電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、河南科技學(xué)院2011屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目：電動汽車充電站電源輸入系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 劉 楠所在院系： 機(jī)電學(xué)院所學(xué)專業(yè)： 電氣工程及其自動化導(dǎo)師姓名： 楊 天 明完成時(shí)間：2011年05月27日摘 要隨著我國的石油資源短缺和環(huán)境污染問題的加劇，發(fā)展具有零排放和節(jié)能環(huán)保電動汽車顯得日益緊迫。目前各大汽車廠商專注的新能源汽車包括油電混合動力汽車氫燃料汽車、燃料電池汽車和純電動汽車,但從發(fā)展的潛力和對環(huán)境保護(hù)的徹底性上,純電動汽車將是最終也是最完美的解決方案。當(dāng)前,我國在純電動汽車技術(shù)上已走在世界的前列,已經(jīng)比較妥善地解決了電池容量、續(xù)航能力、電池充電技術(shù)、駕駛感受等相關(guān)問題,并且在小眾市

2、場上已經(jīng)開始部分運(yùn)營,大規(guī)模市場推廣指日可待。然而作為車主而言,在純電動汽車本身已經(jīng)符合其日常使用的需要時(shí),相關(guān)的配套設(shè)施建設(shè)和售后服務(wù)支持是其選擇電動車的重要參考之一,其中的重中之重便是充電解決方案的合理組合和良好運(yùn)營,這也是電動汽車被市場認(rèn)可并走向大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵之一。關(guān)鍵字: 環(huán)境污染；清潔能源；電動汽車abstractas chinas oil resource shortages and the worsening environmental pollution, zero emissions and the development energy-saving electric ca

3、r is becoming increasingly urgent. major car manufacturers now focus on new energy vehicles, including hybrid cars, hydrogen fuel cars, fuel cell vehicles and pure electric vehicles, but the development potential and the thoroughness of environmental protection, the pure electric vehicles will be ul

4、timately the perfect solution. at present, china is technically in a pure electric vehicles have come in the forefront of the world has been more appropriate solution to the battery capacity, battery life, battery charging technology, driving experience and other related issues, and in niche markets

5、 have begun to part of the operation, a large scale marketing reach. however, as the owner concerned, pure electric vehicles is already in line with the needs of their everyday use, the relevant supporting facilities and after-sales service support for electric vehicles of their choice is an importa

6、nt reference of one of the most important solution is to charge to be reasonable, and good operation, which is recognized by the market of electric vehicles and one of the key to large-scale application.keywords: environmental pollution; clean energy; electric vehicles 目 錄1 緒論11.1 電動汽車發(fā)展的必然性11.2 我國發(fā)

7、展電動汽車業(yè)的優(yōu)勢21.3 當(dāng)前制約電動汽車發(fā)展的主要障礙21.4 電動汽車充電站將成為電動汽車產(chǎn)業(yè)賴以發(fā)展的配套設(shè)施32 電動汽車充電裝置結(jié)構(gòu)的分析32.1 電動汽車充電站主要系統(tǒng)分類32.2 電動汽車充電方式分類32.3 電動汽車充電機(jī)的分類和適配電池類型42.3.1 直流充電機(jī)42.3.2 交流充電機(jī)42.3.3 充電機(jī)適應(yīng)電池類型43 電動汽車充電站電源輸入系統(tǒng)43.1 電動汽車充電站電源輸入流程圖44 電動汽車充電站雙電源切換開關(guān)的設(shè)計(jì)54.1 電動汽車充電站雙電源切換開關(guān)的選擇54.2 plc可控雙電源開關(guān)的設(shè)計(jì)64.2.1 plc可控雙電源開關(guān)總體結(jié)構(gòu)圖64.2.2 plc可控雙

8、電源開關(guān)結(jié)構(gòu)圖分析64.2.3 電氣控制過程分析74.3 plc型號的選擇94.4 特殊功能模塊的選擇104.4.1 技術(shù)參數(shù)104.4.2 fx2n-4a/d模塊的接線方式114.4.3 緩沖寄存器及設(shè)置124.4.4 i/o口設(shè)計(jì)134.4.5 系統(tǒng)外部連線電路設(shè)計(jì)145 電動汽車充電網(wǎng)站雙電源切換開關(guān)控制軟件的設(shè)計(jì)145.1 plc控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要步驟145.2 流程圖設(shè)計(jì)155.3 梯形圖設(shè)計(jì)165.4 plc程序語句表176 結(jié)束語18致謝18參考文獻(xiàn)191 緒論電動汽車充電站是指為電動汽車充電的站點(diǎn)，與現(xiàn)在的加油站相似。隨著低碳經(jīng)濟(jì)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主旋律，電動汽車作為新能源戰(zhàn)

