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1、PLC在备用电源自动投入中的应用专业：电气化工程及其自动化 姓名：张吉春 指导老师：马燕摘 要 随着工农业生产及各项科技的快速发展，以及人们的生活水平不断的提高，各个领域对供电的要求也越来越高，很多电力用户的供电必须是连续性的。尤其像医院、卫星发射基地、交通枢纽、政府机关等，一旦停电将会造成无可挽回的经济损失和政治影响。所以，需采取备用电源来保证供电的连续性，采用PLC（可编程控制器）控制备用电源的自动投入会大大的增加系统的可靠性。 本文主要介绍了备用电源自动投入装置的组成和原理要求、输入输出的设计，阐明了断路器及其控制。设计了系统结构原理图、PLC的硬件接线图、继电器控制原理图、自动重合闸等
2、。经综合考虑影响备用电源自动投入的因素，设计了PLC梯形图、明备用和暗备用程序流程图等相应的流程图和软件程序编排。本文将明备用与暗备用综合在一起，通过断路器检测信号发给PLC，然后PLC综合处理两条线路是否明备用还是暗备用，根据各自的程序设计流程图往下运行，最后通过PLC处理决定是否该投入备用电源。本文还设计了报警装置，对各种错误动作进行报警。关键词 PLC，备用电源自动投入，暗备用ABSTRACT With the rapid development of industrial and agricultural production，as well as the peoples living
3、 standard improved, the supply of each field requirement to power is also more and more high,many power users must be continuity. Such as hospital, satellite launch center, transportation hub, government agency. once electricity will cause irreparable economic losses and political influence. Therefo
4、re, it must take the standby power supply to ensure the continuity of power supply, using PLC (programmable logic controller) automatic control of the standby power supply will greatly increase the reliability of the system.This paper will Ming standby and dark alternate together, through the circui
5、t breaker detection signal is sent to PLC, according to the respective flow chart of the program to run, the final decision on whether to the standby power supply through the PLC processing. This paper also designs the alarm device, alarm on all kinds of wrong action. Key Words:PLC,Standby Power Sup
6、ply, Dark Alternate目 录1 概述11.1 选题的目的及意义11.2 选题的内容及要求12 备用电源自动投入装置简介22.1 备用电源自动投入装置的背景22.3 备用电源自动投入装置的特点53 PLC简介63.1 可编程控制器简介63.2 可编程控制器的特点64 自动重合闸简介74.1 认识自动重合闸装置74.2 重合闸的分类84.3 对自动重合闸的一些基本要求84.4 自动重合闸装置的原理分析95 备用电源自动投入的实现115.1 备用电源自投的备用方式115.1.1明备用的控制125.1.2暗备用的控制135.2 备用电源自动投入装置的要求与解决方法145.3 备用电源自
