工业用PLC控制直流电源的硬件电路设计

1、 文章编号 :1008-1402(2009 01-0067-03工业用 P LC 控制直流电源的硬件电路设计张玲玉 , 李凤霞 , 李丽敏(佳木斯大学信息电子技术学院 , 黑龙江 佳木斯 154007摘 要 : 结合某单位现有电网的直流设备现状和运行要求 , 以 Siemens 公司的 S7系列 P LC 为控 制核心 , 充分利用 P LC 具有的运算速度快 、 逻辑判断功能强的特点 , 设计开发了本套新型直流装置 , 实现了自动充放电控制 、 系统监测 、 通讯等功能 . 通过对蓄电池的自动充电和智能保护 , 延长 了蓄电池的寿命 , 提高了直流系统运行的可靠性 . 关键词 : P LC

2、; 直流电源 ; 充电装置 中图分类号 : TP273 文献标识码 :0 引 、 变电站来说 , 安全可靠的直流供电电源是保证电力正常生产和安全运行的必要条 件 , 随着电力系统自动化、 计算机控制的发展 , 现场 运行和维护要求的提高 , 对直流供电装置也提出了 新的要求 , 因此在这方面进行研究和开发很有必要 .直流电源的硬件电路主要有控制回路和外围 电路组成 , 控制回路主要由 P LC 控制的交流电源 及电压 、 电流采样系统构成 , 而电压 、 电流采样则由 磁平衡式霍尔元件来实现 ; 外围电路是在控制回路 的控制下协调和完善直流电源的各项工作 , 主要包 括绝缘监察功能 , 闪光系

3、统 , 继电器控制系统 , 声音报警系统控制等 1.1 控制回路交流电源经变压器 T M 降压 、 隔离 , 输入控制回路前端 , 经过空开 Q 及 P LC 控制的交流电源接 触器进入可控硅整流器 SCR 中 , 在进入采样回路 之前 , 由于整流后回路含有大量的交流高频成分 , 若不经处理直接进入采样 , 会导致采样值非常的不 稳定 , 而最终无法实现控制功能 . 这样在采样回路 之前加装 LC 的滤波电路 , 如图 1所示 . 在进入负载 前 , 为避免交流失电后造成直流 220V 电源反送 , 造 成错误控制 , 在负载的前端设置一逆止二极管 , 其 中采用了目前较为先进的双直流母线的

4、供电方式 , 即控制母线 、 合闸母线分开 , 通过硅链对控制母线进行调压 2. 这种设计避免了以往单母线下人工调, 同时提高了系统的运行可靠性 .1. 1 控制电源设计控制电源取自蓄电池 , 通过两个高频开关电源 (SPS 1和 SPS 2 分别提供 24VDC 和 15VDC. SPS 1(24VDC 用于继电器控制和给 P LC 、 人机界面 、 报警喇叭及温度传感器等提供工作电源 , SPS 2(15VDC 给用于采样的霍尔元件提供工作电源 3.高频开关电源 (SPS 1,SPS 2 的工作原理是将来 自于蓄电池的直流电压通过高频变换器变换成高 频交流电压 , 再经过高频变压器变换成需

5、要的高频 交流电压 , 最后经输出整流滤波电路 , 将变换器输 出的高频交流电压整流滤波得到高品质 、 高质量的 直流电压 .1. 2 电压及电流采样系统设计电压 、 电流的采样均是通过霍尔元件来实现 , 由于霍尔元件的输出均是电流量 , 而 P LC 的输入 只能接受电压值 , 因此在霍尔元件的输出 M 端通 过电阻 、 电容组成的滤波器 , 将电流量转变为电压 量 , 进而输入到 P LC 进行处理 .霍尔元件是一种新型的高性能电气检测元件 , 由于它能够隔离主回路和电子控制回路 , 同时综合 了互感器和分流器的优点 , 又克服了互感器只适合 于工频测量的缺点 . 并且具有精度高 、 线性

6、好 、 频带 宽 、 过载能力强和不损坏被测电路等诸多优势 , 被 收稿日期 :2008-12-12作者简介 :张玲玉 (1974- , 女 , 黑龙江佳木斯人 , 佳木斯大学信息学院讲师 . 第 27卷 第 1期 佳 木 斯 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 V ol. 27N o. 1 2009 年 01月 Journal of Jiamusi University (Natural Science Edition Jan. 2009广泛应用于电力 、 电子行业 . 1. 2. 1 电压采样根据霍尔元件 LV28-P 的技术参数 , 由于其 额定输入电流为 10mA , 若需满足对于

7、245V 的合闸 母线 、 220V 的控制母线或者用于绝缘监视的母线 电压进行采样 , 就需要在采样回路中串联电阻进行 分压 . 以对控制母线电压采样为例 , 说明串联电阻值的确定 :I =U R , 则 R =U I(1 R =220V 10mA =22k(21. 2. 2 电流采样霍尔元件 LV28-P 的额定输入即为电流的直接采样 , 是采用直接输入霍尔元件或贯穿式穿过 , 因此它不像电压采样那样复杂 .图 1 控制回路图2 外围电路外围电路主要有绝缘监察功能 , 闪光系统 , 继电器控制系统 , 声音报警系统控制等 . 2. 1 绝缘监察功能设计直流系统对地绝缘是直流系统的重要功能之