9、略和智能電網(wǎng)的重要組成部分，以及國務(wù)院確定的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，必將成為今后中國汽車工業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。然而，電動汽車產(chǎn)業(yè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，電動汽車充電站則是主要環(huán)節(jié)之一，必須與電動汽車其他領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)共同協(xié)調(diào)發(fā)展。1.1 電動汽車發(fā)展的必然性近年來中國汽車工業(yè)發(fā)展迅速，汽車的產(chǎn)量、銷售量在逐年增加，2008年全球汽車產(chǎn)量6922萬輛，其中乘用車4992萬輛，中國汽車產(chǎn)量達(dá)719萬輛，其中乘用車523萬輛，產(chǎn)量首次超過德國位居世界第三，僅次于日本和美國;2009年全球汽車產(chǎn)量7326萬輛，其中乘用車5320萬輛，中國汽車產(chǎn)量888萬輛，其中乘用車638萬輛;2010年全球汽車產(chǎn)量7052萬輛，

10、其中乘用車5263萬輛;中國汽車產(chǎn)量934萬輛，其中乘用車673萬輛。2011年隨著通用汽車的破產(chǎn)和重組，汽車世界面臨著更大的挑戰(zhàn)，在未來幾年里，中國汽車工業(yè)也同樣將面臨更大的挑戰(zhàn)。汽車工業(yè)飛速發(fā)展的同時(shí)，對石油資源的需求量也越來越大，據(jù)估算，目前汽車所消耗的石油約占到全球石油年產(chǎn)量的一半。2010年中國國內(nèi)生產(chǎn)原油18972.8萬噸，同比增長2.3%，而原油凈進(jìn)口量達(dá)20067萬噸，同比增長9.5%，石油凈進(jìn)口量在國內(nèi)油品消費(fèi)量中所占比例己升至接近52%。世界汽車保有量每年數(shù)以千萬輛的速度增長，地球上現(xiàn)已探明的石油儲量將在50年內(nèi)消耗殆盡;石油將是制約汽車工業(yè)發(fā)展的瓶頸。與此同時(shí)，內(nèi)燃機(jī)燃燒

11、所產(chǎn)生的有毒、有害氣體也對大氣環(huán)境造成了破壞。我國一些大中型城市，車輛眾多，道路擁擠，造成發(fā)動機(jī)長時(shí)間工作在怠速工況，其排放有毒有害氣體增多，嚴(yán)重污染大氣。盡管目前在內(nèi)燃機(jī)上己經(jīng)廣泛采用的燃油噴射、點(diǎn)火正時(shí)、怠速穩(wěn)定、廢氣再循環(huán)等電子控制技術(shù)在一定程度上提高和改善了內(nèi)燃機(jī)的性能，使得整車排放和油耗有所降低，有毒有害氣體排放量減少，但仍未能從根本上解決問題。在這種情況下，尋找替代能源，發(fā)展新型動力汽車就成為維持汽車工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。有限的石油資源以及日益惡化的環(huán)境等問題，迫使汽車工業(yè)必須尋求更加節(jié)能的新能源汽車，以減少對石油的依靠和對環(huán)境的污染，保證汽車工業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展。研發(fā)新能源汽車成

12、為當(dāng)今社會的熱點(diǎn)。新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源，綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進(jìn)技術(shù)，形成技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車包括混合動力電動汽車、純電動汽車、燃料電池電動汽車、氫發(fā)動機(jī)汽車以及其他新能源汽車等。新能源汽車主要是指廣泛意義上的電動汽車，研究的熱點(diǎn)主要有混合動力電動汽車、燃料電池汽車和純電動汽車等。純電動汽車在新能源汽車中，具有高效、節(jié)能、低噪聲、零排放等顯著優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保和節(jié)能方面有不可比擬的優(yōu)勢，是汽車發(fā)展的重要方向。國家已于2009年7月1日正式實(shí)施新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則，該規(guī)則的實(shí)施將極大促進(jìn)新能源汽車的發(fā)展，電動汽車的發(fā)展必

13、將迎來一個(gè)新時(shí)期。電動汽車作為目前新能源汽車的主要發(fā)展方向之一，已受到世界各國政府及學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。1.2 我國發(fā)展電動汽車業(yè)的優(yōu)勢（1）技術(shù)優(yōu)勢決定電動汽車產(chǎn)業(yè)成熟度的關(guān)鍵因素是動力電池技術(shù)，目前中國企業(yè)在電池技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，已經(jīng)成為世界最大的車用動力電池供應(yīng)國。特別是深圳比亞迪、深圳雷天、天津力神等專業(yè)電池生產(chǎn)廠家，在電池方面已積累了大量的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)開發(fā)出安全、穩(wěn)定、容量大、壽命長的動力電池，并實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)。雷天公司的鋰電池已對歐美批量出口，天津力神的動力電池已裝在國產(chǎn)電動汽車上向美國出口，而比亞迪開發(fā)出的鋰鐵電池在技術(shù)和成本上已經(jīng)領(lǐng)先于日本和美國的公司。（2）成本優(yōu)勢電動

