毕业设计论文PLC应用于自动重合闸.doc

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1、河北工程大学毕业设计目 录绪论2第一章 可编程控制器PLC31.1 PLC的基本知识31.2 PLC的特点与分类41.3 PLC的基本结构与工作原理51.4 PLC的I/O系统7第二章 自动重合闸的介绍102.1 自动重合闸在电力系统中的作用102.2 重合闸方式的选择原则112.3 自动重合闸的缺点11第三章 单相自适应重合闸相位判据123.1 单项自动重合闸123.2 单相接地时的故障特性分析133.3 相位判据原理153.4 相位判据的测试17第四章 三相自动重合闸204.1 单侧电源线路的三相一次重合闸204.2 两侧电源线路三相一次重合闸204.3 重合闸动作时限的选择原则224.4

2、 自动重合闸与继电保护的配合234.5 综合重合闸24第五章 重合闸最佳合闸时间机理及其整定计算255.1 最佳切除故障时间与最佳合闸时间255.2 最佳重合时间计算27第六章 PLC构成的自动重合闸装置296.1 对自动重合闸的要求296.2 控制过程分析296.3 自动重合闸PLC的控制程序设计306.4 时限参数的整定32总结33致谢34主要参考文献及资料35绪论运行经验表明，电力系统的短路故障特别是架空线路上的短路故障大多是暂时性的，这些故障在断路器跳闸后，多数能很快地自行消除。例如雷击闪络或鸟兽造成的线路短路故障，往往在雷击过后或鸟兽烧死之后，线路大多能恢复正常运行。因此如采用自动重

3、合闸装置（Auto-Reclosing Device,缩写为ARD），使断路器在跳闸后，经很短时间又自动重新合闸送电，从而可大大提高供电可靠性，避免因停电而给国民经济带来的巨大损失。但是由于继电器触点要经常分合动作，容易损坏，降低了供电的可靠性，并增加了设备维护的工作量；同时，各继电器之间大量的连接导线不仅使调试检修困难极大，还致使变电站的各部分几乎不可能被连接成一个完整的自动化系统。因此，传统的机械触点继电器显然已不能满足变电站自动化对继电保护装置的要求。近几年来,工业企业对供电可靠性及电能质量的要求越来越高.由于计算机技术的高速发展,一些大型工业企业已实现了对其各级变电站进行远方集中控制,

4、 供配电系统实现远动化以后，不仅可以提高供配电系统管理的自动化水平，还可在一定程度上实现供配电系统优化运行，能够及时处理事故，减少事故停电时间，更好地保证供配电系统的安全经济运行。传统的自动重合闸装置常采用继电器控制方式,由于继电器元件应用较多,而且是有触点元件,运行中会造成触点的拒动作、误动作、粘连和卡住现象,使自动重合闸装置的工作可靠性差，其定时单元由机电式或晶体管式时间继电器构成,误差大且调整不方便,影响上下级保护装置动作时限的配合;装置的功能单一,不利于实现电力系统自动化,且体积大,有色金属消耗多,噪音大。可编程控制器（PLC）是一种新型微电脑式配电控制器。其主要特点是用内部已定义的各

5、种辅助继电器（每个PLC可有多达上千个内部继电器）代替传统的机械触点继电器，又通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的硬件连接线。利用PLC构成自动重合闸装置的控制系统,可以克服传统控制方式的不足,而且具有连线简单,工作可靠,便于调试、调整和维护,还可以和计算机联网进行远程集中控制等优点，因此,PLC构成的ZCH装置具有广阔的应用前景。第一章 可编程控制器PLC1.1 PLC的基本知识1.1.1 PLC的基本概念可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Lo

6、gic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。1.1.2 PLC的由来在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一

7、现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：编程方便，现场可修改程序； 维修方便，采用模块化结构；可靠性高于继电器控制装置 体积小于继电器控制装置 数据可直接送入管理计算机； 成本可与继电器控制装置竞争； 输入可以是交流115V 输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；在扩展时，原系统只要很小变更；用户程序存储器容量至少能扩展到4K。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可*性高，通用灵活，体积小，使用寿

8、命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。1.1.3 PLC的定义PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Association）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC

9、（Programmable Controller），并给PC作了如下定义： “PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。” 以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，

10、定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。1.2 PLC的特点与分类1.2.1 PLC的特点高可靠性，所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。各输入端均采