7、动投入的方案165.4 备用电源自动投入的系统框图176 装置硬件电路设计176.1 硬件结构图176.2 PLC选型196.2.1 PLC型号选择及I/O端子分配196.2.2 FX2N系列可编程程序控制器的基本组成206.2.3 三菱FX2N-128MR-001与 FX2N-8AD特点简介206.3 PLC的输入输出接线图216.4 继电器控制原理246.5 断路器控制原理256.5.1 暗备用工作原理286.5.2 明备用工作原理297 备用电源自动投入装置的软件设计297.1 程序设计流程图297.2 程序设计梯形图327.3 工作原理分析34结 论37参考文献38答 谢39附 录40
8、1 概述1.1 选题的目的及意义随着国民经济的高速发展，电力用户对重要负荷不间断供电的要求也不断提高，所以备用电源的设置显得非常重要。备用电源是与主电源是互不干扰的两个电源,当主电源因为各种原因而消失时，其备用电源必须能迅速地自动投入而且使主电源侧所带的负荷而正常运行。然而，传统备用电源都是用继电器和接触器等机械元件来控制；伴随着电力电子技术的高速发展，备用电源控制方法也注入了新技术。本文设计的备用电源自动投入装置是将PLC技术应用于备用电源控制，PLC控制不仅具有动态响应快、可靠性强、操作简单、抗干扰能力强的优点；而且传统的继电器已经被PLC内部的逻辑辅助继电器替代了，内部逻辑关系替代了原来
9、复杂的接线等。因而，选题有一定实际意义。1.2 选题的内容及要求从1.1可知本文的在实际生活中普遍用到，本文主要运内容是运用可编程控制器（PLC)将备用电源自动投入对供电要求连续性较高的场合，如医院、冶金、化工、牵引、铁路等，因为可编程控制器（PLC)在将备用电源的自动投入时连接时间很短，从而提高供电的安全性和可靠性。本文要求是将可编程控制器（PLC）用于电力系统二次回路中的控制，用PLC取代二次回路中的自动重合闸控制装置和备用电源自动投入装置等；通过PLC程序的控制，从而达到提高供电控制装置的可靠性和安全性的目的；本文的设计思路是由系统回路中主控室中的信号、控制方法和保护装置中存在的问题提出
10、的。本文要求：（1）认识自动重合闸装置的基本内容和操作要求；（2）了解备用电源自动投入装置；（3）基本掌握自动重合闸和备用电源自动投入装置两者的工作原理；（4）最后必须掌握怎样选择适合的可编程控制器（PLC）型号，如何给出硬件设计和软件程序，进而满足功能要求。根据控制要求，制定可程序设计的梯形图，PLC硬件接线图，系统接线原理图，继电器控制原理图，断路器控制原理图以及相关的电力系统的主接线图。2 备用电源自动投入装置简介2.1 备用电源自动投入装置的背景 备用电源自动投入装置是指当工作电源因为各种原因被断开以后，能自动而迅速的将备用电源投入到工作或将用户切换到备用电源上去，不会让供电中断；从而
11、确保工作用户正常运行，把因为停电而造成的损失降到最低程度；从而提高供电可靠性，使用户不至于被停电的一种自动装置，简称备用自投；其主要用于110kv以下的中、低压配电系统中，是保证电力系统连续可靠供电的重要设备之一，对重要用户及要求很高供电可靠性的地方，越来越多的用户使用双电源，备用电源自动投入装置在经济发展中发挥了重要的作用。备用电源自动投入装置不仅实现的原理简单、价格比较低外，它主要是能有效地提高供电的可靠性，所以在其都能在各个领域得到了应用。因为这是一种提高对用户不间断供电的经济而又有效的重要技术措施之一。在现代社会生产生活中，电网的短路容量越来越大，而其对电能质量要求也越来越高，很多设备
12、必须在一定的电压、电流范围内工作，否则会损坏设备，更有甚者会引起局部用电网络的崩溃。现在很多公司企业的重要设备在运行过程中，要求任何时候都不能够断电，如果一旦断电将造成巨大的经济损失，即这就需要在线路出现故障时，不仅能够拥有备用电源并且可以及时的投入，这样大大提高供电的质量、连续性和可靠性，从而使设备不至于会遭到损坏，同时又可以保证生产过程的顺利进行，从而保证各种运行设备以及各个方面的安全，所以，就必须装设备用电源自动投入装置。2.2 备用电源自动投入装置的现状与发展 电力系统中最常用的安全自投装置之一就包括备自投装置。它的发展和继电保护装置一样经过了电磁整流型晶体管型集成电路型微机型等四个主