14、汽車不僅是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，也是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，我國的勞動力成本明顯低于發(fā)達(dá)國家，使我國汽車企業(yè)的生產(chǎn)成本具有比較優(yōu)勢。比亞迪首款插入式混合動力汽車f3dm車型在國內(nèi)的售價(jià)約為15萬元，僅是豐田混合動力車主力車型普銳斯在中國售價(jià)的一半。（3）資源優(yōu)勢除傳統(tǒng)的鋼鐵、有色金屬以外，生產(chǎn)電動汽車所消耗的最重要資源的是生產(chǎn)電池的原料料鋰和生產(chǎn)電機(jī)的原材料稀土。我國是世界鋰資源第三大國，而稀土資源更占世界總儲量的一半。（4）市場優(yōu)勢中國擁有全球最大、增長速度最快的汽車市場，2009年我國汽車產(chǎn)量接近1400萬輛，并且未來還將保持年均10%以上的增長速度。中國汽車市場為電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的空間。1

15、.3 當(dāng)前制約電動汽車發(fā)展的主要障礙盡管電動汽車在技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化培育方面發(fā)展十分迅速，以電力汽車作為傳統(tǒng)汽車的替代方案也基本上沒有異議，但是目前電動汽車在產(chǎn)業(yè)化方面還存在一些不可忽視的障礙。（1）電池技術(shù)需要進(jìn)一步發(fā)展。（2）產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需的初始規(guī)模還未形成。（3）配套充電設(shè)施建設(shè)滯后。（4）國家對產(chǎn)業(yè)的組織協(xié)調(diào)力度不夠，標(biāo)準(zhǔn)缺乏。1.4 電動汽車充電站將成為電動汽車產(chǎn)業(yè)賴以發(fā)展的配套設(shè)施在技術(shù)和價(jià)格的堅(jiān)冰逐步消融的過程中，最后一項(xiàng)制約電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素便是配套充電設(shè)施的建設(shè)。從電動汽車的結(jié)構(gòu)來看，主要包括電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)、驅(qū)動力傳動等機(jī)械系統(tǒng)、完成既定任務(wù)的工作裝置等，其中電力驅(qū)動及控

16、制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。不論是插電混合動力汽車還是純電動汽車，都離不開充電站的支持。日前純電動車的續(xù)航里程一般都在300公單以下，可插電混合動力因?yàn)槟苁褂檬剂?，續(xù)航里程會更大一些。兩種形式的車型一般都支持允電站的快充模式和使用家庭電源的慢充模式。如果只是在城市里上下班使用，而且擁有自己的專屬車庫，采用慢充模式也完全能夠滿足需求。但如果要進(jìn)行遠(yuǎn)距離的長途旅行或者沒有專屬的車庫停放車輛，對于日前基于蓄電池供應(yīng)能量的電動汽車而言，充電站則是唯一的選擇。2 電動汽車充電裝置結(jié)構(gòu)的分析2.1 電動汽車充電站主要系統(tǒng)分類電動汽車充電站光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電動汽車充電站電源整流

17、系統(tǒng)電動汽車充電站濾波系統(tǒng)電動汽車充電站電源輸入系統(tǒng)電動汽車充電站電能計(jì)費(fèi)系統(tǒng)電動汽車充電站單片機(jī)控制系統(tǒng)電動汽車充電站控制系統(tǒng)2.2 電動汽車充電方式分類根據(jù)國內(nèi)電動車充電站的建設(shè)情況，充電站的運(yùn)營模式基本上可以分為“整車充電”與“電池更換”兩種模式。整車充電模式是目前國家研究試驗(yàn)的重點(diǎn)，這種模式把電池與車輛作為一個(gè)整體來考慮，其規(guī)模化發(fā)展的關(guān)鍵是能夠研制生產(chǎn)出“容量大、成本低、充電快、壽命長”的電池產(chǎn)品，在便捷性上滿足用戶的需求，具體又包括常規(guī)充電和快速充電兩種類型。電池更換模式是通過換電站給汽車更換電池的方法代替漫長的充電過程。一輛汽車需要配備兩塊電池，當(dāng)一塊電池用完后自動切換到另一塊，

