基于PLC的電動汽車智能充電站分析研究 電氣工程專業(yè)

基于PLC的電動汽車智能充電站摘要：隨著社會的不斷發(fā)展，人類對石油資源的需求也越來越高了，能源提供和需要已經(jīng)有了非常大的矛盾。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，自2012年開始，傳統(tǒng)的燃油汽車的消耗石油的比例就已經(jīng)到達(dá)了33.6%，汽車的尾氣也是污染空氣最重要的一種原因，所以節(jié)能減排就已經(jīng)是每個國家和每個汽車行業(yè)都越來越非常重視的一個話題。因此電動汽車就被生產(chǎn)出來了，電動汽車擁有非常多的優(yōu)點，例如零排放，節(jié)能等等。然而因為電動汽車的行業(yè)已經(jīng)是未來汽車發(fā)展的一個目標(biāo)，所以目前中國充電站和電池交換站等等其他的新能源的汽車基礎(chǔ)的設(shè)備已經(jīng)開始進(jìn)程非常非常的慢了。而且覆蓋面也已經(jīng)慢慢變小了，造成了電動汽車很大的一個進(jìn)步空間。本文中所研究設(shè)計的就是電動汽車的充電站。此項研究對推動電動汽車的產(chǎn)業(yè)有著非常重大的幫助。本本文中所研究的電動汽車充電站，嗯，借鑒了國內(nèi)外非常優(yōu)秀的電動汽車充電站，一些非常成熟的經(jīng)驗和寶貴的經(jīng)驗，我查閱了非常多的相關(guān)資料，了解了國內(nèi)外電動汽車充電站地發(fā)展和研究成果，分析了電動汽車充電站的各種優(yōu)點和缺點。制定了一系列有關(guān)電動汽車充電站的一個整體方案，根據(jù)電動汽車充電站的主控單元去入手分析，就發(fā)現(xiàn)可用可編程控制器，也就是plc的工作原理，去選擇電動汽車充電站的硬件，設(shè)計出了電動汽車充電站的一個非常完美的控制系統(tǒng)。以及人機(jī)交互模塊和計費劑量系統(tǒng)模塊兒，還有語音模塊兒和打印模塊兒等等，不僅成功地完成了控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計和觸摸屏的軟件設(shè)計，以及各模塊通訊協(xié)議的設(shè)計等等，尤其是plc程序的設(shè)計，這樣就可以滿足每個地方的數(shù)據(jù)需要。而且可以持續(xù)的去實現(xiàn)和完成電動汽車充電站的設(shè)計。與此同時，還利用了射頻式非接觸的讀寫方式，去完成了充電站計費系統(tǒng)的一些功能。在自主研發(fā)的上位機(jī)系統(tǒng)管理軟件都可以去實現(xiàn)這樣的使用，而且在終端裝置可以檢測到數(shù)據(jù)的存儲，還有處理和分析，方便管理者去統(tǒng)計和分析。本文中研發(fā)的電動汽車充電站具有保護(hù)系統(tǒng)，還有處短路保護(hù)和漏電保護(hù)之外，同時還有緊急按鈕可以去嗯，遇到緊急危險情況時停止充電功能，按照這樣的設(shè)計方案。電動汽車充電站操作非常的簡潔，而且提供的電源電壓在220V左右。額定輸出的攻略在7000瓦左右，運行起來非常的安全，可以實現(xiàn)預(yù)期每一個地方的功能，而且非常利于推動電動汽車行業(yè)的發(fā)展。關(guān)鍵詞：電動汽車；充電站；PLC；系統(tǒng)。IntelligentChargingStationofElectricVehicleBasedonPLCAbsrtact:Withthecontinuousdevelopmentofsociety,thedemandforpetroleumresourceshasbecomehigherandhigher,andthereisaverybigcontradictionbetweenenergysupplyanddemand.Accordingtostatistics,since2012,theproportionofoilconsumptionoftraditionalfuelvehicleshasreached33.6%.Automobileexhaustisalsooneofthemostimportantreasonsforairpollution,soenergysavingandemissionreductionhasbecomeatopicofincreasingimportanceineverycountryandeveryautomobileindustry.Therefore,electricvehicleshavebeenproduced,electricvehicleshavemanyadvantages,suchaszeroemission,energysavingandsoon.However,becausetheelectricvehicleindustryhasbecomeagoaloffutureautomobiledevelopment,thecurrentprocessofChina'schargingstationsandbatteryexchangestationsandothernewenergyvehicle-basedequipmenthasbeguntobeveryslow.Andthecoveragehasslowlybecomesmaller,resultinginalotofroomforimprovementofelectricvehicles.Thechargingstationofelectricvehicleisstudiedanddesignedinthispaper.Thisresearchisofgreathelptopromotetheelectricvehicleindustry.Inthispaper,theelectricvehiclechargingstationstudiedinthispaper,well,drawlessonsfromtheveryexcellentelectricvehiclechargingstationathomeandabroad,someverymatureexperienceandvaluableexperience,Ihaveconsultedalotofrelevantinformation,understandthedevelopmentandresearchresultsoftheelectricvehiclechargingstationathomeandabroad,andanalyzetheadvantagesanddisadvantagesoftheelectricvehiclechargingstation.AseriesofoverallplansaboutthechargingstationofEVareformulated.AccordingtotheanalysisofthemaincontrolunitofthechargingstationofEV,itisfoundthatprogrammablelogiccontroller(PLC)canbeusedtoselectthehardwareofthechargingstationofEV,andaveryperfectcontrolsystemofthechargingstationofEVisdesigned.Aswellashuman-computerinteractionmoduleanddosimetrysystemmodule,voicemoduleandprintmodule,etc.,notonlysuccessfullycompletedthecontrolsystemsoftwaredesignandtouchscreensoftwaredesign,aswellasthecommunicationprotocoldesignofeachmodule,especiallythePLCprogramdesign,soastomeetthedataneedsofeachplace.Anditcanrealizeandcompletethedesignofchargingstationofelectricvehiclecontinuously.Atthesametime,theradiofrequencynon-contactreadingandwritingmodeisusedtocompletesomefunctionsofchargingstationbillingsystem.Thesystemmanagementsoftwaredevelopedindependentlycanbeusedinthisway,andthestorageofdatacanbedetectedintheterminaldevice,aswellasprocessingandanalysis,whichisconvenientformanagerstostatisticsandanalysis.Theelectricvehiclechargingstationdevelopedinthispaperhasaprotectionsystem,besidesshortcircuitprotectionandleakageprotection,italsohasanemergencybuttontostopchargingincaseofemergencydanger.Accordingtothisdesignscheme.Electricvehiclechargingstationoperationisverysimple,andthesupplyvoltageisabout220V.Thestrategyofratedoutputisabout7000W.Itrunsverysafely.Itcanachievetheexpectedfunctionsofeveryplace,andisveryconducivetopromotingthedevelopmentofelectricvehicleindustry.Keywords:electricvehicle;chargingstation;PLC;system。緒論 31國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 41.1電動汽車充電方式 42電動汽車的充電設(shè)施 52.1充電站 52.2充電柱 62.3換電站 73充電站的總體設(shè)計方案 83.1功能需求分析 83.2總體方案設(shè)計 93.2.1設(shè)計原則 93.2.2系統(tǒng)整體方案 104交流充電樁控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 114.1PLC控制特點 114.1.1PLC工作原理 114.1.2PLC控制特點 114.2交流充電樁系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 124.2.1主控模塊的選擇 124.2.2人機(jī)交互界面 144.2.3通訊模塊 154.2.4讀寫卡模塊 164.2.5電能計量單元設(shè)計 174.3電器部分設(shè)計 175結(jié)論與展望 185.1結(jié)論 185.2建議 19緒論

