工業(yè)企業(yè)供電期末論文-通過PLC實現(xiàn)電流保護

1、通過PLC實現(xiàn)電流保護一、研究背景、現(xiàn)狀和意義隨著工業(yè)技術的發(fā)展，用電量也逐步提升，但由于產(chǎn)品選型、安裝接線、產(chǎn)品質(zhì)量方面的原因，用電客戶認識上的差異，還不能最大限度防止觸電事故的發(fā)生，因此，為了避免不必要的事故的發(fā)生和盡量減少國民經(jīng)濟損失，采取一定的電網(wǎng)電流保護措施還是十分必要的。（一）電流保護的概述輸電線路發(fā)生短路時，電流突然增大，電壓減低。利用電流突然增大使保護動作而構成的保護，稱為電流保護。而當電流流過某一預定值時，反應于電流升高而動作的保護裝置叫過電流保護。過電流保護一般分為定時限與反時限過流保護，電流速斷保護，中性點不接地系統(tǒng)的單相接地保護。瞬時電流速斷保護它是反映電流升高，不帶時

2、限動作的一種電流保護。由于瞬時電流速斷保護不能保護線路的全長，因此可增加一段帶時限的電流速段保護。如果瞬時電流速斷保護拒保，由時限的電流速段保護動作切除故障。定時限過電流保護是指保護裝置的動作時間不隨短路電流的大小而變化的保護。由瞬時電流速斷保護、時限的電流速段保護和定時限過電流保護都是反應電流增大而動作的保護，它們相互配合構成一整套保護，稱做三段式電流保護。三段的區(qū)別主要在于起動電流的選擇原則不同。其中速斷和限時速斷保護是按照躲開某一點的最大短路電流來整定的，而過電流保護是按照躲開最大負荷電流來整定的。1電流保護的原理：三段式電流保護一般由瞬時電流速斷保護、帶時限電流速斷保護和定時限過電流保

3、護相互配合構成整套保護。是利用不同過電流值下，設置不同的延時動作時間來規(guī)避工作尖峰電流和使發(fā)生短路故障時，只有事故點最近的斷路器動作以減少斷電的影響范圍。其中一、二段聯(lián)合作為線路的主保護，三段作為本線路的近后備和相鄰線路的遠后備保護。在有些情況下，可以只裝兩段甚至一段。在三段式電流保護中，電流速斷保護的選擇性是靠動作電流來實現(xiàn)的；限時電流速斷保護和過電流保護則是靠動作電流和動作時限來實現(xiàn)的。它們在35kV及以下的單側電源輻射形電網(wǎng)中具有明顯的選擇性，但在多電源網(wǎng)絡或單電源環(huán)網(wǎng)中，則只有在某些特殊情況下才能滿足選擇性要求。過電流保護因按最大負荷電流整定，靈敏性一般能滿足要求，但在長距離重負荷線路

4、上，由于負荷電流幾乎與短路電流相當，則往往難以滿足要求。受系統(tǒng)運行方式影響大、靈敏性差是三段式電流保護的主要缺點。2電流保護的配合：各級過電流保護裝置中的時間繼電器的延時時限是按階梯原則整定的。根據(jù)保護動作選擇性要求，一般應該由距離故障點最近的保護裝置動作使斷路器跳閘，所以保護裝置故障點的時間繼電器的整定值應比上一級的保護裝置的時間繼電器的整定值小，同理就能推出上一級保護裝置中的時間繼電器的整定值又比更上一級的整定值小3。（二）PLC作用而傳統(tǒng)保護方式是用繼電器，在傳統(tǒng)的老設備控制系統(tǒng)中 ,要完成一項控制任務是由導線將電氣元件連接起來 ,通過中間環(huán)節(jié)(繼電器控制線路) 來實現(xiàn)的 ,這樣的系統(tǒng)我

