机电职业技术学院毕业设计（论文）作 者： 腾飞 学 号： 40921202 系 部： 电气工程系 专 业： 电机与电器 题 目： 基于PLC双电源开关设计 指导者：莫莉萍 建兴评阅者： 2012年4月 毕业设计（论文）中文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。可编程控制器作为新一代的工业控制装置，结构简单、性能全面、可靠性高。该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。关键词：双电源切换 PLC 数据处理 缺相和欠压保护毕业设计（论文）外文摘要Title： PLC-based design of dual-power switch Abstract：With increasing demands for high reliability, a number of occasions the need to use two power supplies to ensure reliability of electricity supply, which requires a dual power switch between the two reliable switching power supply. The use of programmable logic controller (PLC) to solve this problem has a unique advantage in electrical automation applications have broad prospects and great market potential. Relay control system with the traditional, compared to programmable logic controller (PLC) has the advantage of being: the volume of smaller, highly integrated, but also the number of computing, data processing and data communication functions. PLC as a new generation of industrial control devices, simple structure, the performance of a comprehensive, high reliability. This topic is based on the programmable logic controller design of dual-power switch, dual power switch for the automatic switch from the complex, lack of phase and under-voltage protection, so that electricity can be adapted to the needs of demanding enterprises. Key words: dual-power switch; PLC; data processing; missing phase and undervoltage protection目录1绪 论11.1 设计的背景和意义11.2 可编程控制器的工作原理11.3 设计的基本原则和主要容22基于PLC双电源开关总体方案设计42.1 引言42.2设计要求52.3 总体方案的确定53 基于PLC双电源开关控制系统硬件设计63.1 引言63.2 电气控制方案设计63.3 PLC型号的选择103.4 特殊功能模块的选择123.4.1 技术参数123.4.2 FX2N-4A/D模块的接线方式123.4.3 缓冲寄存器及设置133.4.4 检测参数设置153.5 I/O口设计153.6 系统外部连线电路设计164基于PLC双电源开关控制系统软件设计174.1 PLC控制系统程序设计主要步骤174.2 流程图设计174.3梯形图设计184.4 PLC程序语句表20结论20致21参考文献22word格式. 1 绪 论1.1 设计的背景和意义 双电源切换控制主要用于三相交流(380V220V 3N 50Hz)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110ms/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 工作的全过程如下图1-1：图1-1 PLC 工作的全过程1.3 设计的基本原则和主要容a) 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。 b)设计的主要容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。c)PLC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下图1-2：图1-2 PLC控制系统的一般设计步骤2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围运行时，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