8、 一 , 直流系统所带负荷的接地故障而引发的直流母 线电绝缘监察 ET 压过低及电流过大 , 都足以使某 些负荷设备跳闸 、 误动作 、 烧毁 , 严重影响供电的可 靠性 . 为保证直流系统绝缘的良好性 , 我们以前只 能由人逐个负荷绝缘情况进行判断 , 由此 , 提出对 绝缘检测系统进行改进 .由直流断路器接向负荷的馈出线穿过专用绝缘检测电流霍尔元件 R , 正常情况下 , I +和 I -产生的感应磁场在电流霍尔内的电流为零 , 一旦有任一 条线接地 , 感应磁场在电流霍尔内的电流不为零 , 是一具体数值 , 根据数值大小及正负 , 控制器可以 判定是那条线缆接地 . 绝缘监察系统检测控制

9、母线 馈线绝缘状况 .2. 2 继电器控制系统设计装置的继电器板共装有继电器 24只 , 其中 K 1K 18用于完成对 18组蓄电池的巡回监察 , K 19, K 20,K 22作为备用 ,K 21用于装置报警 、 K 23, K 24用于绝缘监察 4. P LC 为了监察蓄电池组的工作是否正 常 , 需定期 (设定每天一次 对电池组进行电压巡 检 , 或者运行人员想了解蓄电池的状况 , 可通过按 键选择电池巡检 . 为了达到发出一次指令 ,P LC 能 够采集到所有电池组的数据 , 在继电器的选择上 , 要求 K 1K 18的接点动作应有延时 .当 P LC 发出巡检指令 , 巡检继电器

10、K 1带电 , 其 常开接点 6, 5, 3, 4闭合 , 将第 1组蓄电池的电压 引入 P LC 进行采样 、 记录 ,3s 后打开 ; 再经过 2s 后 K 2带电 , 其常开接点 6, 5, 3, 4闭合 , 将第 2组蓄电池的电压引入 P LC 进行采样 、 记录 ,3s 后打开 ; 再经过 2s 后 K 3带电 , 如此循环 , 直到 K 23带电后 , 完成 18组蓄电池的巡检 .继电器及采样板中继电器的用途见表 1. 其中 每一个与继电器并联的二极管 VD , 均是为防止线86佳 木 斯 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 2009年圈断电的感应电压影响 P LC. 表 1 继

11、电器及采样板中继电器的用途继电器图号用途 K 1K 8电池巡检 K 9K 18电池巡检 K 19备用 K 20备用 K 21报警 K 22备用 K 23绝缘监察 ET K 24绝缘监察 ET2. 3 声音报警系统控制设计在直流屏发生故障时 , 号进入 P LC , 个 24V , 21动作 , K 21的 常闭接点闭合 , H A 发出声音报警 . 其中继电 器 K 21的并联二极管 VD 21主要用于在继电器 K 21线 圈失电后 , 防止高的感应电压影响 P LC 的正常运 行 5. 在装置试运期间 , 由于没有考虑到 K 21失电影 响 , 造成每次发生报警信号后 ,P LC 主机经常死

12、机 , 后经检查发现是因在 R 21存在较高电压造成 .3 结束语本文根据现场技术要求 , 查阅国内外的相关技术资料 , 对国内外同类型产品和技术进行比较 ; 对其它产品进行剖析 , 吸取它们的设计上的优点 , 弥 补了设计和功能上的不足 ; 对直流系统进行整体的 设计和技术改进 , 增加了其它装置所不具备的新型 直流接地选线功能 ; 开发出具有 “四遥” 功能 、 满足 现场运行需要 , 具有就地和远方控制功能的装置 , 并在现场进行了产品运行调试 .此直流电源采用的可编程序控制器 P LC 是以 微处理器为基础 , 综合了计算机技术 、 自动控制技 术和通讯技术发展起来的一种通用的工业自动

13、控 制装置 . 它具有体积小 、 功能强 、 . . 因而在冶 , 成 . 参考文献 :1 张万忠 . 可编程控制器应用技术 M.第 1版 . 北京 :化学工业出版社 . 2002.2 陈立定 . 电气控制及可编程控制器 M.第 2版 . 广州 :华南理工大学出版社 . 2001.3 白忠敏 . 电力工程直流设计手册 M.北京 :中国电力出版社 ,19990.4 杨胜仪 , 李叶青 . 西门子 S7-200P LC 在直流电源监控器中的应用 J.可编程控制器与工厂自动化 ,2008, (2 :46-48.5 王卓 , 刘学军 . P LC 控制的晶闸管整流电源的设计 J.仪表技术 ,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