5、們稱之為 “ 繼電器控制系統(tǒng)” 4。隨著電氣設備日新月異的發(fā)展 ,尤其是電子計算機的迅速發(fā)展 ,工業(yè)生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)中所有設備發(fā)生了深刻的變化 ,PLC(可編程序控制器) 就是這種變革中的產(chǎn)物。它是取代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的新型工業(yè)控制系統(tǒng) ,并且有著不可比擬的優(yōu)點。 （）控制功能的實現(xiàn)：繼電器控制系統(tǒng)通過許多繼電器 ,采用硬接線的方式來完成控制功能5。其接線多而復雜 ,體積大、 功耗大 ,系統(tǒng)已經(jīng)確定 ,不易改變或增加其功能。另外 ,繼電器觸點數(shù)目有限 ,每支只有 48 對觸點 ,因此靈活性和擴展性很差6。而 PLC 控制系統(tǒng)采用存儲器邏輯 ,通過編制的程序(軟接線方式)來實現(xiàn)控制功能 ,只

6、需改變存儲在存儲器中程序就能改變其控制邏輯。其接線少、 體積小 ,并且 PLC中每支軟繼電器的觸點數(shù)目在理論上無限制 ,因此其靈活性和擴展性很好。（2）工作方式：當電源接通時 ,繼電器控制線路中各繼電器都處于受約狀態(tài)。而 PLC 控制系統(tǒng)中 ,各繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通之中 ,從宏觀上看 ,每個繼電器受制約接通的時間是短暫的。（3）控制速度：繼電器控制系統(tǒng)依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制 ,工作頻率低 ,觸點的開閉動作一般在幾十毫秒數(shù)量級。另外 ,機械觸點還會出現(xiàn)抖動的問題。而 PLC控制系統(tǒng)由程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制 ,速度極快 ,一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級。并且 ,PL

7、C 內(nèi)部還有嚴格的同步 ,不會出現(xiàn)抖動問題。7（4）限時控制：繼電器控制系統(tǒng)利用時間繼電器的滯后動作進行限時 ,定時精度不高 ,并且有定時時間易受環(huán)境溫度和濕度變化的影響、 高速定時困難等問題。PLC控制系統(tǒng)使用半導體集成電路作定時器 ,時基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生 ,精度相當高 ,并且定時時間不受環(huán)境的影響。用戶可根據(jù)需要在程序中設定定時值 ,然后由軟件和硬件計數(shù)器來控制定時時間。（）計數(shù)及其他特殊功能：PLC控制系統(tǒng)能實現(xiàn)計數(shù)及其他特殊功能 ,而繼電器控制系統(tǒng)則不具備這些功能。（）可靠性和可維護性：繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的機械觸點 ,連線多而復雜 ,觸點開閉時受到電弧的損害 ,并有機械磨損

8、,壽命短 ,可靠性和可維護性很差。而 PLC控制系統(tǒng)采用微電子技術 ,大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成 ,體積小 ,壽命長 ,可靠性很高。并且其內(nèi)部具有自診斷功能 ,易于維護。（）設計和施工：使用繼電器控制系統(tǒng)完成一項控制工程 ,其設計、 施工和調(diào)試必須依次進行 ,周期長 ,且修改困難。而用 PLC控制系統(tǒng)完成一項控制工程 ,在系統(tǒng)設計完成以后 ,現(xiàn)場施工和控制邏輯的設計(包括梯形圖設計) 可以同時進行 ,周期短 ,且調(diào)試、 修改都很方便8目前, 在高壓電網(wǎng)中, 傳統(tǒng)的電網(wǎng)繼電保護將逐漸被微機保護所代替。但對 35kV 及以下的電網(wǎng), 由于其保護設置比較簡單因而也可以不采用微機保護。本

9、文用在控制系統(tǒng)中使用得越來越廣泛的可編程控制器 (PLC) 實現(xiàn)電網(wǎng)的電流保護。它具有簡單經(jīng)濟使用壽命長, 易于整定靈敏度高等優(yōu)點, 可以滿足電網(wǎng)電流保護的基本要求。電力網(wǎng)中用繼電器實現(xiàn)的傳統(tǒng)的電流保護, 經(jīng)過長期運行, 證明無疑是成功的。但它們存在著繼電器數(shù)量多, 接線復雜, 保護盤體積大, 繼電器易磨損, 怕振動等缺點。同樣, 晶體管繼電保護裝置也存在著焊點多, 插件多, 抗干擾能力差, 出口電路可控硅元件質(zhì)量不能保證等缺點。當前可編程控制器 ( PLC) 在工業(yè)控制中得到廣泛應用。可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng), 專為在工業(yè)環(huán)境下而設計的。它具有可靠性高, 抗干擾能力強, 功能