13、要阶段；通过以下几个阶段我们可以看以发现：它们主要的区别就在于备自投装置对采集的各种量（如电流量、电压量、开关量）运算方式和逻辑功能实现方式上的不同。传统继电器-接触器控制系统使用面很广的原因有：（1）结构简单；（2）容易掌握；（3）价格便宜；（4）能在一定范围内能满足控制要求；所以在发电系统与供电系统中同样也得到了广泛的应用。传统的备用电源自动投入装置(APR)就是通过继电器控制从而来实现其母联断路器的自动投入。然而继电器-接触器控制系统又有着非常明显的缺点：其设备体积不仅大、寿命也很短、可靠性很差、动作速度也比较慢、功能很少、程序也不可变动等，连完成一种比较基本的保护或控制任务都必须由许多
14、个继电器共同承担，如一条10 kV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，又因为继电器触点需要经常分合动作，所以触点容易损坏，从而降低了供电的可靠性，并且增加了设备维护工作量；与此同时,因为各继电器之间的连接导线的量非常之多，这样不仅使调试和检修困难非常巨大；还可能导致变电站的自动化系统不可能之间的接线连成。所以,电站自动化的继电保护装置已经超出了传统的机械触点继电器所能承载的能力。当今应用主流的备自投装置是微机型备自投装置，它内部的压频变换器元件或A/D转换元件将电流量、电压量等模拟量转化为数字量送到装置的数据总线上；然后对数字量和开关量进行综合分析用其内部预设程序，然后
15、用分析的结果作用于其相关的断路器上；从而实现自动切换的功能；然而新型微机备自动投入装置，是采用先进的单片机技术来实现软件和硬件模块化的设计。其不仅操作直观，而且最主要的就是运行可靠，还有自适应特点，并且能根据变电站接线形式不同，其将自动采用最优的自投方案。而且特别适用于综合自动化配套应用，有很强大的通讯功能：比如传递事故报文，远方在线修改定值，投退备自投，远方复归动作信号等。可编程控制器(PLC)是一种性能比较好的控制器。其主要特点有：(1)数量巨大的传统的机械触点继电器被内部已定义的各种辅助继电器替换；(2)实际的硬件连接线也被软件编程方式用内部逻辑关系代替。如果将PLC引入继电器保护装置中
16、的话，传统继电器所带来的各种弊端都会被一一解决；除此之外,装置还可兼容传统继电器的设计思想和技术方案；如果采用PLC编程对于逻辑关系较为复杂的触点信号处理和操作出口控制的方案设计工作变得简单方便。2.3 备用电源自动投入装置的特点(1)维护调试比较方便；当今的PLC备自投装置对系统的硬件和软件都有自检的功能，只要装置一经上电，有故障的就会自动报警。和以前使用的备自投装置相比，基本上不用调试，很大程度上的减轻了调试的工作量。(2)可靠性比较高；微机型备自投装置运行在的时候，具不仅具有很强的综合分析和逻辑分析判断能力，而且能够不断地经过自检来预防备自投装置的大多数故障，并发出报警。(3)方便的添加
17、各种附加功能；添加附加功能只需要改变PLC在备自投装置的基础上的内部程序即可，这样只需要硬件很小的改动即可。比如说报警、显示、过负荷减载等功能3 PLC简介3.1 可编程控制器简介可编程控制器从诞生到现在，经历了四次换代，如表3-1所示为可编程控制器经历的代次。表3-1 可编程控制器经历的代次代次器件功能第一代1位微处理器逻辑控制功能第二代8位微处理器及存储器产品系列化第三代高性能8位微处理器及位片式微处理器处理速度提高，向多功能及联网通信发展第四代16位，32位微处理器及高性能位片式微处理器逻辑、运动、数据处理、联网功能的名副其实的多功能3.2 可编程控制器的特点由于可编程控制器能处理现代复
18、杂多变的工业现场。所以其深受工厂工程技术人员和工人的喜爱。可编程控制器有如下特点：(1)可靠性高，抗干扰能力强为了达到可编程控制器能直接在工业现场稳定可靠的工作，所以可编程控制器生产厂家在硬件方面和软件方面上采取了一些列抗干扰措施。 (2)适应力强，应用灵活为了能满足系列大小不同及功能繁简各异的控制系统要求，用户可根据自己的需要灵活选用。 (3)编程方便，易于使用可编程控制器深受现场电气技术人员喜爱可原因是因为可编程控制器的编程采用与继电器电路极其相似的梯形图语言，直观易懂。 (4)控制系统设计、安装、调试方便可编程控制器中含有大量的“软元件”，其包括中间继电器、时间继电器和计数器等。而且其硬