11、用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。 丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-

12、机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运

13、行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。 PLC的功能 逻辑控制 、定时控制 、计数控制 、步进(顺序)控制 、PID控制 、数据控制：PLC具有数据处理能力。 、通信和联网 、PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。1.2.2 PLC的分类小型PLC 小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计

14、时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。中型PLC 中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。 大型PLC 一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器

15、的可靠性更高。1.3 PLC的基本结构与工作原理1.3.1 PLC的基本结构PLC的基本结构 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后

16、，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可*性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 PLC常用的存储器类型：RAM （Random Assess Memory） 这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快，由锂电池支持；EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只

17、读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容);EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。 PLC存储空间的分配虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：（1）系统程序存储区（2）系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）（3）用户程序存储区系统程序存储区：在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序

18、、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的性能。系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。1 I/O映象区：由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit）

19、。因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：开关量I/O映象区；模拟量I/O映象区。2 系统软设备存储区 ：除了I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC断电时，数据被清零。 1）逻辑线圈与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。 另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。 2

20、）数据寄存器与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字(16 bits)。 另外，PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。 3）计时器 4）计数器用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可*得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去1.3.2 PLC的工作原理最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构

21、成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式-扫描技术

22、。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。扫描技术 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 （1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽

23、度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 （2）用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内

24、的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 （3）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。PLC的I/O响应时间为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可*性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计

25、算机的运行方式（扫描技术）。以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。1.4 PLC的I/O系统I/O寻址方式 PLC的硬件结构主要分单元式和模块式两种。前者将PLC的主要部分(包括I/O系统和电源等)全部安装在一个机箱内。后者将PLC的主要硬件部分分别制成模块，然后由用户根据需要将所选用的模块插入PLC机架上的槽内，构成一个PLC系统。不论采取哪一种硬件结构，都必须确立用于连接工业现场的各个输入/输出点

26、与PLC的I/O映象区之间的对应关系，即给每一个输入/输出点以明确的地址确立这种对应关系所采用得方式称为I/O寻址方式。 I/O寻址方式有以下三种：固定的I/O寻址方式这种I/O寻址方式是由PLC制造厂家在设计、生产PLC时确定的，它的每一个输入/输出点都有一个明确的固定不变的地址。一般来说，单元式的PLC采用这种I/O寻址方式。开关设定的I/O寻址方式这种I/O寻址方式是由用户通过对机架和模块上的开关位置的设定来确定的。用软件来设定的I/O寻址方式这种I/O寻址方式是有用户通过软件来编制I/O地址分配表来确定的 PLC程序设计语言介绍在PLC中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符

27、语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的报印和其他基本程序设计语言无法完成的功能。功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功能，它不仅在PLC中得到了广泛的应用，在集散控制系统的编程和组态时也常常被采用，由于它具有连接

28、方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。根据PLC应用范围，程序设计语言可以组合使用，常用的程序设计语言是：梯形图程序设计语言；布尔助记符程序设计语言（语句表）；功能表图程序设计语言；功能模块图程序设计语言；结构化语句描述程序设计语言；梯形图与结构化语句描述程序设计语言；布尔助记符与功能表图程序设计语言；布尔助记符与结构化语句描述程序设计语言。梯形图（Ladder Diagram）程序设计语言梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述发生的条件和结果。每个梯级是

29、一个因果关系。在梯级中，描述发生的条件表示在左面，发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图程序设计语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习；与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（Power FLow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的

30、有关概念区别对待；与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查。布尔助记符（Boolean Mnemonic）程序设计语言布尔助记符程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。布尔助记符程序设计语言与计算机中的汇编语言非常相似，采用布尔助记符来表示操作功能。布尔助记符程序设计语言具有下列特点：采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于撑握的特点；在编程器的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的场合进行编程设计；与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本类同。功能表图（Sepuential Function Chart）程序设计语言功能表

31、图程序设计语言是用功能表图来描述程序的一种程序设计语言。它是近年来发展起来的一种程序设计语言。采用功能表图的描述，控制系统被分为若干个子系统，从功能入手，使系统的操作具有明确的含义，便于设计人员和操作人员设计思想的沟通，便于程序的分工设计和检查调试。功能表图程序设计语言的特点是：以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解和沟通；对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序设计时间和调试时间；常用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合；只有在活动步的命令和操作被执行，对活动步后的转换进行扫描，因此，整个程序的扫描时间较其他程序编制的程序扫描时间要大大缩短。功能表图来源于佩特利（