10、完善, 編程簡單, 使用方便, 體積小, 易于擴充等優(yōu)點。因此, 我們用 PLC 代替了傳統(tǒng)的繼電器實現(xiàn)的電網(wǎng)電流保護。9二、設計方案（一）控制方案的設計 開關量方式實現(xiàn)方案 要用 PLC 實現(xiàn)電網(wǎng)的電流保護，須把電網(wǎng)的電流信號用 PLC 輸入節(jié)點狀態(tài)來表征10。如何把表征電網(wǎng)電流大小的信號與 PLC 相連成為解決問題的關鍵所在。圖3 (a) 為 PLC 開關量 輸入方式接口電路，當開關 K 閉合時，CPU 讀取的結果為“1”，反之為“0 ”。圖(b)可以看作是圖3 (a)的等效電路，在圖 3（b）中輸入端可以為邏輯電平信號，當有電平信號輸入時，CPU 讀取的數(shù)據(jù)為“1”， 反之為“0”，這樣

11、就實現(xiàn)了開關量到電平量的轉換，即只要能把電網(wǎng)的電流信號轉換為電平信號便可用PLC 實現(xiàn)電網(wǎng)的過流保護。（a）接口電路 （b）等效電路圖3 開關量、電平量轉換電路連續(xù)變化的電流信號通過整流、轉換為連續(xù)變化的電壓信號，再通過電壓比較器把連續(xù)變化的電壓信號轉化為邏輯電平信號，如圖4 所示。在該電路中，R1為過流對應的基準電壓值，電網(wǎng)電流小于過流的整定值時，Vi1 Vr1 時比較器輸出為“0”之當電網(wǎng)電流大于過流的整定值時比較器輸出為“1”，同理Vr2 為加在第二路電壓比較器上的表征限時速斷對應的基準電壓值，Vr3為加在第三路電壓比較器上的表征速斷對應的基準電壓值。那么PLC的輸入X00 、X01 、

12、X02 三個節(jié)點狀態(tài)表征電網(wǎng)電流的分段大小。圖4 開關式繼電保護硬件原理圖 模擬式系統(tǒng)實現(xiàn)方案 由于小型PLC的I/ O接口只能接收的是開關量。要用 PLC 控制系統(tǒng)實現(xiàn)過流保護也能像微機保護一樣，需要像前述電路,先把描述電網(wǎng)的電流信號經(jīng)過整流轉化為與電流成線性關系的電壓信號。再把該電壓信號接到ADC 電路，經(jīng)過A/ D 轉換為數(shù)字量，并與PLC 相連，如圖5 所示。通過軟件處理將輸入節(jié)點的位信號組合得到一個數(shù)字量。經(jīng) PLC的數(shù)據(jù)處理后送往 PLC 所指定的 HR0 - HRn 單元中，再把這些數(shù)字量轉化為BCD 碼與基準電壓的數(shù)字量單元 CH15 、CH16 、CH17 進行比較這三個數(shù)據(jù)

13、存儲單元分別存放著速斷、限時速斷、過流的整定值所對應的數(shù)字量BCD 碼，便可得到當前線路狀態(tài)。不同的狀態(tài)按照三段保護的原理分別驅動不同的輸出，當輸入量大于CH15 值時，輸出跳閘信號到斷路器的跳閘裝置，并指示，當輸入量大于CHl6 而小于CHl5 時，啟動延時，延時到輸出跳閘信號并顯示，當輸入量大于 CHl17 小于 CH16 時，啟動過流延時，當延時到輸出跳閘命令并顯示。 圖6模擬量與PLC連接原理圖由于PLC 輸出節(jié)點驅動能力有限，于阻性負載為2A，不可能直接驅動跳閘線圈，故用 PLC 輸出的BF大,因而可靠性很高。節(jié)點控制接觸器線圈，并通過接觸器的主觸頭控制跳閘線圈。 其模擬式軟件流程圖

14、如圖7所示開機送速斷值到送限時速斷值到送過流值到讀值（）轉換成碼送到相應單元分別存放，單元送下一條線路的通道地址跳閘跳閘顯示速斷顯示延時速斷啟動定時器延時到？跳閘顯示限時速斷啟動定時器延時到？ 圖7 模擬式軟件流程（二）系統(tǒng)設計方案系統(tǒng)設計方案如圖7所示。硬件系統(tǒng)中前向通道的信號由電流互感器、電壓互感器而來。交流采樣，信號變換回路是把由系統(tǒng)而來的100V、5A交流信號進一步變換至15V，2A左右。濾波器采用典型的0型濾波。在比較回路中輸入整定值，與系統(tǒng)而來的電壓值進行比較。比較回路是具有典型繼電器特性的比較器構成，并且可使系統(tǒng)返回系數(shù)、靈敏系數(shù)均可調(diào)。采用的元件是集成運放比較器。為了使PLC能

15、可靠正確地識別比較器后的階躍信號，還必須通過一接口電路來實現(xiàn)。這就是采用PLC時前向通道的特點。而完成整個保護功能的任務則由PLC來完成。況且PLC采用繼電器輸出時其較大容量的節(jié)點可直接應用于跳閘回路等。在此系統(tǒng)中，再設計一些由單片機構成的微機測量、輸出環(huán)節(jié),并且使PLC與單片機建立起通訊,則可以實現(xiàn)整套保護測量的任務。11三相電流輸入交流采樣信號變換濾波器比較器回路接口電路接點輸出回路零序電壓無壓監(jiān)測跳閘信號 圖8系統(tǒng)整體設計圖同時，在跳閘信號輸出部分由于繼電器輸出模塊的觸點工作電壓范圍寬，導通壓降小，與晶體管型和雙向可控硅型模塊相比，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但是動作速度較慢。系統(tǒng)

16、輸出量變化不是很頻繁時，一般選用繼電器型輸出模塊。PLC輸出模塊內(nèi)的小型繼電器的觸點很小，斷弧能力很差，不能直接用于發(fā)電站的DC220v電路中，必須用PLC驅動外部繼電器，用外部繼電器的觸點驅動DC220v的負載。斷開直流電路要求較大的繼電器觸點，接通同一直流電路可用較小的觸點。選擇外接的繼電器時，應仔細分析是用PLC來控制接通還是斷開外部回路。（三）數(shù)據(jù)處理 A/D轉換器數(shù)模轉換器是將數(shù)字信號轉換為模擬信號的系統(tǒng)，一般用低通濾波即可以實現(xiàn)。數(shù)字信號先進行解碼，即把數(shù)字碼轉換成與之對應的電平，形成階梯狀信號，然后進行低通濾波。12通常的模數(shù)轉換器是將一個輸入電壓信號轉換為一個輸出的數(shù)字信號，于

17、數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉換器都需要一個參考模擬量作為轉換的標準，比較常見的參考標準為最大的可轉換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。模數(shù)轉換器最重要的參數(shù)是轉換的精度，通常用輸出的數(shù)字信號的位數(shù)的多少表示。轉換器能夠準確輸出的數(shù)字信號的位數(shù)越多，表示轉換器能夠分辨輸入信號的能力越強，轉換器的性能也就越好。2. 比較器 比較器是將兩個相差不是很小的電壓進行比較的系統(tǒng)。最簡單的比較器就是運算放大器，其中運算放大器在連有深度負反饋的條件下，會在線性區(qū)工作，有著增益很大的放大特性，在計算時往往認為它放大的倍數(shù)是無窮大。而在沒有反饋的條件

18、下，運算放大器在線性區(qū)的輸入動態(tài)范圍很小，即兩個輸入電壓有一定差距就會使運算放大器達到飽和。如果同相端電壓較大，則輸出最大電壓，一般是+12V；如果反相端電壓較大，則輸出最小電壓，一般是-12V。這樣，就實現(xiàn)了電壓比較功能。真正的電壓比較器還會增加一些外圍輔助電路，加強性能。13 （四）開關量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等；模擬量控制：在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都

19、是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制；運動控制：PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合;過程控制:過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。

20、PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用；數(shù)據(jù)處理：現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)

21、；通信及聯(lián)網(wǎng)：PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。把經(jīng)過與標準量（或參考量）比較處理后的模擬量轉換成以二進制數(shù)值表示的離散信號的轉換器,簡稱ADC或 A/D轉換器。轉換器的輸入量一般為直流電流或電壓，輸出量為二進制數(shù)碼的邏輯電平（5伏和0伏）。例如，將生產(chǎn)過程變量（溫度、壓力、流量、力等）或聲音信號經(jīng)過傳感器變?yōu)槟M量電信號，然后由模數(shù)轉換器變換為適于數(shù)字處理的形式（二進制數(shù)碼），送入計算機、數(shù)字存儲設備、數(shù)據(jù)傳輸設