19、接线也被内部的软接线（即程序）代替，使安装接线工作也变量小。 (5)维修方便，维修工作量小可编程控制器具有完善的自我诊断能力，还有履历情报存储及监视的功能。可编程控制器对于其内部各方面状态均有显示。 (6)功能完善除基本功能外，配合特殊功能模块还可以实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能，为方便工厂管理又可以和上位机通信，通过远程模块还可以控制与安防设备。4 自动重合闸简介4.1 认识自动重合闸装置自动重合闸又称自动重合器，它是一种自动化程度很高的电气设备，可以自动监测通过重合器主回路的电流。当检测后确认为故障电流时，经过一定的延时，由于有反时限的保护，它可以自动断开故障电流，且按
20、要求多次自动重合，恢复送电。如果是瞬时故障，重合器重合后线路恢复正常供电；故障如果是永久性的，重合器的动作次数是按照预先整定的重合闸次数完成的，确认线路为永久性故障后自动闭锁，不再向故障送电，带故障排除后，重新将重合器合闸闭锁解除，恢复正常状态。在本文中为什么要用自动重合闸啦？原因是因为，我们的备用电源在自动投入时，首先要确认线路故障时是瞬时性的还是永久性的，如果是瞬时性的话，只用自动重合闸就可以解除线路的保护，不用备用电源的自动投入，因为这反而会增加线路的瞬时电压和瞬时电流，对线路设备可能将造成不可恢复的损坏；当线路真正为永久性故障时，而且回路停电时，这时备用电源自动投入装置才接受到信号而动
21、作，这进一步的提高了电路供电的可靠性与安全性。4.2 重合闸的分类（1）如果按照重合闸的动作来分的话，其可以分为电气式和机械式。（2）如果按照重合闸作用于断路器的方式来分的话，其可以分为三种；即三相普通重合闸、单相重合闸和综合重合闸。（3） 如果按照重合闸的构成原理来分的话，其可以分为四种；即晶体管式、电磁式、集成电路式和数字（微机）式。（4） 如果按照按动作次数来分的话，其可以分为两种；即一次式和多次式。（5）如果按照使用条件来分的话，其可以分为两种；即单电源重合闸和双侧电源重合闸。然而双侧电源重合闸又可以分成三种；即检定无压重合闸、检定同期和不检定。4.3 对自动重合闸的一些基本要求（1）
22、 若控制（即遥控）操作或者手动操作令断路器断开时，重合闸不应该动作；（2）若遥控操作断路器或者手动操作合上故障线路是“永久性”时，此时继电保护动作断路器应立即断开，重合闸不应该动作；（3） 除上述1、2外，自动重合闸应该动作使断路器重合闸；（4）自动重合闸的次数应该符合事先规定。如果线路故障是“永久性”的，而且一般的重合闸只会动作1次，也就是当断路器重新合上后，继电保护会再次动作而断开断路器，这时重合闸不应该再动作；（5）因为故障时间必须要短，所以自动重合闸装置应该能和保护装置相配合，从而实现系统的前加速或者后加速保护，这样就减少了故障的时间。（6）如果线路故障是“瞬时性”的，所以重合闸必须为
23、下一次动作做好准备；即当动作成功而恢复供电后，其能自动的延时复归。（7）如果线路故障是“永久性”的，在继电保护动作而加速跳闸后，重合闸将不能动作，其功能被故障信号闭锁，直到人工将其复位。4.4 自动重合闸装置的原理分析自动重合闸装置图4-1所示为自动重合闸装置的原理图。当手动合闸时，如果按下合闸按钮SB1，此时电路形成回路；则其合闸接触器KO得电动作，从而使合闸线圈YO得电也动作，当然使断路器QF合闸；当手动跳闸时，如果按下跳闸按钮SB2，此时电路也形成回路；则跳闸线圈YR得电而动作，当然会使断路器QF跳闸。 图4-1 自动重合闸原理电路 YR跳闸线圈；YO-合闸线圈；KO-合闸接触器；KAR
