一般在几十毫米数量级，另外

26、，机械触点还会出现抖动问题。而plc是由程序指令控制半导体电阻来实现控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级。plc内部还有严格的同步，不会出现抖动问题(3)可靠性和可维护性：继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多，触点开闭合时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而plc采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，它体积小、寿命长、可靠性高。plc还配有自检和监督功能，能、检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态的监视控制程序情况，为现场调试和维护提供了方便。2.2 工控计算机控制系统工控机ipc的范围很广，本文专指以商用i

27、bm pc个人计算机为基础的工业控制计算机。ipc与商用个人计算机的区别在于；(1)需满足工业控制实时性的要求，能实时采集数据和处理工业过程中各种参数并把各种操作分成优先等级，能响应实时中断；(2)高可靠性，能粉尘、高温、振动和电磁干扰严重等恶劣环境下长期可靠地运行，能抗工业电网的浪涌、闪变、跌落和尖峰干扰。(3)具有直接连接现场输入信号和控制到现场的输出现场的能力；(4)可维护性好，便于维修，对硬、软件故障能力强。ipc适应工业环境应用，虽然起步晚，但发展迅速，具有下列一系列优点：(1)运算速度快，运算能力强，能进行复杂的数学运算。(2)与微处理器同步发展，更新换代快，容易升级，通用性强。(

28、3)硬盘和内存容量大，内存可扩展到64mb。(4)支持很多硬件设备，如cd-rom驱动器(5)有广泛硬件供应厂商，硬件大多是通用的、标准的。(6)软件资源丰富，品种齐全，软、硬件开发环境有有关工具丰富，有友好的用户界面和图形显示工具。2.3 冗余系统与热备用系统 在石油、化工、冶金等行业的某些系统中，要求控制装置有极高的可靠性。如果控制系统发生故障，将会造成停产、原料大量浪费或设备损坏，给企业造成极大的经济损失。但是仅靠提高控制系统硬件的可靠性来满足上述要求是远远不够的，因为plc本身可靠性的提高是有一定的限度。使用冗余系统或热备用系统就能够比较有效地解决上述问题。2.3.1冗余控制

29、系统在冗余控制系统中，整个plc控制系统（或系统中最重要的部分，如cpu模块）由两套完全相同的系统组成如图2所示。两块cpu模块使用相同的用户程序并行工作，其中一块是主cpu，另一块是备用cpu；主cpu工作，而备用cpu的输出是被禁止的，当主cpu发生故障时，备用cpu自动投入运行。这一切换过程是由冗余处理单元rpu控制的，切换时间在13个扫描周期，i/o系统的切换也是由rpu完成的。2.3.2热备用系统在热备用系统中，两台cpu用通讯接口连接在一起，均处于通电状态如图3所示。当系统出现故障时，由主cpu通知备用cpu，使备用cpu投入运行。这一切换过程一般不太快，但它的结构有比冗余系统简单

30、。2.4 plc的接地良好的接地是保证plc可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。plc的接地线与机器的接地端相接，接地线的截面积应不小于2mm2 ，接地电阻小于100；如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给plc接上专用地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开；若达不到这种要求，也必须做到与其它设备公共接地，禁止与其它设备串连接地。接地点应尽可能靠近plc。第3章 plc自动控制系统可靠性研究3.1 plc控制系统可靠性简介可编程控制器由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域

31、得到越来越广泛应用。工业控制机作为中央控制单元，配有组态软件，选用大屏幕实时监视界面，实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警，还可显示查询历史事件记录，系统各主要部件累计运行时间，各装置工艺流程图，各装置结构图等。中央控制单元和下位机plc之间采用串行通讯方式进行数据交换，通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式，较常距离可选用光纤通讯，更长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用plc控制，根据控制对象的多少，控制对象的范围，可选用一台或多台plc进行控制，plc之间数据交换是利用内部链接寄存器，实现数据交换和共享。由于plc对现场进实时监控具有很高的可靠性，且编程简单、灵

32、活，因此越来越受到人们重视。3.1.1控制系统可靠性降低的主要原因虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给plc的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，plc输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。影响现场输入给plc信号出错的主要原因有：(1)造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给plc，造成控制出错。(2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，plc却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于plc扫描周期太短，仍可能在计数、

33、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果。(3)现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。影响执行机构出错的主要原因有：(1)控制负载的接触不能可靠动作，虽然plc发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作。(2)控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作。    (3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按plc的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行