22、備處理或存儲，或以數(shù)字或圖形方式顯示。 模數(shù)轉換過程包括量化和編碼。量化是將模擬信號量程分成許多離散量級，并確定輸入信號所屬的量級。編碼是對每一量級分配唯一的數(shù)字碼，并確定與輸入信號相對應的代碼。最普通的碼制是二進制，它有2n個量級（n為位數(shù)）,可依次逐個編號。模數(shù)轉換的方法很多，從轉換原理來分可分為直接法和間接法兩大類。 直接法是直接將電壓轉換成數(shù)字量。它用數(shù)模網(wǎng)絡輸出的一套基準電壓，從高位起逐位與被測電壓反復比較，直到二者達到或接近平衡?？刂七壿嬆軐崿F(xiàn)對分搜索的控制，其比較方法如同天平稱重。先使二進位制數(shù)的最高位Dn-11，經(jīng)數(shù)模轉換后得到一個整個量程一半的模擬電壓VS，與輸入電壓Vin相

23、比較，若VinVS,則保留這一位；若VinVS還是VinVs來決定是否保留這一位。經(jīng)過n次比較后，n位寄存器的狀態(tài)即為轉換后的數(shù)據(jù)。這種直接逐位比較型（又稱反饋比較型）轉換器是一種高速的數(shù)模轉換電路，轉換精度很高，但對干擾的抑制能力較差，常用提高數(shù)據(jù)放大器性能的方法來彌補。它在計算機接口電路中用得最普遍。 間接法不將電壓直接轉換成數(shù)字，而是首先轉換成某一中間量，再由中間量轉換成數(shù)字。常用的有電壓-時間間隔(V/T)型和電壓-頻率(V/F)型兩種，其中電壓-時間間隔型中的雙斜率法（又稱雙積分法）用得較為普遍。 模數(shù)轉換器的選用具體取決于輸入電平、輸出形式、控制性質(zhì)以及需要的速度、分辨率和精度。

24、用半導體分立元件制成的模數(shù)轉換器常常采用單元結構，隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，模數(shù)轉換器體積逐漸縮小為一塊模板、一塊集成電路。PLC中無非就是三大量：開關量、模擬量、脈沖量。只在搞清楚三者之間的關系，你就能熟練的掌握PLC了。 a.也稱邏輯量，指僅有兩個取值，0或1、ON或OFF。它是最常用的控制，對它進行控制是PLC的優(yōu)勢，也是PLC最基本的應用。 關量控制的目的是，根據(jù)開關量的當前輸入組合與歷史的輸入順序，使PLC產(chǎn)生相應的開關量輸出，以使系統(tǒng)能按一定的順序工作。所以，有時也稱其為順序控制。 而順序控制又分為手動、半自動或自動。而采用的控制原則有分散、集中與混合控制三種。 b.擬量是指一

25、些連續(xù)變化的物理量，如電壓、電流、壓力、速度、流量等。 PLC是由繼電控制引入微處理技術后發(fā)展而來的，可方便及可靠地用于開關量控制。由于模擬量可轉換成數(shù)字量，數(shù)字量只是多位的開關量，故經(jīng)轉換后的模擬量，PLC也完全可以可靠的進行處理控制。 由于連續(xù)的生產(chǎn)過程常有模擬量，所以模擬量控制有時也稱過程控制。 模擬量多是非電量，而PLC只能處理數(shù)字量、電量。所有要實現(xiàn)它們之間的轉換要有傳感器，把模擬量轉換成數(shù)電量。如果這一電量不是標準的，還要經(jīng)過變送器，把非標準的電量變成標準的電信號，如4-20mA、1-5V、0-10V等等。14 同時還要有模擬量輸入單元（A/D），把這些標準的電信號變換成數(shù)字信號；