32、Petri）网，由于它具有图形表达方式，能较简单和清楚地描述并发系统和复杂系统的所有现象，并能对系统中存有的象死锁、不安全等反常现象进行分析和建模，在模型的基础上能直接编程，所以，得到了文泛的应用。近几年推出的PLC和小型集散控制系统中也已提供了采用功能表图描述语言进行编程的软件。关于佩特利（Petri）网的一些基本概念，我在以后有机会时再介绍给各位，以有助于对功能表图的进一步理解。功能模块图（Function Block）程序设计语言功能模块图程序设计语言是采用功能模块来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。它有若干个输入端和输出端，通过软连接的方式，分别连接到所需的其它端子，完

33、成所需的控制运算或控制功能。功能模块可以分为不同的类型，在同一种类型中，也可能因功能参数的不同而使功能或应用范围有所差别，例如，输入端的数量、输入信号的类型等的不同使它的使用范围不同。由于采用软连接的方式进行功能模块之间及功能模块与外部端子的连接，因此控制方案的更改、信号连接的替换等操作可以很方便实现。功能模块图程序设计语言的特点是：以功能模块为单位，从控制功能入手，使控制方案的分析和理解变得容易；功能模块是用图形化的方法描述功能，它的直观性大大方便了设计人员的编程和组态，有较好的易操作性；对控制规模较大、控制关系较复录的系统，由于控制功能的关系可以较清楚地表达出来，因此，编程和组态时间可以缩

34、短，调试时间也能减少；由于每种功能模块需要占用一定的程序内存，对功能模块的执行需要一定的执行时间，因此，这种设计语言在大中型PLC和集散控制系统的编程和组态中才被采用。结构化语句（Structured Text）描述程序设计语言结构化语句描述程序设计语言是用结构化的描述语句来描述程序的一种程序设计语言。它是一种类似于高级语言的程序设计语言。在大中型的PLC系统中，常采用结构化语句描述程序设计语言来描述控制系统中各个变量的关系。它也被用于集散控制系统的编程和组态。结构化语句描述程序设计语言采用计算机的描述语句来描述系统中各种变量之间的各种运算关系，完成所需的功能或操作。大多数制造厂商采用的语句描

35、述程序设计语言与BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。结构化程序设计语言具有下列特点：采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；需要有一定的计算机高级程序设计语言的知识和编程技巧，对编程人员的技能要求较高，普通电气人员无法完成。直观性和易操作性等性能较差；常被用于采用功能模块等其他语言较难实现的一些控制功能的实施。部分PLC的制造厂商为用户提供了简单的结构化程序设计语言，它与助记符程序设计语言相似，对程序的步数有一定的限制，同时，提供了与PLC间的接口或通信连接程序的编制方式，为用户的应用程序提供了扩展余

36、地 PLC发展的大潮流网络控制PLC发展的潮流目前，国外PLC制造商不断推出新产品。西门子最初推出S5系列，然后推出S7系列；三菱开始是F系列，FX系列，现在是A系列（A1、A2、A2X）。大趋势是功能越来越多，集成度越来越高，网络功能越来越强。特别是网络，因为联网是一个大潮流。现在各种PLC都在发展自己的网络，一般从结构上有两种，一种在PLC模块上做了一个通信输出口，可以直接与计算机联接实现点对点通信（RS232联接）；另一种是通过多点联接（RS485联接），这适用于多层PLC。 这方面，西门子的产品具有代表性，它具有自己的PROFIBUS协议的网络标准，现在已经被世界上绝大多数国家接受，几

37、乎已经成为国际标准，获得广泛的应用。目前网络是一个发展趋势。网络的控制中心一般有两台计算机，通过电缆与现场的PLC站相连，每个站就放在被控设备的附近，从设备到PLC站之间的电缆很短，从PLC站到控制中心只需一根电缆线，这样成本就大大降低了。PLC的最新发展动态一是PLC网络化技术的发展，其中有两个趋势，一方面，PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC网络系统，完成设备控制任务之外，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息管理系统的一部分。另一方面，现场总线技术得到广泛的采用，PLC与其他安装在现场的智能化