34、机构动作的准确性，否则plc应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。3.1.2设计完善的故障报警系统在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位/灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即更换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设

35、置在中心控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在中心控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。3.1.3输入信号可靠性研究要提高现场输入给plc信号的可靠性，首先要选择可靠性较高的变送器和各种开关，防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波

36、程序，增加输入信号的可信性。在现场输入触点后加一定时器，定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定，一般在几十ms，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。模拟信号滤波可采用图2b 程序设计方法，对现场模拟信号连续采样3次，采样间隔由a/d转换速度和该模拟信号变化速率决定。3次采样数据分别存放在数据寄存器dt10、dt11、dt12中，当最后1次采样结束后利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉最大和最小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器dt0中。提高读入plc现场信号的可靠性还可利用控制系统自身特点，利用信号之间关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制，由于储罐的尺

37、寸是已知的，进液或出液的阀门开度和压力是已知的，在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的，如果这时液位计送给plc的数据和估算液位高度相差较大，判断可能是液位计故障，通过故障报警系统通知操作人员检查该液位计。又如各储罐有上下液位极限保护，当开关动作时发出信号给plc，这个信号是否真实可靠，在程序设计时我们将这信号和该罐液位计信号对比，如果液位计读数也在极限位置，说明该信号是真实的；如果液位计读数不在极限位置，判断可能是液位极限开关故障或传送信号线路故障，同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的可靠。3.1.4执行机构可靠性研究当现场

38、的信号准确地输入给plc后，plc执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障？我们采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否可靠吸合，停止时接触器是否可靠释放，这是我们关心的。x0为接触器动作条件，y0为控制线圈输出，x1为引回到plc输入端的接触器辅助常开触点，定时器定时时间大于接触器动作时间。r0为设定的故障位，r0为on表示有故障，做报警处理；r0为off表示无故障。故障具有记忆功能，由故障复位按钮清除。当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设

39、置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给plc，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。程序设计如图3b 所示。x2为阀门开启条件，y1为控制阀动作输出，定时器定时时间大于阀开启到位时间，x3为阀到位返回信号，r1为阀故障位。3.2 plc控制系统抗干扰分析随着科学技术的发展，plc在工业控制中的应用越来越广泛。plc控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型plc，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境

40、中。要提高plc控制系统可靠性，一方面要求plc生产厂家用提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。3.2.1电磁干扰源及对系统的干扰1、干扰源及干扰一般分类 影响plc控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。 干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不

41、同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130v以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统i/o模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量

42、与控制精度。 2、plc控制系统中电磁干扰的主要来源 (1)来自空间的辐射干扰 空间的辐射电磁场（emi）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若plc系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对plc内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对plc通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和plc局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。 (2)来自系统外引线的干扰 主要通过电源和信号线引入，通常称为传导

43、干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。 来自电源的干扰  实践证明，因电源引入的干扰造成plc控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的plc电源，问题才得到解决。 plc系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。plc电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。 来自信号线引入的干扰

44、60; 与plc控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起i/o信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。plc控制系统因信号引入干扰造成i/o模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。 来自接地系统混乱时的干扰  接地是提高电子设备电

45、磁兼容性（emc）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使plc系统将无法正常工作。 plc控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对plc系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端a、b都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。 此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，

46、干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响plc内逻辑电路和模拟电路的正常工作。plc工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响plc的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。 (3)来自plc系统内部的干扰 主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于plc制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不必过多考虑，

47、但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。3.2.2 plc控制系统工程应用的抗干扰设计为了保证系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，必须从设计阶段开始便采取三个方面抑制措施：抑制干扰源；切断或衰减电磁干扰的传播途径；提高装置和系统的抗干扰能力。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则。 plc控制系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品，且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑，并结合具有情况进行综合设计，才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。进行具体工程的抗干扰设计时，应主要以下两个方面。 1、设备选型 在选择设备时，首先要选择有较高抗干

48、扰能力的产品，其包括了电磁兼容性（emc），尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能好的plc系统；其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标，如共模拟制比、差模拟制比，耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作；另外是靠考查其在类似工作中的应用实绩。 在选择国外进口产品要注意：我国是采用220v高内阻电网制式，而欧美地区是110v低内阻电网。由于我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，对系统抗干扰性能要求更高，在国外能正常工作的plc产品在国内工业就不一定能可靠运行，这就要在采用国外产品时，按我国的标准（gb/t13926