26、模擬量輸出單元（D/A），以把PLC處理后的數(shù)字量變換成模擬量-標準的電信號。所以標準電信號、數(shù)字量之間的轉換就要用到各種運算。這就需要搞清楚模擬量單元的分辨率以及標準的電信號。 例如：PLC模擬單元的分辨率是1/32767，對應的標準電量是0-10V，所要檢測的是溫度值0-100。那么0-32767對應0-100的溫度值。然后計算出1所對應的數(shù)字量是327.67。如果想把溫度值精確到0.1，把327.67/10即可。模擬量控制包括：反饋控制、前饋控制、比例控制、模糊控制等。這些都是PLC內(nèi)部數(shù)字量的計算過程。 c.沖量是其取值總是不斷的在0（低電平）和1（高電平）之間交替變化的數(shù)字量。每秒鐘

27、脈沖交替變化的次數(shù)稱為頻率。 PLC脈沖量的控制目的主要是位置控制、運動控制、軌跡控制等。例如：脈沖數(shù)在角度控制中的應用。步進電機驅動器的細分是每圈10000，要求步進電機旋轉90度。那么所要動作的脈沖數(shù)值=10000/（360/90）=2500一種將二進制數(shù)字量形式的離散信號轉換成以標準量（或參考量）為基準的模擬量的轉換器，簡稱 DAC或D/A 轉換器。最常見的數(shù)模轉換器是將并行二進制的數(shù)字量轉換為直流電壓或直流電流，它常用作過程控制計算機系統(tǒng)的輸出通道，與執(zhí)行器相連，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。數(shù)模轉換器電路還用在利用反饋技術的模數(shù)轉換器設計中。 數(shù)模轉換有兩種轉換方式：并行數(shù)模轉換和串行數(shù)

28、模轉換。裝置通過一個模擬量參考電壓和一個電阻梯形網(wǎng)絡產(chǎn)生以參考量為基準的分數(shù)值的權電流或權電壓；而用由數(shù)碼輸入量控制的一組開關決定哪一些電流或電壓相加起來形成輸出量。所謂“權”，就是二進制數(shù)的每一位所代表的值。例如三位二進制數(shù)“111“,右邊第1位的“權”是 20/23=1/8；第2位是21/23=1/4；第3位是22/23=1/2。位數(shù)多的依次類推。圖2為這種三位數(shù)模轉換器的基本電路,參考電壓VREF在R1、R2、R3中產(chǎn)生二進制權電流,電流通過開關。當該位的值是“0”時,與地接通；當該位的值是“1”時,與輸出相加母線接通。幾路電流之和經(jīng)過反饋電阻Rf產(chǎn)生輸出電壓。電壓極性與參考量相反。輸入

29、端的數(shù)字量每變化1，僅引起輸出相對量變化1/23=1/8,此值稱為數(shù)模轉換器的分辨率。位數(shù)越多分辨率就越高，轉換的精度也越高。工業(yè)自動控制系統(tǒng)采用的數(shù)模轉換器大多是10位、12位，轉換精度達0.50.1。 串行數(shù)模轉換是將數(shù)字量轉換成脈沖序列的數(shù)目，一個脈沖相當于數(shù)字量的一個單位，然后將每個脈沖變?yōu)閱挝荒M量，并將所有的單位模擬量相加，就得到與數(shù)字量成正比的模擬量輸出，從而實現(xiàn)數(shù)字量與模擬量的轉換。 隨著數(shù)字技術，特別是計算機技術的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測等領域，為了提高系統(tǒng)的性能指標，對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計算機技術。由于系統(tǒng)的實際對象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移

30、、圖像等），要使計算機或數(shù)字儀表能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉換成數(shù)字信號；而經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉換為相應模擬信號才能為執(zhí)行機構所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號與數(shù)字信號之間起橋梁作用的電路-模數(shù)和數(shù)模轉換器。 為確保系統(tǒng)處理結果的精確度，A/D轉換器和D/A轉換器必須具有足夠的轉換精度；如果要實現(xiàn)快速變化信號的實時控制與檢測，A/D與D/A轉換器還要求具有較高的轉換速度。轉換精度與轉換速度是衡量A/D與D/A轉換器的重要技術指標。 隨著集成技術的發(fā)展，現(xiàn)已研制和生產(chǎn)出許多單片的和混合集成型的A/D和D/A轉換器，它們具有愈來愈先進的技術指標。（