38、设备，比如智能化仪表，传感器，智能型电磁阀，智能型驱动执行机构等，通过一根传输介质（比如双绞线，同轴电缆，光缆）连接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场工业控制网络，这种网络与单纯的PLC远程网络相比，配置更灵活，扩容更方便，造价更低，性能价格比更好，也更具开放意义。PLC向高性能小型化发展。PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。比如三菱的FX-ON系列PLC，最小的机种，体积仅为609070mm2，相当于一个继电器，但却具有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越

39、强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算，PID调节，温度控制，精确定位，步进驱动，报表统计等。从这种意义上说，PLC系统与DCS（集散控制系统）的差别已经越来越小了。用PLC同样可以构成一个过程控制系统。第二章 自动重合闸的介绍自动重合闸是指当断路器跳闸之后，能够自动的将断路器重新合闸的装置。自动重合闸作为保证电力系统安全供电的有效措施之一，能够有效的减少不必要的停电事故，在输、配电线路中，尤其是高压、超高压输送电线路中，已经得到极其广泛的应用。2.1 自动重合闸在电力系统中的作用在电力系统中，输电线路（特别是架空线路）最容易发生故障，因此，保证输电

40、线路安全运行，是很重要的。电力系统的运行经验表明，架空线路的故障大都是瞬时性的，例如，由于雷电过电压引起的绝缘子表面闪络、大风引起的短时碰线、通过鸟类身体的放电以及风筝绳索或树枝等物掉落在导线上引起的短路等。这些故障，当继电保护迅速断开电源之后，电弧即可熄灭，故障点的绝缘强的即可恢复，故障随即自行消除，这时，如果把断开的线路重新投入，就能够恢复正常的供电。因此这类故障是“瞬时性故障”。此外，也还有“永久性故障”，例如，由于倒杆塔、断线、绝缘子击穿或损坏引起的故障，在故障线路被断开后，故障点的绝缘强度不能恢复 。这时，即使再合上电源，由于故障的存在也要被再次断开，因而不能恢复正常供电。由于输电线

41、路上的故障大多是瞬时性的，因此在线路被断开以后再进行一次重合闸，就有可能大大提高供电的可靠性。重新合上断路器的工作可有运行人员手动操作进行，但手动操作时，停电时间过长，用户电动机多数已经停转，因此重合闸的效果不显著。为此在电力系统中采用了自动重合闸装置来代替运行人员的手动合闸，即当断路器跳闸之后，它能够自动的将断路器重新合闸。根据运行资料的统计，重合闸的成功率一般在百分之六十至百分之九十之间。一般说来，在输电线路上，采用自动重合闸的作用主要可归纳如下；在线路上发生暂时性故障时，迅速恢复供电，从而可提高供电的可靠性；对于有双侧电源的高压输电线路，可以提高电力系统并列运行的稳定性；可以纠正对由于断

42、路器本身由于机构不良，或继电保护误动作而引起的误跳闸；在电网的设计与建设过程中有些情况下由于考虑重合闸的作用，可以暂缓架设双回路以节约投资。对于重合闸的经济效益，应该用无重合闸时，由于停电而造成的国民经济损失来衡量。由于重合闸装置本身投资很低，工作可靠，因此，在电力系统中得到了广泛的应用。作为安全自动装置之一的自动重合闸装置应同继电保护装置一样应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性等要求。根据生产的需要和运行经验，对输电线路的自动重合闸装置，提出了如下基本要求：动作迅速。在满足故障点去游离所需的时间和断路器消室 和断路器的传动机构准备好再次动作所必需的时间条件下，自动重合闸装置的动作时间尽可能短

43、。不允许任意多次重合。自动重合闸动作次数应符合预先的规定。如一次重合闸就只应重合一次。动作后应能自动复归。当自动重合闸成功动作一次后，应能自动复归，准备好再次动作。手动合闸时不应重合。当运行人员操作或遥控操作使断路器断开时，自动重合闸装置不应重合。手动合闸于故障线路不重合。当手动合闸于故障线路时，继电保护动作使断路器跳闸后，自动装置不应重合。用不对应原则启动。 能与继电保护动作配合。2.2 重合闸方式的选择原则 三相普通一次重合闸方式； 适用于110KV及以下的电网中，特别是对于集中供电地区的密集型环网中，线路跳闸后不进行重合闸也能稳定运行的线路。适用于单侧电源辐射形式线路。不适用于大机组出口