24、-重合闸继电器； KM保护装置出口触点； SB1合闸按钮； SB2跳闸按钮当一次线路发生的故障是短路故障时，线路的电流电压发生突变，则其保护装置将得电而动作，其出口触点KM闭合，跳闸线圈YR回路被接通；从而使断路器QF自动跳闸。同时，断路器的辅助触点QF3-4也闭合，再者重合闸继电器KAR起动，经整定的时间后其延时闭合的动作触点闭合，从而合闸接触器得电动作，从而使断路器QF重合闸。如果一次电路上的短路故障是瞬时性的，已经被消除，则可重合成功。由于一次自动重合闸采取了防跳措施，在短路故障还没有被消除时，虽然保护装置又要动作，而KM的触点闭合又会使断路器QF再次跳闸，但防跳装置也同时动作，所以装置
25、不会再次重合闸。工作原理分析当控制开关和选择开关都扳倒合闸位置时，自动合闸装置此时投入工作，这即是线路正常运行时的状态。此时重合闸继电器KAR中的电容C经R充电，与此同时指示灯RD亮，表示控制母线1、母线2的电压正常，这时电容C处于充电状态。当一次电路发生短路故障而致使断路器QF自动跳闸时，断路器辅助触点QF1-2闭合，而控制开关仍然处在合闸位置状态，从而接通了KAR的起动回路，使KAR中的时间继电器KT经其本身的动断触点KT 1-2而动作。KT动作后，其动断触点KT1-2断开，电路中串入电阻R，使KT保持动作状态；时间继电器KT动作后，经一定延时，其延时闭合的动合触点KT3-4闭合，这时电容
26、C对KAR中的中间继电器KM的电压线圈放电，使KM动作。中间继电器KM动作后，其动断触点KM 1-2断开，使指示灯RD熄灭，这表示KAR已经动作，其出口回路已经接通。合闸接触器KO由控制母线1、母线2经SA2、KAR中的KM 3-4、KM 5-6两对触点及KM的电流线圈、KS线圈、连接片XB/触点KM1的3-4和断路器辅助触点QF3-4而获得电源，从而使断路器QF重新合闸。如果要使装置退出工作，可将SA2扳倒断开（OFF）位置，同时将出口回路中的连接片XB断开即可。装置电路中，采用了两项“防跳”措施：（1)在KAR的中间继电器KM的电流圈回路中，串接了它自身的两对动合触点KM3-4和KM5-6
27、，这样，万一其中一对动合触点被粘住，另一对动合触点仍能正常工作，不致发生断路器“跳动”现象。（2)为了防止万一KM的两对触点KM3-4和KM5-6同时被粘住时，断路器仍可能“跳动”，故在断路器的跳闸线圈YR回路中，又串接了防跳继电器KM1的电流线圈。 5 备用电源自动投入的实现5.1 备用电源自投的备用方式备用电源自投的备用方式有明备用和暗备用两种基本方式。系统正常时，备用电源或备用设备不工作，处于备用状态，称为明备用；而当系统正常工作时，备用电源也投入工作 ，称其为暗备用。暗备用实际上也就是两个工作电源互为备用。5.1.1明备用的控制当线路中有一个工作电源和一个备用电源的接线，即为明备用的配
28、置，如图5-1所示。图中，T1为工作变压器，T2为备用变压器。图5-1 明备用正常工作时。QF1、QF2处于合闸位置，工作母线上的负荷由工作电源通过T1供给；此时QF3合上（也可断开）、QF4断开，T2处于备用状态。当工作母线因某种原因失电时，在QF2断开后，QF4合上（当QF3为断开时，此时要与QF4同时合上），进而恢复对工作母线电。 5.1.2暗备用的控制 当线路上有两个工作电源互为备用的接线，两回进线或电源同时为用户供电，图5-2所示为两种暗备用方式的原理接线。在图5-2（a)暗备用中，正常工作时，母线和母线由工作电源1和工作电源2分别供电，断路器QF5断开。当母线和母线因某种原因失电时
29、，在进线电源侧的断路器QF2或者QF4跳闸后，QF5断路器合闸，此时即恢复对工作母线的供电。这种T1或T2既工作又备用的方式，称为暗备用。(a) 暗备用(b) 暗备用图5-2 两种暗备用方式的原理接线图5.2 备用电源自动投入装置的要求与解决方法备用电源在自动投入时不是主电源一旦断电就马上投入，它是按照以下几个要求进行投入：（1）备用侧必须有电压（或有电流）（2）本侧（工作电源）必须无电压（3）备自投装置也只允许备投一次解决方法：控制备自投装置发出合闸脉冲的时间，以保证备用电源断路器只能合闸一次。 （4）逻辑回路应有PT断线闭锁包括相间距离和接地距离保护及高频距离保护。在发电机的保护中要闭锁，