31、五）輸出控制抗干擾的隔離措施PLC內(nèi)部用光電鍋臺器、輸出模塊中的小型繼電器和光電可控硅等器件來實現(xiàn)對外部開關量信號的隔離，PLC的模擬量I/0模塊一般也采取了光電鍋臺的隔離措施。這些器件除了能減少或消除外部干擾對系統(tǒng)的影響外，還可以保護CPU模塊，使之免受從外部竄入PLC的高電壓的危害，因此一般沒有必要在PLC外部再設置干擾隔離器件。如果PLC輸入端的光電耦合器不能有效地抵抗干擾，可以用小型繼電器來隔離發(fā)電站中用長線引入PLC輸入端的開關量信號。光電耦合器中發(fā)光二極管的工作電流僅數(shù)毫安，而小型繼電器的線圈吸合電壓為數(shù)十毫安，強電干擾信號通過電磁感應產(chǎn)生的能量一般不可能使隔離用的繼電器吸合。有的

32、系統(tǒng)需要使用外部信號的多對觸點，例如一對觸點用來給PLC 提供輸入信號，一對觸點用來給上位計算機提供開關量信號，一對觸點用于指示燈，使用繼電器轉接輸入信號既能提供多對觸點，又實現(xiàn)了對強電干擾信號的隔離。PLC來自開關柜內(nèi)的輸入信號和距開關柜不遠的輸入信號一般沒有必要用繼電器來隔離。為了提高抗干擾能力，PLC的外部信號、PLC和計算機之間的串行通信線路也可以用光纖或帶光電耦合器的通信接口來隔離，在要求防火、防爆的環(huán)境更適于采用這種方法。 電源的處理方法電源是干擾進PLC的主要途徑之一，電源干擾主要是通過供電線路的阻抗耦合產(chǎn)生的，各種大功率用電、發(fā)電設備是主要的干擾源。如果PLC使用交流電源，在干

33、擾較強或對可靠性要求很高的場合，可以在PLC的交流電源輸入端加接帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器，隔離變壓器可以抑制竄入的外來干擾，提高抗高頻共模干擾能力，屏蔽層應可靠地接地。圖9 電源的抗干擾措施確低通濾波器可以吸收掉電源中的大部分“毛刺”，圖中的Ll和12用來抑制高頻差模電壓，L3和L4是用等長的導線反向繞在同一磁環(huán)上的，50Hz的工頻電流在磁環(huán)中產(chǎn)生的磁通互相抵消，磁環(huán)不會飽和。兩根線中的共模干擾電流在磁環(huán)中產(chǎn)生的磁通是迭加的，共模干擾被L3和L4阻擋。圖中的Cl和C2用來濾除共模干擾電壓，c3用來濾除差模干擾電壓。R是壓敏電阻，其擊穿電壓略高于電源正常工作時的最高電壓，平常相當于開路。

34、遇尖峰干擾脈沖時被擊穿，干擾電壓被壓敏電阻鉗位，后者的端電壓等于其擊穿電壓。高頻干擾信號不是通過變壓器的繞組耦合，而是通過初級、次級繞組之間的分布電容傳遞的。在初級、次級繞組之間加繞屏蔽層，并將它和鐵芯一起接地，可以減少繞組間的分布電容，提高抗高頻干擾的能力。同時也可以直接選用電源濾波器產(chǎn)品，如北京中石公司的電源濾波器具有良好的共模濾波、差模濾波性能和高頻干擾抑制性能，能有效抑制線與線之間和線與地之間的干擾，其產(chǎn)品可用于交流單相，三相電源和直流電源。在電力系統(tǒng)中，如果使用220v的直流電源給PLC供電，可以顯著地減少來自交流電源的干擾，在交流電源消失時，也能保證FLC的正常工作。某些PLC的電

35、源輸入端內(nèi)有一個直接對220v交流電源整流的二極管整流橋，整流濾波后的直流電壓送給PLC內(nèi)的開關電源。開關電源的輸入電壓范圍很寬，這種PLC也可以使用220v直流電源。使用交流電源時，整流橋的每只二極管只承受一半的負載電流，使用直流電源時，有2只二極管承受全部負載電流。考慮到PLC的電源輸入電流很小，在設計時整流二極管一般留有較大的裕量，這種PLC如使用直流220v電源電壓不會有什么問題。經(jīng)過長期的工業(yè)運行，證明上述方案是可行的。153 安裝與布線的注意事項開關量信號(如按鈕、限位開關、接近開關等提供的信號)一般對信號電纜無嚴格的要求，可選用一般的電纜，信號傳輸距離較遠時，可選用屏蔽電纜。模擬