49、）合理选择。    2、综合抗干扰设计 主要考虑来自系统外部的几种如果抑制措施。主要内容包括：对plc系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰；对外引线进行隔离、滤波，特别是原理动力电缆，分层布置，以防通过外引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外还必须利用软件手段，进一步提高系统的安全可靠性。3.2.3主要抗干扰措施1、采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰 在plc控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入plc控制系统主要通过plc系统的供电电源（如cpu电源、i/o电源等）、变送器供电电源和与plc系统具有直接电气连接的仪表供

50、电电源等耦合进入的。现在，对于plc系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源和plc系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少plc系统的干扰。 此外，位保证电网馈点不中断，可采用在线式不间断供电电源（ups）供电，提高供电的安全可靠性。并且ups还具有较强的干扰隔离性能，是一种plc控制系统的理想电源。 2、电缆选择的架

51、设 为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。笔者在某工程中，采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，从而降低了动力线生产的电磁干扰，该工程投产后取得了满意的效果。 不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层架设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敖设，以减少电磁干扰。 3、硬件滤波及软件抗干扰措施 信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。 由于电磁干扰的复杂性，要根本消除迎接干扰影响是不可能的，因此在plc控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高

52、系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。 4、正确选择接地点，完善接地系统 接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是plc控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。 系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对plc控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1mhz，所以plc控制系统接

53、地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的plc系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面大于22mm2的铜导线，总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地极的接地电阻小于2，接地极最好埋在距建筑物10 15m远处，而且plc系统接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。 信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在plc侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信

54、号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点。第4章 备用电源自动投入的工作原理4.1用单片机组成的备用电源自投装置备用电源自投装置的构成如图4.1所示，它由下列部件组成。图4-1 备用电源自投装置构成图ajy07保护用单片机。它用来运算、判断电网的工作状态，从而完成速断、过流等保护，或根据电网工作状态进行电源自动投切的功能。bjy02单片机小继电器板。它有2个作用，一是用来驱动出口继电板，完成断路器跳闸、合闸等动作的控制；二是驱动灯光板上的相应指示灯，供观察动作的情况。cjy06灯光板。它上面的led数码管用来显示采样回路的电源值和电压

55、值，（均用16进制显示），下面的发光二极管用来指示装置的动作状态。左右 2边各5个发光二极管分别用来指示a，b断路器的工作状态。一个钮子开关用来使自投装置进入工作状态或退出工作状态，并用自投退出指示灯来表示。d采样变换器板。它装有2条回路的电流变换器，用来将a回路及b回路的a，c相5 a电流变成177 v弱电信号。另外装有35 kv母线三相电压变换器，将100 v强电压信号转换成15 v的弱电信号，提供给单片机ad转换。e出口继电器板。用来控制断路器跳、合闸，同时显示断路器信置的信号。从a，b回路ct来的a，c相电流以及从35 kv母线pt来的三相电压uab，ubc，uca，进入wkt集控台采

56、样变换器的端子，经变换后，分别将5a电流变成1.77v电压，将100 v电压变成1.5 v电压，然后进入保护用单片机jy07，经单片机将输入的交流信号变成数字量，经过运算及判断，分2路送出信号：一路送到灯光板，显示采样电流、电压的工作值，另一路送入jy02单片机小继电器板。这块jy02小继电器板有3条出路：一是送到灯光板，用来驱动发光二极管，显示装置的工作状态；二是送到出口继电器板，然后根据母线运行情况去控制断路器a或是断路器b；三是送到换线板，通过换线板将信号送入下位机。经过下位机处理，通过rs232c串行口送到上位机，上位机实时地显示断路器的位置状态。4.2备用电源自动投入的工作过程电源自动投入装置是保证供电正常运行一种有利措施。其工作过程见图4.2。第1种方式（图4.2(a)），35 kv母线由a，b2条回路供电，正常时由断路器a供电，断路器b断开，电源自投装置监测35 kv母线电压。当35 kv母线电压三相同时失电时，自投装置将断路器a断开，并将断路器b自动合上，使35 kv母线恢复供电。反之，断路器b工作时，若35 kv母线失电，则自投装置将断路器b断开，将断路器a自动合上，恢复35 kv母线供电。第2