基于低功耗数控接触器和LOGO！在同步关合中的应用研究The

西门子LOGO!产品案例征集基于低功耗数控接触器和LOGO！在同步关合中的应用研究1基于低功耗数控接触器和LOGO！在同步关合中的应用研究刘津平1刘昊1,2刘玉洁31..四川荣高数控电器有限公司，成都市610016；2..北京航空航天大学软件学院，北京市100083；3..中国空间技术研究院西安空间无线电技术研究所，西安市710100。Theresearchofsynchronized-closingbasedonlowconsumptiondigitalcontactor(LCDC)andLOGO！LIUJinping1,LIUHao1,2,LIUYujie3(1.SichuanRonggaoElectricalCo.,Ltd.,Chengdu610016,China；2.SoftwareAcademy,BeihangUniversityofAeronauticsandAstronautic,Beijing100083,china；3.Chinaacademyofspacetechnology(xi’an),Xi’an710100,China)摘要：低功耗数控接触器是一种具有电子兼容特征的电器元件，能够直接与LOGO！24连接组成同步关合控制系统，通过编制应用程序，使接触器在终端供电系统电压波形指定的相角处关合，以减小合闸操作的过电流和过电压的瞬间冲击。为同步关合控制技术的实现，提供了一个切实可行的设计方案。关键词：低功耗数控接触器，LOGO！24，同步关合控制系统ABSTRACT:lowconsumptiondigitalcontactorcanbeconnectedwithLOGO!24toconstituteasynchronized-closingsystem,whichisanewtypeapparatusunitwiththecharacteristicsofeletroniccompatibility.Thesynchronized-closingsystemconsistedoflowconsumptiondigitalcontactorandLOGO!24canorderthecontactortooperateatthephaseangleassignedbythevoltagewaveformofpower-supplysystemandlowertheinstantaneousimpactofover-currentandover-voltageattheclosing,whichprovidesafeasibledesignfortherealizationofsynchronized-closing.KEYWORD:lowconsumptiondigitalcontactor，LOGO！24，synchronized-closingsystem西门子LOGO!产品案例征集基于低功耗数控接触器和LOGO！在同步关合中的应用研究21.项目简介同步关合控制技术是指接触器触头，能够在供电系统电压波形的指定相角处关合，以减小合闸操作的过电流和过电压的一种智能操作技术。通常接触器在关合电力设备时，系统电压的初相角通常都是随机的和不确定的，可能产生幅值很高的涌流和过电压。这样不仅对系统中的设备不利，还会引起保护误动作，影响电力系统的稳定。同步关合技术使得电力设备在对自身和系统冲击最小的情况下投入电力系统，提高了电力设备的寿命和系统的稳定性。图1描述了同步关合的动作过程。图1同步关合的动作过程基于低功耗数控接触器[1]与LOGO！24组成的同步关合控制系统，充分发挥了新概念电器元件的节能环保、电子兼容及严酷环境适应性的技术优势，在LOGO！24所编程序控制下,克服了接触器操动机构固有和环境条件的变化导致的动作时间分散性，满足了同步关合控制精度的技术要求。达到减少对负载进行合、分闸操作时，电网设备所承受的涌流的幅值和电压的扰动，改善电能质量并提高系统的稳定性的目的。2.同步控制工艺流程介绍同步控制的合、分闸过程分为发出指令、同步信号采集及控制和强制执行等阶段，以下是合、分闸过程同步控制技术的时序图西门子LOGO!产品案例征集基于低功耗数控接触器和LOGO！在同步关合中的应用研究3K1V1V2V3B001三相波形合闸指令同步信号同步信号同步信号强制合闸图2合闸过程同步控制技术的时序图K1A1A2A3B001三相波形分闸指令同步信号同步信号同步信号强制分闸图3分闸过程同步控制技术的时序图3.方案确定LOGO！24具备自编程能力、可通信和外部接线灵活、使用简便的技术特征，至关重要的是其晶体管的输出端口，能够直接与低功耗数控接触器连接，相互协调动作而不会相互干扰。其技术参数和技术规范符合控制系统的技术要求，如：LOGO！24的输出规范：03A，功率：1.1W，响应时间10HZ等。由此组成的控制系统可以实现简化控制系统，降低制造成本和能源消耗、通过编制控制程序提高系统控制精度和稳定性，最终实现同步关合的控制目的。西门子LOGO!产品案例征集基于低功耗数控接触器和LOGO！在同步关合中的应用研究44.控制系统硬件配置4.1低功耗数控接触器简介低功耗数控接触器的设计理念是应对工业信息化发展的需求，以降低接触器的起动功率为起点，以提高接触器的核心技术指标为核心，以电器元件使用电子化为目标；而研发的高性能为基础，信息化为主导，兼备节能、环保技术特征的新概念产品。新概念产品的可塑性非常强，能够衍生出许多个性化产品。数控接触器不仅仅能向中高端市场推出新产品，而是在于能向业界提供一个开放的具有广泛参与性的创新技术平台[3]。低功耗数控接触器与交流接触器的主要区别是，在操作频率1200次/h条件下，起动功率指标较交流接触器降低了两个数量级：实测值仅为4.352VA，产品设有独立的控制端，驱动电平：24VDC,10mA，可以直接与电子电路、LOGO！24、PLC及现场总线连接。