44、处。 单相重合闸及综合重合闸方式； 适用于220KV及以上的电网中，当发生单相接地故障时，如果使用三相重合闸不能保证系统的稳定性，或者地区系统出现大面积停电，或者会导致重要负荷停电时，特别大型机组的高压配电线路。 使用三相重合闸的线路，在使用单相重合闸时对系统恢复供电有较好的效果时。 检定无压或检定同期重合闸方式： 适用于两端均有电源的线路以及不允许非同期合闸的线路。 双回线路上可直接检定另一回路上有电流来判定同期。 非同期重合闸方式： 并列运行的发电厂或电力系统之间应有三条或三条以上紧密联系的线路。 非同期重合闸时产生的冲击电流未超过规定的允许值。 重合后电力系统可以很快恢复同期运行时。 在

45、非同期重合闸所产生的振荡过程中，对重要负荷的影响较小时。2.3 自动重合闸的缺点任何事物都是两面的，在采用自动重合闸以后，当重合于永久性故障上时，它将带来一些不利的影响，如:使电力系统又一次受到短路电流的冲击，可能引起电力系统振荡;使断路器的工作条件变得更加严重，因为它要在很短的时间内，连续切断两次短路电流。这种情况对于油断路器必须加以考虑，因为在第一次跳闸时，由于电弧的作用，已使油的绝缘强度降低，在重合后第二次跳闸时，是在绝缘已经降低的不利条件下进行的，因此，油断路器在采用了重合闸以后，其切断容量也要有不同程度的降低(一般约降低到80%左右)，其实际能切断的短路容量应比正常的额定切断容量有所

46、降低。为了克服自动重合闸的这两个缺点，希望自动重合闸可以在重合之前，分辨出瞬时性故障和永久性故障，且只有当发生瞬时性故障时，自动重合闸才动作。第三章 单相自适应重合闸相位判据3.1 单项自动重合闸 3.1.1 自动重合闸的类型自动重合闸的采用是系统运行的实际需要。随着电力系统的发展，自动重合闸的类型一般有三种类型。即为三相自动重合闸和综合重合闸和单相自动重合闸(Single phase automotive reclosing，缩写为SPAR)三大类。 所谓三相自动重合闸是指，不论送电线路上发生单相接地短路还是相间短路，继电保护动作后均使断路器三相断开，然后重合闸再将三相投入。三相自动重合闸装

47、置比较简单，但在超高压系统中往往不能满足系统动态稳定的要求。在双侧电源的联络线上，如果要求同期重合闸，则三相自动重合闸恢复供申的时间较长，更不能满足要求。而快速非同期重合闸对发电机的冲击大;重合闸太快也影响重合闸的成功率，因此未能获得广泛的应用。 所谓综合重合闸就是，在线路上.设计自动重合闸时，综合考虑两种重合闸方式，将单相重合闸和三相重合闸综合在一起，当发生单相接地故障时，采用单相重合闸工作方式;当发生相间短路时，采用三相重合闸方式工作。综合重合闸的电路相当复杂，这样使误动作的机率很高，使其应用也受到了一定的限制。 3.1.2 单相自动重合闸的概念所谓单相重合闸，即当线路上发生单相接地故障时

48、，保护动作只断开故障相的断路器，然后进行单相重合。如果故障是暂时性的，则合闸后，便可以恢复三相供电;如果故障是永久性的，而系统又不允许长时间非全相运行，则重合后，保护动作，使三相断路器跳闸，不广东工业大学工学硕士学位论文再进行重合。 根据运行经验，在110kV以上的大接地电流系统的高压架空线路上，短路故障中70%以上是单相接地短路，特别是220-500kV的高压输电线，由于线间距离大，单相接地短路甚至可高达9096左右。在单相接地短路时仅跳开故障相，而未发生故障的两相仍然继续运行，采用单相自动重合闸方式。如果线路发生的是瞬时性故障，则单相重合成功，即恢复三相正常运行。如果是永久性故障，单相重合闸不成功。这时，需根据系统的具体情况，如不允许长期非全相运行，则应切除三相，并不再进行重合。如需要转入非全相运行，则应再次切除单相，并不再进行重合。目前一般都是采用前一种方式。实行单相自动重合闸有利于提高系统的动态稳定;在单侧电源供电的线路上采用单相自动重合闸可以不间断对用户供电。因此在这些线路上单相自动重合闸获得广泛