18、此時(shí)可到換電站將用完的電池?fù)Q下，裝上滿電的電池。而換下的電池由電站統(tǒng)一充電和維護(hù)，前提是充電站要有相當(dāng)數(shù)量的備用電池。這個(gè)方法優(yōu)點(diǎn)是快速，用戶換完電池就可以上路，比加油都快。但由于每個(gè)廠家出產(chǎn)的電動汽車的電池規(guī)格不同，這個(gè)方法想要普及會非常困難。2.3 電動汽車充電機(jī)的分類和適配電池類型2.3.1 直流充電機(jī)直流充電機(jī)：指采用直流充電模式為電動汽車動力蓄電池總成進(jìn)行充電的充電機(jī)。直流充電模式是以充電機(jī)輸出的可控直流電源直接對動力蓄電池總成進(jìn)行充電的模式。2.3.2 交流充電機(jī)交流充電機(jī)：指采用交流充電模式為電動汽車動力蓄電池總成進(jìn)行充電的充電機(jī)。交流充電模式是以三相或單相交流電源向電動汽車提供

19、充電電源的模式。交流充電模式的特征是：充電機(jī)為車載系統(tǒng)。2.3.3 充電機(jī)適應(yīng)電池類型充電機(jī)適應(yīng)電池類型：充電機(jī)至少能為以下三種類型動力蓄電池中的一種充電：鋰離子蓄電池、鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池。3 電動汽車充電站電源輸入系統(tǒng)電動汽車充電站電源輸入系統(tǒng)是電動汽車充電站的主要系統(tǒng)之一。電源輸入的來源有電網(wǎng)電纜輸電和光電轉(zhuǎn)換裝置輸電。分別為電網(wǎng)電力輸入系統(tǒng)和光電輸入系統(tǒng)。3.1 電動汽車充電站電源輸入流程圖電動汽車充電站電源輸入流程如圖1所示，分析如下。（1）在正常情況下，電網(wǎng)電力輸入系統(tǒng)和光電輸入系統(tǒng)互相獨(dú)立。電纜輸電通過變壓器變壓和諧波的處理為交流充電樁輸電，變壓后通過整流和濾波為直流充電樁輸電

20、。光電轉(zhuǎn)換裝置則是將電力通過處理在蓄電池里儲存為直流充電樁輸電，蓄電池的電力經(jīng)過逆變，為交流充電樁輸電。（2）在電網(wǎng)電力停電的情況下，電纜無法輸送電力，出于為客戶的考慮，充電不能停止。這時(shí)，需要通過自動切換開關(guān)將光電輸入系統(tǒng)的電力及時(shí)的輸送至電網(wǎng)電力充電系統(tǒng)中。由上述分析可知，電源輸入系統(tǒng)的重點(diǎn)關(guān)鍵在于電網(wǎng)電力輸入系統(tǒng)和光電輸入系統(tǒng)之間的自動切換。電網(wǎng)電力直流充電樁整流,濾波逆變?yōu)V波蓄電池濾波交流充電樁光電裝換裝置直流充電樁整流,濾波變壓器自動切換開關(guān)交流充電樁變壓器圖1 電源輸入流程圖4 電動汽車充電站雙電源切換開關(guān)的設(shè)計(jì)4.1 電動汽車充電站雙電源切換開關(guān)的選擇雙電源切換控制主要用于三相交

21、流供配電控制。這類電源切換控制多數(shù)采用繼電器邏輯控制電路實(shí)現(xiàn)，其特點(diǎn)是：其輸入有兩路供電電源 a和b對負(fù)載供電。正常工作時(shí)，電源a對負(fù)載供電，電源b作為備用電源；當(dāng)電源a發(fā)生故障時(shí)，控制系統(tǒng)能快速切斷故障電源a，使備用電源b接通。由此存在的問題如下。（1）無缺相保護(hù)功能。當(dāng)發(fā)生任一相或兩相缺相時(shí)，由于控制系統(tǒng)沒有缺相檢測和保護(hù)切換措施，造成缺相的故障電源不能切斷，正常供電電源不能及時(shí)投入，又沒有相應(yīng)的信號提示，這樣會導(dǎo)致負(fù)載長時(shí)間缺相運(yùn)行，造成嚴(yán)重后果。（2）故障電源恢復(fù)正常時(shí)，系統(tǒng)不能自動進(jìn)行反切換，要靠人工操作反切換到正常工作狀態(tài)。（3）由于采用繼電器邏輯控制電路實(shí)現(xiàn)，器件和電路的故障率高