4.2低功耗数控接触器的使用规则电子兼容性是低功耗数控接触器特有的设计理念【4】，指电器元件接入电子电路时，能够与电子电路共用一组电源和公共地，能够相互协调动作，而不会相互干扰的适应能力。图4为低功耗数控接触器的制图符号，产品内置驱动电路，设计有四个接线端子，A1电源端VC＋，A2控制端Vi＋，A3控制端Vi－，A4电源地线端。A1A2A3A4VC＋Vi＋Vi－A1A2A3A4VCK1I=10mAI=400mA←↓DC24V正逻辑接线图图4图5西门子LOGO!产品案例征集基于低功耗数控接触器和LOGO！在同步关合中的应用研究5接触器的使用方法：有兼容连接与隔离连接。兼容连接是指兼容于电子电路，其特征在于：接触器的控制电路和电子电路公用一个直流电源，共用一个信号地。参照电子电路逻辑电平的惯例分为：正逻辑有效（图5）和负辑有效（图6），图中K1为小型开关。A1A2A3A4VCK1←I=400mADC24V↓I=10mA负逻辑接线图A1A2A3A4K1Vi隔离方式接线图DC24VDC24VVC图6图7图7是隔离连接方式接线图，图中接触器由一组电源供电，控制端由另一组电源供电，Vi控制电压可选择12VDC。4.2.1动作条件依据《SD型数控接触器》企业标准[2]给出以下数值。动作条件：电源电压规格：24VDC，电源电流：（起动）400mA，（保持）不大于10mA，功率及耗电量见表1。表1功率及耗电量基本规格型号起动功率，VA保持功率，VA运行耗电量，kW.h/24hSD-100～SD-220*80.2≤0.08SD-300～SD-800**120.2≤0.12注：*（间断工作制）操作频率：1200OPS/h，**操作频率：600OPS/h。由N台数控接触器组成的控制系统电源要求：电源功率（VA）＝单台起动功率（VA）×N（台）图9的同步关合控制系统由3台SD-220数控接触器组成，控制系统电源总功率：8VA×3=24VA，图中LOGO！24和辅助电路的功率约为10VA,故选用标称功率为50W的开关电源，即可满足在操作频率1200OPS/h条件下同时起动和稳定工作的需求。SD-220数控接触器的日耗电量实测值仅为0.06kW.h，据此测西门子LOGO!产品案例征集基于低功耗数控接触器和LOGO！在同步关合中的应用研究6算上述控制系统在频繁起动情况下，日耗电量不足0.2kW.h。4.2.2接口及LOGO！24的连接规范本产品在接通电源进入待机状态时，主电路的接通、承载和分断操作受控于信号源。产品设置多种连接方式，旨在更好地与信号源的匹配。产品使用前工程设计人员要依据现场需要，参照控制端输入条件的参数值，完成接入方式的电路设计。表2控制端输入条件逻辑1（接通）逻辑0（分断）触发方式电压V电流mA电压V电流mA高电平有效DC18～240～3低电平有效DC0～31018～241低功耗数控接触器可以不经过中间环节，直接与PLC或LOGO！24可编程逻辑控制器件连接，其接线方式示意图（图8）。SDA1A2A3A4LOGO！2424VDC内部电路L1L2L3T1T2T3L=10mA图8接口规范LOGO！24输出规范：逻辑1（最小）20VDC,逻辑0（最大）0.1VDC，额定电流0.3A；完全能够满足低功耗数控接触器收入规范：逻辑1（最小）18VDC,逻辑0（最大）3VDC，额定电流0.01A的要求。西门子LOGO!产品案例征集基于低功耗数控接触器和LOGO！在同步关合中的应用研究74.3低功耗数控接触器组成的同步关合控制系统下面给出低功耗数控接触器在同步关合完整的应用方案。图9是由SD-220数控接触器和LOGO！24逻辑控制模块组成同步关合控制系统。控制系统中由一台DC24V，50W的开关电源供电，采用三台SD-220型数控接触器，每台接触器的三极并联作为一极，同步控制关合电流标称值达630A。图中的同步采样电压传感和电流传感电路的导通阀值，具有一定的调节范围，用以控制主回路的同步切入点，电路中的电压、电流过零信号检测与主电路关合不在同一波形周期内完成，合闸过程延时约46ms，分断过程延后约32ms。本控制系统的操控不再使用大功率按钮开关，图中K1为小型开关，图中的保护电路和通信模块为现有成熟技术不再赘述。1234J1SD-2201234J2SD-2201234J3SD-220K1L1L2L3NA1传感器A2传感器A3传感器LOGO！24Q0Q1Q2Q3I1I2I3I4I5I6I7I8过零电流AC220VUVWVCC检测电路保护电路通信模块开关电源24V/50W状态显示过零电压检测电路V1V2V3图9SD-220和LOGO！24组成的同步关合控制系统西门子LOGO!产品案例征集基于低功耗数控接触器和LOGO！在同步关合中的应用研究8●为315A（105A×3）同步关合控制系统照片●LOGO！24o在控制系统中的局部照片西门子LOGO!产品案例征集基于低功耗数控接触器和LOGO！在同步关合中的应用研究9●同步关合控制系统（闭合状态）局部照片5软件开发图10是LOGO！24的逻辑控制图。I1为电路图中的K1。其合闸同步控制操动过程为：当K1闭合时I1为高电平，B006、BO11、B016复位，经B004倒相B005、B010、B015使能，分别采集LI、L2、L3的过零电压信号依次导通，当B005导通时，B002、B007、B018均为高电平、B003导通，Q1驱动J1闭合。如果某项不能采集过零信号，B001经0.5s延时后强制开通，避免缺相运行。其分闸同步控制操动过程为：当K1断开时B005、B010、B015复位，B006、BO11、B016使能，分别采集L1、L2、L3过零电流信号依次导通，当经B006导通时，经B007倒相B003截止，Q1关断驱使JI分闸。I8为保护端，高电平紧急关断。Q4为状态显示，J1、J2、J3都闭合时Q4导通，反之亦然。西门子LOGO!产品案例征集基于低功耗数控接触器和LOGO！在同步关合中的应用研究10图10LOGO！24的逻辑控制图6应用体