毕业论文(基于PLC双电源开关)

诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名：日期：年月日毕业设计（论文）任务书题目：基于PLC双电源开关设计姓名邓铁军学院专业班级学号指导老师谭季秋职称副教授教研室主任一、基本任务及要求：双电源自动转换开关电器主要用在重要会议室、机场、宾馆等紧急供电的双电源系统。系统能比较准确地测量各相电压参数，根据测量结果产生相应执行动作。基本任务：1.控制系统硬件设计。PLC选型、I/O口设计、系统外部连线电路设计、执行元件的选择。2.控制系统软件设计。PLC梯形图、语句表。3.编写设计说明书。二、进度安排及完成时间：1.2009年2月，布置设计课题，交代具体任务。2.2月23日-3月15日，查阅资料，翻译英文资料，撰写开题报告和文献综述3.3月15日-5月20日，毕业设计，约在4月中旬进行毕业实习，并撰写实习报告。4.5月21日-6月1日，撰写毕业设计论文，并交电子文档给导师初阅。5.6月2日-6月5日，按格式和要求修改毕业论文，提交毕业设计论文，打印导师评阅。6.6月13日-6月15日，按导师修改意见，修改论文，打印装订成册，答辩资料准备。7.6月13日-6月17日，毕业答辩。毕业资料收集汇总，存档。目录摘要…………………………………………………………………………………………………IAbstract……………………………………………………………………………………………II第1章绪论………………………………………………………………………………………1.1引言…………………………………………………………………………………1.2设计的要求………………………………………………………………………………1.2.1设计的基本原则1.2.2设计的主要内容1.2.3PLC控制系统的一般设计步骤第2章基于PLC双电源开关总体方案设计………………………………………………2.1引言………………………………………………………………………………………2.2设计要求…………………………………………………………………………2.3总体方案的确定………………………………………………………………………第3章基于PLC双电源开关控制系统硬件设计………………………………………3.1引言3.2电气控制方案设计3.3PLC型号的选择………………………………………………………………………3.4特殊功能模块的选择………………………………………………………………3.4.1技术参数……………………………………………………………………3.4.2FX2N-4A/D模块的接线方式……………………………………………3.4.3缓冲寄存器及设置………………………………………………………3.4.4检测参数设置……………………………………………………………3.3I/O口设计……………………………………………………………………………3.4系统外部连线电路设计……………………………………………………………第4章基于PLC双电源开关控制系统软件设计4.1引言……………………………………………………………………………4.2PLC控制系统程序设计主要步骤……………………………………………4.3流程图设计…………………………………………………………………4.4梯形图设计…………………………………………………………………4.5PLC程序语句表…………………………………………………………………第5章心得体会…………………………………………………………………结论…………………………………………………………………………………………参考文献……………………………………………………………………………………致谢…………………………………………………………………………………………附录…………………………………………………………………………………………基于PLC双电源开关设计摘要：随着人们对供电可靠性要求越来越高，很多场合需要用两路电源来保证供电的可靠性，这就需要一种双电源切换器在两路电源之间进行可靠切换。采用可编程控制器(PLC)解决这类问题具有独特的优势，在电气自动化方面具有广阔的应用前景和很大的市场潜力。与传统继电控制系统相比较，可编程控制器(PLC)的优势在于：体积小型化，高度集成，同时还有数字运算、数据处理和数据通讯功能。PLC作为新一代的工业控制装置，结构简单、性能全面、可靠性高。本课题是基于可编程控制器的双电源开关设计，用以实现双电源开关的自投自复，缺相和欠压保护，使之可以适应用电要求较高企业的需求。本文分析了基于PLC的双电源开关的设计理念，设计方法，主要阐述了系统硬件、软件的设计。关键词：双电源切换；PLC；数据处理；缺相和欠压保护第1章绪论1.1引言双电源切换控制主要用于三相交流(380V／220V3N50Hz)供配电控制。这类电源切换控制多数采用继电器逻辑控制电路实现，其特点是：其输入有两路供电电源A和B对负载供电。正常工作时，只电源A对负载供电，电源B作为备用电源；当电源A发生故障时，控制系统能快速切断故障电源A，使备用电源B接通。由此存在的问题是：(1)无缺相保护功能。当发生任一相或两相缺相时，由于控制系统没有缺相检测和保护切换措施，造成缺相的故障电源不能切断，正常供电电源不能及时投入，又没有相应的信号提示，这样会导致负载长时间缺相运行，造成严重后果。(2)故障电源恢复正常时，系统不能自动进行反切换，要靠人工操作反切换到正常工作状态。(3)由于采用继电器逻辑控制电路实现，器件和电路的故障率高。采用PLC控制时，其缺相保护主要采取的技术方案是：设置有三相缺相检测信号回路，该三相缺相检测信号回路直接取自于三相电源的主回路，即用中间继电器分别接于电源主回路A和B的U相、V相和W相单相回路中，中间继电器常开触点分别作为PLC的输入信号，即作为编制PLC的A和B三相缺相检测逻辑控制程序时的输入条件。其次，利用PLC的特殊功能模块，可以实现对电源电压的精确的检测，从而又可以实现对电源的欠压和过压检测。