22、。采用plc控制時(shí)，其缺相保護(hù)主要采取的技術(shù)方案是：設(shè)置有三相缺相檢測信號回路，該三相缺相檢測信號回路直接取自于三相電源的主回路，即用中間繼電器分別接于電源主回路a和b的u相、v相和w相單相回路中，中間繼電器常開觸點(diǎn)分別作為plc的輸入信號，即作為編制plc的a和b三相缺相檢測邏輯控制程序時(shí)的輸入條件。其次，利用plc的特殊功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)對電源電壓的精確的檢測，從而又可以實(shí)現(xiàn)對電源的欠壓和過壓檢測。4.2 plc可控雙電源開關(guān)的設(shè)計(jì)4.2.1 plc可控雙電源開關(guān)總體結(jié)構(gòu)圖在基于的雙電源開關(guān)的過程中，必須只能有一個(gè)電源與負(fù)載接通，且在一路電源故障時(shí)要實(shí)現(xiàn)自動切換。那么根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可設(shè)計(jì)p

23、lc可控雙電源開關(guān)總體結(jié)構(gòu)方案如圖2所示。電網(wǎng)電源aa故障則ba無缺相則輸入fx2n-4a/d過壓與欠壓檢測plc缺相檢測光電轉(zhuǎn)換電源bb無缺相則輸入負(fù)載圖2 plc可控雙電源開關(guān)總體結(jié)構(gòu)圖4.2.2 plc可控雙電源開關(guān)結(jié)構(gòu)圖分析在plc可控雙電源開關(guān)總體結(jié)構(gòu)圖中，a為主電源，b為備用電源，分別與plc連接，作為plc輸入檢測信號。首先進(jìn)行主電源a的輸入檢測，當(dāng)plc檢測a無任意相缺相時(shí)，相應(yīng)的邏輯開關(guān)會閉合，使fx2n-4a/d接受經(jīng)過plc基本單元檢測后傳過來的無缺相的電壓信號，則隨后進(jìn)行a電源的三相回路欠壓檢測，如果此時(shí)主電源a良好的話，相應(yīng)的狀態(tài)指示燈會亮，說明此刻主電源狀態(tài)良好，同

24、時(shí)主電源與負(fù)載接通。在主電源a出現(xiàn)故障后（即主電源a出現(xiàn)缺相或者欠壓時(shí)），此時(shí)會使備用電源b啟動，同時(shí)主電源會自動斷開。備用電源b啟動后，同樣要進(jìn)行三相回路的缺相檢測和欠壓檢測，檢測過程同a。檢測無故障后，隨即實(shí)現(xiàn)備用電源與負(fù)載的接通。4.2.3 電氣控制過程分析根據(jù)總體方案框圖，主電路檢測電路如圖3所示，備用電源檢測電路如圖4所示，電源欠壓檢測如圖5所示。圖3的電氣控制過程圖中，ka1，ka2，ka3分別作為主電源a的三相檢測（如圖3所示），有且當(dāng)ka1，ka2，ka3線圈同時(shí)得電時(shí)（即無任意相缺相），才會驅(qū)動km3線圈，使動和觸點(diǎn)km3閉合，從而進(jìn)行a的三相欠壓檢測（如圖5所示）。又當(dāng)三相

25、欠壓檢測后，電壓在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，驅(qū)動ka4，使觸點(diǎn)ka4閉合，此時(shí)主電源狀態(tài)顯示燈hl1亮，說明此時(shí)a電源狀態(tài)良好，同時(shí)驅(qū)動ka5線圈，使動合觸點(diǎn)ka5閉合，允許a電源的投入使用。而后ka5閉合時(shí)，使km1得電，負(fù)載與電源a接通。其次，主電源檢測回路（圖3）中的常閉觸點(diǎn)ka5與備用電源檢測回路（圖4）中的三相檢測回路相連接。目的是，如果主電源a狀態(tài)良好的話，那么常閉觸點(diǎn)ka5會得電斷開，同時(shí)在備用電源檢測回路（圖4）中的三相檢測回路中，也會由于ka5的作用，不會進(jìn)行備用電源的輸入檢測，避免備用電源的誤動，從而實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的連鎖保護(hù)作用。圖3 主電源檢測回路圖4所示的是備用電源檢測回路，ka6，

26、ka7，ka8分別作為備用電源b的三相檢測，有且當(dāng)ka6，ka7，ka8線圈同時(shí)得電時(shí)（即無任意相缺相），才會驅(qū)動km4線圈，使動合觸點(diǎn)km4閉合，從而進(jìn)行備用電源b的三相欠壓檢測（如圖5所示）。又當(dāng)三相欠壓檢測模塊fx2n-4a/d檢測到電壓在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，驅(qū)動ka9,使觸點(diǎn)ka9閉合，此時(shí)備用電源b狀態(tài)顯示燈hl2亮，說明此時(shí)b電源狀態(tài)良好，同時(shí)驅(qū)動ka10線圈，使觸點(diǎn)動合ka10閉合，允許b電源的投入使用。圖4 備用電源檢測回路圖5 電源欠壓檢測回路4.3 plc型號的選擇目前，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 plc 產(chǎn)品，所以要全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用