36、信號和高速信號線(如脈沖傳感器、計數(shù)碼盤等提供的信號)應選擇屏蔽電纜。通信電纜要求可靠性高，有的通信電纜的信號頻率很高(如上兆赫)，一般應選用PLC生產(chǎn)廠家提供的專用電纜，在要求不高或信號頻率較低時，也可以選用帶屏蔽的雙絞線電纜。PLC應遠離強干擾源。如大功率可控硅裝置、高頻焊機和大型動力設備等。PLC不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內(nèi)，在柜內(nèi)PLC應遠離動力線(二者之間的距離應大于200mm)。與PLC裝在同一個開關柜內(nèi)的電感性元件，如繼電器、接觸器的線圈，應并聯(lián)Rc消弧電路。PLC的I/O線與大功率線應分開走線，如必須要在同一線槽中布線，信號線應使用屏蔽電纜。交流線與直流線應分別使用不同的

37、電纜，開關量、模擬量I/0線應分開敷設，后者應采用屏蔽線。不同類型的線應分別裝入不同的電纜管或電纜槽中，并使其有盡可能大的空間距離。如果模擬量輸人、輸出信號距離PLC較遠，應采用420mA或0.10mA的電流傳輸方式，而不是易受干擾的電壓傳輸方式。傳送模擬信號的屏蔽線，其屏蔽層應一端接地，為了泄放高頻干擾，數(shù)字信號線的屏蔽層應并聯(lián)電位均衡線，其電阻應小于屏蔽層電阻的1/10，并將屏蔽層兩端接地。如果無法設置電位均衡線，或只考慮抑制低頻干擾時，也可以一端接地。不同的信號線最好不用同一個插接件轉接，如必須用同一個插接件，要用備用端子或地線端子將它們分隔開，以減少相互干擾。三、結論采用 PLC 及少

38、量集成芯片和半導體器件構成的電流保護裝置, 經(jīng)試驗具有一系列優(yōu)點:（） 與繼電器構成的保護裝置相比由于采用了 PLC, 該保護裝置無可動部分, 不存在機械磨損、接點接觸不良等問題, 它具有不怕震動, 調(diào)試十分簡單等優(yōu)點; 它的動作速度快, 對速斷保護講, 最大響應時間為 t= 10 ms+ 20336 ms= 30336 ms, 比繼電器構成的保護裝置快幾倍或幾十倍; 它的體積小, 重量輕, 由于一臺 PLC 機可構幾套電流保護, 又由于它體積小得多, 所用保護屏大大減小, 因而經(jīng)濟性好。（） 與晶體管保護裝置比較由于采用集成芯片電路連線少, 焊點少, 接插件少, 所以可靠性高; PLC 抗干

39、擾能力強,動作可靠, 由于 PLC 輸入輸出有多個 ( F120MR 有 12 個輸入, 8 個輸出, 擴展單元有 12 個,輸出有 16 個) 因此, 可用一臺 PLC 對電力系統(tǒng)的多種故障進行反應, 用一臺 PLC 可實現(xiàn)多種保護裝置。參 考 文 獻1徐建安，連晶晶繼電保護技術.北京：中國水利水電出版社，20042任彥碩，苑薇薇.工業(yè)企業(yè)供電.北京:北京郵電大學出版社，2010. 3賀家李，電力系統(tǒng)繼電保護原來北京：中國電力出版社,20044何仰贊，溫增銀，電力系統(tǒng)分析.武漢：華中科技大學出版社，20025李佑光，林東，電力系統(tǒng)繼電保護原來及新技術北京：科學出版社，20036尹項跟，曾克娥，電力系統(tǒng)保護原理與應用武漢： 華中科技大學出版社，20017劉增良，劉國亭電氣工程CAD北京： 中國水利水電出版社，20028道霖，電氣控制與PLC原理及應用)北京：電子工業(yè)出版社，20049廖常初，PLC基礎及應用北京：機械工業(yè)出版社，200310張鳳珊，電氣控制及可編程序控制器北京： 中國輕工業(yè)出版社，200311孫振強，可編程控制器原理及應用教程北京：清華大學出版社，200512王兆義，小型可編程控制器實用技術北京： 機械工業(yè)出版社，200213王永華，現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術