30、阻抗保护、失磁保护、失步保护、逆功率保护（5）工作电源断开后，备用电源才能投入如图5-2（a）中只有当2QF断开后，备自投才能动作，使3QF合闸。其目的是防止备自投动作失败，不仅扩大事故，而且还加重设备损坏程度。解决方法：备自投的合闸部分应由供电元件受电侧断路器图5-2（a）中的2QF的辅助动断触点起动。 （6）备自投的动作时间以尽可能短为原则因为停电时间短，虽然有利于户电动机的自起动；但是如果停电时间太短，过大的冲击电流和冲击力矩会对电动机造成的损害是无法挽回的；也可能导致备用变压器电流速断保护的误动作。运行经验表明，备自投的动作时间以11.5s为宜，低压场合可减小到0.5s。（7） 防止备
31、投后设备过负荷。 如果在暗备用时，而且两台电源设备同时运行的重负荷情况下，如果存在一台电源设备故障跳闸就有可能造成另一台电源设备过负荷的情况时:解决方法：（a）电流自投，通过电流的整定，允许变压器备用电源自投装置充电条件： 在一定负荷范围内备用自投；（b）负荷联切，即通过备自投装置动作后联切一部分负荷，自投于备用电源前有选择地切除部分负荷，同时应闭锁这些线路的重合闸。联切负荷时应根据负荷性质来整定，逐级切除非重要用户。（8）如有两套及以上备自投装置，则各级备自投装置应相互配合，原则上先动作的应该是高电压等级、高可靠性和影响面大的备自投装置；然而其低电压等级的、低可靠性和影响面小的备自投装置应按
32、躲过上级备自投整定。（9）备自投装置应能实现手动跳闸闭锁及保护闭锁。（10）工作母线上的电压不论因何原因消失时，备自投均应动作。工作母线电压消失原因：(a)工作变压器T1故障； (b)工作母线3上发生短路故障；(c)工作母线3的出线上发生短路故障，而故障没有被该出线断路器断开； (d)QF1或QF2因控制回路、保护回路或操作机构等发生误跳闸； (e)运行人员误操作导致QF1或QF2跳闸； (f)电力系统内的故障使母线3失电。 所有这些情况，备自投装置都应动作。然而备自投装置不动作的条件：系统的内部故障，使两个电源同时消失时，备自投装置不动作，以免系统故障消失恢复供电时，所有工作母线段上的负荷均
33、由备用电源或设备供电，引起备用电源或设备过负荷，降低工作可靠性。解决方法是：备自投装置应设置独立的低电压起动部分，并装设备用电源电压监视继电器。（11）如果备用电源投到永久性故障上，应使其保护加速动作；但是当低压起动部分中电压互感器二次侧的熔断器熔断时，备自投装置不应该动作。5.3 备用电源自动投入的方案 备用电源的供电方案如图5-2（b)中的接线图所示，此图既可以作为明备用，又可以作为暗备用。方案一：当QF3断开时，进线1和进线2 组成互为暗备用的供电系统，两电源各自独立供电，当进线1（进线2)发生故障，QF1（QF2)断路器跳闸，与此同时，母线2（母线1)上减负荷运行。当QF3合闸时，母线
34、1和母线2的负荷都由电源进线2（进线1)提供。方案二：当QF3合并（一直不断开)，进线1和进线2互为明备用，即母线1和母线2的负荷全部由进线电源L1（L2)提供；当进线电源1（电源2)发生故障时，母线2上减负荷运行；此时QF1跳闸，QF2合闸，母线1和母线的负载全部由进线电源L2（电源L1)提供。5.4 备用电源自动投入的系统框图备用电源自动投入装置不仅包括可编程控制器，还包括它的前置通道主要包括：电压电流的滤波及信号处理系统多路转换开关直流电压/电流的形成触发电路A/D转换信号输出PLC。图5-3所示为前置通道。图5-3 前置通道6 装置硬件电路设计6.1 硬件结构图从图5-3中可以得出，备
35、用电源自动投入装置不仅仅包括可编程控制器（PLC)，它还包括前置通道、对开关量起作用的光电隔离装置和出口继电器。在PLC输出端也必须用到光电隔离装置，因为光电隔离装置作用包括信号隔离，也可作为光电耦合器、固态继电器、隔离放大器和线性光电隔离放大器.而在本文中主要是运用它的信号隔离的作用，切断其引进的干扰通道，从而达到隔离现场干扰的目的。图6-1所示为PLC输入输出结构框图。图6-1 PLC输入输出结构框图由图5-1和图5-2（a)综合分析，本文选择暗备用的接线方式，因为这种接线方式既可以作明备用又可以作为暗备用，主要是看断路器QF3的闭合与否，这样联合结构框图6-1，再利用CAD可以绘制出图6