27、的目的。一般選擇機(jī)型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不可盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可從以下幾個(gè)方面來考慮： （1）對輸入/輸出點(diǎn)的選擇 盲目選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會造成一定浪費(fèi)。 要先弄清除控制系統(tǒng)的i/o總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的1520 留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需plc的點(diǎn)數(shù)。 另外要注意，一些高密度輸入點(diǎn)的模塊對同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)有限制，一般同時(shí)接通的輸入點(diǎn)不得超過總輸入點(diǎn)的 60；plc 每個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動能力也是有限的，有的plc其每點(diǎn)輸出電流的大小還隨所加負(fù)載電壓的不同而異；一般plc的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時(shí)要考慮這

28、些問題。 plc的輸出點(diǎn)可分為共點(diǎn)式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點(diǎn)之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種plc平均每點(diǎn)的價(jià)格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的plc 。 （2）對存儲容量的選擇 對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點(diǎn)數(shù)乘10字/點(diǎn)輸出總點(diǎn)數(shù)乘5字/點(diǎn)來估算；計(jì)數(shù)器/定時(shí)器按（35）字/個(gè)估算；有運(yùn)算處理時(shí)按（510）字/量估算；在有模擬量輸入/輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入/（或輸出）一路模擬量約需（80100）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時(shí)按每個(gè)接口200字以上的數(shù)量粗略估算。最后，一般按估算

29、容量的50100留有裕量。在缺乏經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇容量時(shí)留有裕量要大些。 （3）對i/o響應(yīng)時(shí)間的選擇 plc的i/o響應(yīng)時(shí)間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時(shí)間延遲（一般在23個(gè)掃描周期）等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)， plc和i/o響應(yīng)時(shí)間一般都能滿足實(shí)際工程的要求，可不必考慮 i/o響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個(gè)問題。 （4）根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型 不同的負(fù)載對plc的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負(fù)載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的plc有許多優(yōu)點(diǎn)，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價(jià)格相對較便宜，承受

30、瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，其負(fù)載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型的plc。 （5）對在線和離線編程的選擇 離線編程示指主機(jī)和編程器共用一個(gè)cpu，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇plc的編程、監(jiān)控和運(yùn)行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時(shí)，cpu只為編程器服務(wù)，而不對現(xiàn)場進(jìn)行控制。專用編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機(jī)和編程器各有一個(gè)cpu，主機(jī)的cpu完成對現(xiàn)場的控制，在每一個(gè)掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機(jī)，在下一個(gè)掃描周期主機(jī)將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)輔助編程既能實(shí)現(xiàn)離線編程，也能實(shí)現(xiàn)在線編程。在線編程需購

31、置計(jì)算機(jī)，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。 （6）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型 若plc控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，則plc需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求plc應(yīng)具有連接其他plc、上位計(jì)算機(jī)及crt等的接口。大、中型機(jī)都有通信功能，目前大部分小型機(jī)也具有通信功能。 （7）對plc結(jié)構(gòu)形式的選擇 在相同功能和相同i/o點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價(jià)格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點(diǎn)，要按實(shí)際需要選擇plc的結(jié)構(gòu)形式。 由以上幾個(gè)基本原則和對圖3、圖4、圖5的分析可知作為輸入信號的觸點(diǎn)有ka1、ka2、ka3、ka6、ka7、ka8共六個(gè)觸點(diǎn)，作為輸

32、出信號的有ka4、ka10、km1、km2、km3、km4共六個(gè)觸點(diǎn)，所以可選用fx2n-16mr基本單元，輸入和輸出點(diǎn)數(shù)分別為8個(gè)。4.4 特殊功能模塊的選擇4.4.1 技術(shù)參數(shù)因?yàn)橐獙θ嚯娫吹娜€檢測，所以選用帶4點(diǎn)模擬量輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換特殊功能模塊fx2n-4a/d。fx2n-4a/d為12位高精度模擬量輸入模塊，具有4輸入a/d轉(zhuǎn)換通道，輸入信號類型可以是電壓（-10+10v）、電流（-20+20ma）和電流（+4+20ma），每個(gè)通道都可以獨(dú)立地指定為電壓輸入或電流輸入。且fx2n系列可編程控制器最多可連接8臺fx2n-4a/d。fx2n-4a/d模擬量輸入模塊是fx2n系列plc專