1.2可编程控制器的工作原理可编程控制器整个运行可分为三部分：第一部分是上电处理。可编程控制器上电后对PLC系统进行一次初始化工作，包括硬件初始化，I/O模块配置运行方式检查，停电保持范围设定及其他初始化处理等。第二部分是扫描过程。可编程控制器上电处理完成以后进入扫描工作过程。先完成输入处理，其次完成与其他外设的通信处理，再次进行时钟、特殊寄存器更新。当CPU处于STOP式时，转入执行自诊断检查。当CPU处于RUN方式时，还要完成用户程序的执行和输出处理，再转入执行自诊断检查。第三部分是出错处理。PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如CPU、电池电压、程序存储器、I/O通信等是否异常或出错，如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描停止。PLC运行正常时，扫描周期的长短与CPU的运算速度有关，与I/O点的情况有关，与用户应用程序的长短及编程情况等均有关。通常用PLC执行1K指令所需时间来说明其扫描速度(一般1~10ms/K)。值得注意的是，不同指令其执行是不同的，从零点几微秒到上百微秒不等，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。若用于高速系统要缩短扫描周期时，可从软硬件上考虑。PLC工作的全过程可用下图所示的运行框图来表示：1.3设计的基本原则和主要内容1.3.1设计的基本原则在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便；保证控制系统的安全、可靠；考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC时，应适当留有裕量。其次，如果以提高产品产量和安全为目标，则应将系统可靠性放在设计的重点；如果要求系统改善信息管理，则应将系统通信能力与总线网络设计加以强化。在总体方案设计之前，应深入了解控制系统要求，搜集资料，并密切关注机械设计部分与电气控制部分配合，从而拟订出相应的电气控制方案。1.3.2设计的主要内容PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的，用以完成预期控制目的与相应的控制要求。因此，PLC控制系统设计的基本内容应该包括：（1）根据设备的控制要求，以及所提出的各项控制指标与经济预算，首先进行系统的总体设计。（2）根据控制要求基本确定数字I/O点和模拟通道数，进行I/O点初步分配，绘制I/O使用资源图。（3）进行PLC系统配置设计，主要为PLC选型。PLC是控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。选择PLC应包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。（4）选择用户输入设备（按钮、操作开关、传感器）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象，这些设备属于一般的电器元件，其选择的方法参考相应的书籍。（5）设计控制程序。在深入了解与掌握控制要求、主要控制的基本方式以及应完成的动作、必要的保护和连锁等方面情况之后，对较为复杂的控制系统，可用状态流程图的形式全面地表达出来。必要时还可将控制任务分成独立的几个部分，这样可以化繁为简，有利于编程和调试。程序设计主要包括绘制控制系统流程图、设计梯形图、编制语句表清单。1.3.3PLC控制系统的一般设计步骤在对一个控制系统进行设计之前，最重要的工作就是深入了解和分析系统的控制要求，只有这样才可能提出准确合理的系统总体设计方案，进而实现各个阶段的设计任务。PLC控制系统的一般设计步骤如图1所示：图1PLC控制系统的一般设计步骤第2章基于PLC双电源开关总体方案设计2.1引言进入20世纪80年代以来，由于计算机技术和微电子技术的迅速发展，极大地促进了可编程控制器的发展，使其功能日益增强，更新换代明显加快，所以PLC作为控制器在工业上有广泛的的运用，如何对PLC控制系统进行设计，以实现设计过程的系统化，已成为各生产技术人员日益重视的问题。由于PLC的工作方式和通用微机不完全一样，因此，用PLC设计自动控制系统与微机控制系统的开发过程也不完全相同，需要根据PLC的特点进行系统设计。其次，PLC与继电器接触器控制系统也有本质的区别，PLC控制系统设计的一大特点就是硬件和软件设计可以分开进行。2.2设计要求双电源开关主要用在重要会议室、机场、宾馆等紧急供电的双电源系统，当一路电源（主电源）出现故障的时候，另一路电源（备用电源）可以实现快速、自动地投切转换，这是双电源开关的基本功能。而基于PLC的双电源开关，不仅要实现上述功能，而且要对三相电源各相进行缺相检测，同时还要对电源各相进行精确的电压检测，当电源电压不在指定的范围内运行时，必须进行自动切换。由此，我们在设计PLC电路的时候，还必须用到PLC的特殊功能模块，以实现对电源电压模拟量的模数转换，供PLC去处理，进而实现电源电压的欠压保护。2.3总体方案的确定在基于PLC的双电源开关的过程中，必须只能有一个电源与负载接通，且在一路电源故障时要实现自动切换。又由于在重要的会议室、机场、宾馆等紧急供电场所，各用电设备的总功率较大，必须使用发电机设备供电。那么根据设计要求，可设计总体结构方案如下图2所示：图2总体方案框图在图2中，A为主电源，B为备用电源，分别与PLC连接，作为PLC输入检测信号。首先进行主电源A的输入检测，当PLC检测A无任意相缺相时，相应的逻辑开关会闭合，使FX2N-4A/D接受经过PLC基本单元检测后传过来的无缺相的电压信号，则随后进行A电源的三相回路欠压检测，如果此时主电源A良好的话，相应的状态指示灯会亮，说明此刻主电源状态良好，同时主电源与负载接通。在主电源A出现故障后（即主电源A出现缺相或者