36、-2系统结构原理图。在图6-2中 ，FU为熔断器，QS为隔离开关，TV1、TV2、TV3、TV4为电压互感器，T1、T2、T3、T4、T5和T6分别进线1、进线2、和四个用户的变压器，TQ1、TQ2、TQ3、TQ4、TQ5、TQ6、TQ7分别为断路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6、QF7的跳闸线圈，ZJ为各个断路器的执行继电器。图6-2 系统结构原理图可以得出以下几种备用方式：（1）方式1：变压器T1、T2独立运行，QF1跳闸后QF3由备自投动作自动合上，母线1由变压器T2供电（2）方式2：变压器T1、T2独立运行，QF2跳闸后QF3由备自投动作自动合上，母线2由变压器T1供电
37、。（3）方式3：QF3一直保持合上，QF2断开，母线1、母线2由变压器T1供电；当QF1跳闸后，QF2由备自投装置动作自动合上，母线1和母线2由变压器T2供电。（4）方式4：QF3一直保持合上，QF1断开，母线1、母线2由变压器T1供电；当QF2跳闸后，QF1由备自投动作自动合上，母线1和母线2由变压器T1供电。6.2 PLC选型6.2.1 PLC型号选择及I/O端子分配由前面分析了备用电源自动投入的功能可知，系统的控制输入信号有：进线1（电源1）和进线2（电源2)的电压电流信号、母线的电压电流信号、过流保护、自动重合闸装置信号、减负荷信号、手动分合闸按钮、急停信号、断路器故障信号。输出信号有
38、：合闸线圈、跳闸线圈、报警灯、跳闸状态显示灯和合闸状态显示灯。系统总共共31个输入，21个输出，有开关量、状态量。而且系统装置需要留有30%的裕量，所以本文选择三菱FX2N-128MR-001的PLC作为系统的可编程控制器。在PLC的前置通道中的A/D转换中，因为其电流和电压不能同时转换，而且输入电压电流量都是8个，所以本文选择用2个FX2N-8AD转换器。6.2.2 FX2N系列可编程程序控制器的基本组成FX系列可编程控制器由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能单元构成基本单元包括CPU、存储器、输入输出及电源，是PLC的主要部分。6.2.3 三菱FX2N-128MR-001与 FX2N-
39、8AD特点简介三菱FX2N-128MR-001与FX2n家族系列的特点大致相同；（1）最大范围的包容了标准特点；（2）程式执行更快；（3）全面补充了通信功能；（4）适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块；它可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。CPU运算处理速度0.08S/基本指令，内置8K容量的RAM存储器，最大可以扩展到16K。FX2N-8AD的特点有以下几个方面：（1)FX2N-8AD可进行8通道的电压输入(DC-1010V)电流输入(DC4 20mA、DC-2020mA)以及热电偶(K型、J型、T型)输入；（2)FX2N-8AD可通道为单位，混合使用电压电流
40、热电偶输入；（3)最多可以将二个FX2N-8AD单元连接到FX0N主单元,FX0N扩展单元,FX1N主单元.最多8个FX2N-8AD可以连接到一个FX2N系列PLC,最多4个FX2N-8AD可以连接到一个FX2NC主机单元。6.3 PLC的输入输出接线图从6.2.1分析知道，一共有31个输入，21个输出，和PLC需要实现的功能和检测的元素，则知其输入输出的编号、功能编号以及代号如表6-1所示。表6-1 PLC的输入输出功能表输入功能代号X0 进线1电压UabKV1X1进线1电压UbcKV2X2进线2电压UabKV3X3进线2电压UbcKV4X4母线1电压UabKV5X5母线1电压UbcKV6X
41、6母线2电压UabKV7X7母线2电压UbcKV8X10进线1电流IaKI1X11进线1电流IbKI2X12进线2电流IaKI3X13进线2电流IbKI4X14母线1电流IaKI5X15母线1电流IbKI6X16母线2电流IaKI7X17母线2电流IbKI8X20QF1故障跳闸KP1X21QF2故障跳闸KP2X22QF3故障跳闸KP3X23QF4故障跳闸KP4X24QF5故障跳闸KP5X25QF1手动分合闸QF1X26QF2手动分合闸QF2X27QF3手动分合闸QF3X30QF4手动分合闸QF4X31QF5手动分合闸QF5X32变压器T1保护QA1X33变压器T2保护QA2X34急停按钮STX