33、用的模擬量輸入模塊。該模塊的4個(gè)輸入通道，通過輸入端子變換，可以任意選擇電壓或電流輸入狀態(tài)。輸入?yún)?shù)為：電壓輸入時(shí)，輸入信號為dc-10 v+10 v，輸入阻抗為200 k，分辨率為5 mv；電流輸入時(shí)，輸入信號為dc-20 ma+20 ma，輸入阻抗為250 ，分辨率為20 a。fx2n-4a/d將接收的模擬信號轉(zhuǎn)換成12位二進(jìn)制的數(shù)字量，并以補(bǔ)碼的形式存于16位數(shù)據(jù)寄存器中，數(shù)值為-2048+2047，傳輸速率15 ms/kbit，綜合精度為量程的1%。fx2n-4a/d的工作電壓為dc 24 v，模擬量與數(shù)字量之間采用光電隔離技術(shù)，但各通道之間沒有隔離。它消耗plc主單元或有源擴(kuò)展單元5

34、 v電源槽30 ma的電流。它占用基本單元的8個(gè)映像表，即軟件上占8個(gè)i/o點(diǎn)數(shù)，在計(jì)算plc的i/o時(shí)，可以將這8個(gè)點(diǎn)作為plc的輸入點(diǎn)來計(jì)算。fx2n-4a/d模塊內(nèi)部有一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器，它由32個(gè)16位的寄存器組成，其內(nèi)容可以通過plc的from和to指令來讀出或?qū)懭搿?.4.2 fx2n-4a/d模塊的接線方式fx2n-4a/d模塊的接線方式如圖6所示。圖6 fx2n-4a/d模塊的接線方式模擬量輸入通過雙絞屏蔽電纜來接收，電纜應(yīng)遠(yuǎn)離電源線或其他可能產(chǎn)生電氣干擾的電線，如圖6中；如果電壓輸入有電壓波動，或外部接線中有電氣干擾，可以接一個(gè)平滑電容器（0.10.47f，25v），如圖6中

35、;如果使用電流輸入，將v+和v-短接，如圖6中；如果存在過多的電氣干擾，連接fg的外殼地端和fx2n-4a/d模塊的接地端，如圖6中；連接fx2n-4a/d模塊的接地端與主單元的接地端，在可行的情況下使用三級接地，如圖6中。4.4.3 緩沖寄存器及設(shè)置模擬量輸入輸入模塊fx2n-4a/d的緩沖寄存器bfm，是特殊功能模塊工作設(shè)定與主機(jī)通訊用的數(shù)據(jù)中介單元，from/to指令讀和寫操作目標(biāo)。fx2n-4a/d的緩沖寄存器區(qū)由32個(gè)16位的寄存器組成，編號為bfm#0#31。具體分配如表1。表1 fx2n-4a/d模塊bfm分配表bfm內(nèi)容*#0初始化通道*#1ch1平均值采樣次數(shù)（取值范圍140

36、96）默認(rèn)值為8*#2ch2*#3ch3*#4ch4#5ch1分別存放4個(gè)通道的平均值#6ch2#7ch3#8ch4#9ch1分別存放4個(gè)通道的當(dāng)前值#10ch2#11ch3#12ch4#13#14#16#19保留#15a/d轉(zhuǎn)換速度的設(shè)置當(dāng)設(shè)置為0時(shí)，a/d轉(zhuǎn)換速度為15ms/ch當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，a/d轉(zhuǎn)換速度為6ms/ch#20恢復(fù)到默認(rèn)值或調(diào)整值#21禁止零點(diǎn)合增益調(diào)整#22零點(diǎn)和增益調(diào)整#23零點(diǎn)值#24增益值#25#28保留#29出錯信息#30識別碼k2010#31不能使用在bfm#0號中寫入十六進(jìn)制四位數(shù)字h0000使各通道初始化，最低位數(shù)字控制通道ch1，最高位數(shù)字控制ch4。h0

37、00中每位數(shù)值表示的含義如下：位（bit）=0 :設(shè)定輸入范圍-10+10v位（bit）=1 :設(shè)定輸入范圍+4+20ma位（bit）=2 :設(shè)定輸入范圍-20+20ma位（bit）=3 :關(guān)閉該通道bfm#21的b0、b1分別置為1、0，則增益和零點(diǎn)的設(shè)定值禁止改動。要改動時(shí)必須設(shè)置為0、1。缺省設(shè)定為0、1。4.4.4 i/o口設(shè)計(jì)對圖3、圖4、圖5的分析可知作為輸入信號的觸點(diǎn)有ka1、ka2、ka3、ka6、ka7、ka8共六個(gè)觸點(diǎn)，作為輸出信號的有ka4、ka10、km1、km2、km3、km4共六個(gè)觸點(diǎn)，所以i/o口得分配可如表2。表2 i/o口地址表地址元件注釋x0ka1主電源u1