42、35自动重合闸信号ZDX36减负荷信号JF输出功能代号Y0QF1合闸KT1Y1QF2合闸KT2Y2QF3合闸KT3Y3QF4合闸KT4Y4QF5合闸KT5Y5 QF1跳闸KC1Y6QF2跳闸KC2Y7QF3跳闸KC3Y10QF4跳闸KC4Y11QF5跳闸KC5Y12QF1红灯亮RD1Y13QF2红灯亮RD2Y14QF3红灯亮RD3Y15QF4红灯亮RD4Y16QF5红灯亮RD5Y17QF1绿灯亮GN1Y20QF2绿灯亮GN2Y21QF3绿灯亮GN3Y22QF4绿灯亮GN4Y23QF5绿灯亮GN5Y24报警灯闪烁BJ 由表6-1的输入输出及其功能，可以画出其PLC输入输出接线图，图6-3 所示为
43、PLC输入输出接线图。图6-3 PLC输入输出接线图6.4 继电器控制原理其实，PLC只是起到接收信号，处理信号以及发出命令的作用，真正的执行者还是继电器，在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。所以，在备用电源自动投入装置中，继电器起着至关重要的作用，由图6-2的系统原理结构图猜想，断路器QF1、QF2是怎么与QF3的动作联系起来的。电路接线如图6-4 所示为继电器控制原理图。两路电源分别为进线1和进线2, QF1、QF2 、QF3为断路器, YH1、YH2 为电压互感器, SA1、SA2 、SA3为控制开关, YJ1-YJ8 为电压继电器, KT 1、KT 2、KT3 为时间继电器
44、, KM1、KM2、KM3为中间继电器, KS1- KS6 为信号继电器, YR1、YR2 、YR3为跳闸线圈, YO1、YO2、YO3 为合闸线圈, RD1、RD2、RD3为红色指示灯, GN1、GN2、GN3为绿色指示灯。（继电器控制原理图的详图见附录2）工作原理：图6-4中, SA1、SA2和SA3均用LW2型转换开关,它们的触点有四种状态即；合闸、合闸后、分闸和分闸后4个状态。其中触点5-8在合闸位置接通,合闸后断开;触点6-7在分闸位置接通,分闸后断开;触点13-16只在合闸后位置接通。如进线1、进线2都在工作,它们之间形成暗备用,即QF1、QF2在合闸后位置,QF3在分闸后位置。Q
45、F1、QF2辅助触点5-6 闭合, 7-8断开,使RD1、RD2红灯亮、GN1、GN2绿灯灭; QF3的辅助触点7-8闭合,5-6断开,使GN2绿灯亮、RD2红灯灭。当进线1断电时，电压继电器1YJ、2YJ、3YJ和4YJ动作,其常闭触点返回闭合,接通KT1,经延时其常开触点闭合,接通KS1和YR1线圈,使QF1跳闸并发出跳闸信号;同时QF3合闸线圈YO3因QF1的辅助触点1- 2闭合而通电,使QF3合闸,从而使进线2电源自动投入,并由KS6始终保持发出提示QF3合闸信号,人工手动将SA3转换到合闸后位置,SA1转换到分闸后位置,变电所就又恢复了供电,同时,信号指示灯GN1亮,RD1灭;RD3
46、亮,GN3灭，如果此时进线2电源又断电,同样地,电压继电器YJ5、YJ6、YJ7和YJ8将使QF2跳闸,QF3又合闸,进线1电源又自动投入。手动切换SA1、SA2、SA3可以使进线1电源和进线2电源轮流运行或都停止工作。图6-4 继电器控制原理图6.5 断路器控制原理在PLC的输入输出端都有相应的继电器来控制断路器的开关状态，其中包括信号继电器XJ、时间继电器SJ、执行继电器ZJ和电压电流继电器（如表6-2）：在输出端除了这些继电器外还有防跳线圈TJ；QF1、QF2、QF3、QF4、QF5断路器的跳闸线圈TQ1、TQ2、TQ3、TQ4、TQ5；QF1、QF2、QF3、QF4、QF5断路器的合闸线圈HC1、HC2、HC3、HC4、HC5；QF1、QF2、QF3、QF4、QF5的常开常闭辅助断路器触点DL1、DL2、DL3、DL4、DL5;BK为断路器合闸状态，由此，可以得出断路器控制回路的展开图如图6-5，其中包括明备用暗备用的控制。表6-2 PLC输入端电压电流继电器进线1进线2母线1母线2电流继电