38、相輸入檢測x1ka2主電源v1相輸入檢測x2ka3主電源w1相輸入檢測x3ka6備用電源u2相輸入檢測x4ka7備用電源v2相輸入檢測x5ka8備用電源w2相輸入檢測y0km3主電源a欠壓與過壓檢測y1ka5主電源a工作正常y2km1主電源a投入工作y3km4備用電源b欠壓與過壓檢測y4ka10備用電源b工作正常y5km2備用電源b投入工作控制 (工作)狀態(tài)說明：正常工作時(shí)，對于a電源，成立的條件是，三相任意相無缺相現(xiàn)象，同時(shí)電壓的范圍在指定的工作電壓范圍之內(nèi)，此時(shí)狀態(tài)指示燈hl1亮，在此情況下，即使電源b狀態(tài)良好，也會因?yàn)閎電源控制回路中常閉觸點(diǎn)ka5的作用使b電源不會投入使用。又如果a電源

39、出現(xiàn)故障的話，在a電源控制回路的ka5不會得電，那么連接在b控制回路的常閉觸點(diǎn)ka5不會動作，使b投入使用。此后，如果a電源恢復(fù)正常的話，a電源控制回路ka5得電，使電源b斷開，如此循環(huán)。4.4.5 系統(tǒng)外部連線電路設(shè)計(jì)作為輸入信號的ka1、ka2、ka3、ka6、ka7、ka8分別接在plc的x0x6，作為輸出信號的ka4、ka10、km1、km2、km3、km4分別接在plc的y0y6，對應(yīng)的接線如圖7所示。fx2n-4a/d在接受外部電路經(jīng)降壓和整流的電壓信號后，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號傳送到plc中，plc在經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)字處理以實(shí)現(xiàn)電源的過壓與欠壓的檢測。圖7 plc外部連線圖5 電動汽車

40、充電網(wǎng)站雙電源切換開關(guān)控制軟件的設(shè)計(jì)5.1 plc控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要步驟plc控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)步驟主要主要可以分為五個(gè)步驟，分別為：（1）對于較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)流程圖，用以清楚地表明動作的順序和條件。對于簡單的控制系統(tǒng)可省去這一步。（2）設(shè)計(jì)梯形圖。這是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。要設(shè)計(jì)好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時(shí)還要有一定得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。（3）根據(jù)梯形圖編制語句表程序清單。（4）用程序編程器鍵入到plc得用戶存儲器中，并檢查鍵入的程序是否正確。（5）對程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。5.2 流程圖設(shè)計(jì)電源輸入系統(tǒng)中雙電源切換開關(guān)plc控制系統(tǒng)程序流程圖設(shè)計(jì)如圖8所示。pl

41、c初始化無缺相a欠壓檢測判斷電源a輸出是否缺相電源b缺相檢測判斷a是否欠壓判斷a是否欠壓無欠壓有欠壓有缺相無欠壓與負(fù)載接通無缺相欠壓檢測圖8 plc控制系統(tǒng)程序流程圖主電源檢測過程：plc初始化判斷主電源a輸入是否缺相無缺相則進(jìn)行主電源a的過壓與欠壓檢測主電源狀態(tài)良好主電源投入使用與負(fù)載接通。備用電源的檢測過程：a有缺相或有過壓與欠壓現(xiàn)象時(shí)，進(jìn)行備用電源b的缺相檢測進(jìn)行備用電源b的過壓與欠壓檢測備用電源狀態(tài)良好備用電源投入使用，與負(fù)載接通。5.3 梯形圖設(shè)計(jì)電源輸入系統(tǒng)中雙電源切換開關(guān)plc控制系統(tǒng)程序梯形圖設(shè)計(jì)如圖9所示。圖9 plc控制系統(tǒng)程序梯形圖三相缺相檢測采樣信號回路中，作為u1和u

42、2的三相缺相檢測的開關(guān)量采樣信號的ka1-ka3和 ka6-ka8，其常開觸點(diǎn)分別作用于plc的輸入端的 xo-x2、x3-x5。在plc梯形圖程序中，輔助繼電器y0作為三相電源u1的三相缺相檢測，其接通條件為常開輸入xo、x1和x2的“與”邏輯 ；同理，內(nèi)部中間繼電器 y3作為三相電源u2的三相缺相檢測，其接通條件為常開輸入x3、x4和x5的“與”邏輯。5.4 plc程序語句表ld x0and x1and x2out y0ld y0to k0 k0 h3000 k1from k0 k5 d0 k2cmp k1500 d0 m0cmp k1500 d1 m3cmp k1500 d2 m6ld m0and m3and m6out y1ld y1out y2ld x3and x4an