我國的社會發(fā)展進(jìn)步越來越會人們，大部分都已經(jīng)擁有汽車，汽車也成為了每家每戶必備的一個東西。從而大家對石油資源的需求也是越來越高了，能源供需的矛盾就變得非常非常的嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計說，2012年，傳統(tǒng)燃油汽車就已經(jīng)消耗石油的比例達(dá)到了33.6%，這根傳統(tǒng)的燃油汽車相比。電動汽車具有了非常高效率，而且很少污染環(huán)境，噪聲很低的一種非常環(huán)保的優(yōu)勢，是可以實現(xiàn)交通能源動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，已經(jīng)是非常有可能的一種趨勢。單純的電動車有80%以上都是把電能轉(zhuǎn)成汽車的動能，不僅考慮到了核能，風(fēng)能和其他可以發(fā)電的能源，以及綜合發(fā)電的一種效率，輸出網(wǎng)絡(luò)的損耗等等原因，這樣原始電路轉(zhuǎn)換成汽車動能的效率在20%到30%之間，然而傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車最終的效率為12%左右，因此我們發(fā)現(xiàn)電動汽車比傳統(tǒng)汽車的能耗減少了非常非常多。這些年，國家發(fā)布了一系列關(guān)于扶持電動汽車行業(yè)和與之相關(guān)的一些行業(yè)的政策。2011年，國家就已經(jīng)把電動汽車列入了八六，三重大專項指出我們國家的電動汽車?yán)锕灿腥N，第一種是燃料電池汽車混，還有混合電動汽車，以及最后一種純動力汽車。十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推動應(yīng)用工程，計劃用三年的時間做城市里面的市政，郵政，公務(wù)領(lǐng)域，出租等等領(lǐng)域都支持政策關(guān)于電動汽車的。大約有十個城市都沒推出了1000輛新能源的電動汽車去進(jìn)行這樣的領(lǐng)導(dǎo)能力，努力去讓中國人民更多的去使用電動汽車。2012年，電動汽車就已經(jīng)占領(lǐng)了市場10%的份額。同一年時間，又發(fā)布了汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興的規(guī)劃，實現(xiàn)了50萬輛汽車，新能源的生產(chǎn)，銷售，占所有汽車銷量的5%。而且國家還發(fā)布了一則通知，那就是個人去購買插電式混合電動汽車和純電動汽車，都可以享受五到6萬元的補貼。中國作為一個汽車非常大的市場的國家，為了去降低對石油的消耗，我們決定努力發(fā)展電動汽車，這已經(jīng)成為了國民的一種必然選擇。電動汽車充電系統(tǒng)呢，也是維持電動汽車能夠正常運行的一種非常重要的一部分，對電動汽車有非常重大的推動作用。這幾年政府一直在鼓勵使用電動汽車，也在鼓勵電動汽車行業(yè)的發(fā)展。不過國內(nèi)現(xiàn)在大部分的充電站標(biāo)準(zhǔn)都不統(tǒng)一，導(dǎo)致很多國內(nèi)的充電站和汽車新能源的基礎(chǔ)配件進(jìn)程都非常的慢，而且覆蓋面也不怎么大規(guī)模，數(shù)量也特別少。而且我國電動汽車充電站的特點也沒有實現(xiàn)，非常規(guī)?；囊环N運營方式，就電動汽車充電站技術(shù)大部分還在處于上升階段。因此，本文根據(jù)各種資料和實際情況去設(shè)計研究了現(xiàn)在文中所說的電動汽車充電站。1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.1電動汽車充電方式按照現(xiàn)在電動汽車充電電池的技術(shù)，還有一些特性，電動汽車充電的方向主要分為車載充電和非車載充電這樣的兩種方式。車載充電可以分為慢充，快充和快換三種方式。慢充方式：這是一種非常常見的采用恒壓恒流的充電方式，對電動汽車進(jìn)行充電，而且它的規(guī)格是電網(wǎng)電源電流單相220V/16A進(jìn)行充電，充電的時間呢一般就是六到十個小時。與它相關(guān)的充電器的成本也是非常低的，帶有車載充電器的電動汽車。用充電裝置和小型的充電站去進(jìn)行充電。車載充電器一般是純白色轎車的一種非?；镜某潆姷难b置。電機(jī)是它的標(biāo)準(zhǔn)的配置，它被固定在車上，或者是放在后備箱里面，而且因為它只能是只能把車載充電器的插頭插在提供220V電源插座上面就可以去完成充電了。由此發(fā)現(xiàn)，充電過程一般都是用戶一個人去完成的。這樣的充電方式對電網(wǎng)也沒有什么特殊的要求，只要可以照明要求的供電質(zhì)量就可以使用。電動汽車另外一種充電的方式就是小型充電站，小型充電站的充電機(jī)一般都是設(shè)置在街邊超市等人口比較密集的地方，而且采用的是一般的充電電流去充電。電動汽車的駕駛員，他們只要把車放在附近的地方，接上電線就可以完成充電，而且是以計費的方式，或者是投幣或刷卡來收費的，充電的功率一般在五到1萬瓦，采用的是三相四線制的380V供電和單項220V去供電。一般充電的時間是一到兩個小時，充滿的話就需要五到八個小時。不過這樣的話，就很難去滿足那些需要長距離駕駛的用戶。快充方式：快充方式又被叫作市應(yīng)急充電，一般主要就是在大型充電站去完成的，他的目的就是在短時間內(nèi)去給電動汽車進(jìn)行充電。充電的時間要和燃油汽車加油的時間非常的相似，這樣的充電是以150到400安的充電電流為電池去充電，與前者相比的話，安裝的成本是非常高的，而且充電方式充電的功率很大，一般是大于3萬瓦的，采用的是三相四線制，380V供電的充電的時間一般要。在十到30分鐘，這樣的充電方式，電流非常的大，而且目前收到受到電池技術(shù)的影響，會沖動，會造成蓄電池非常過熱，而且會縮短電池使用的壽命，對充電站的技術(shù)和安全性也非常的高，到現(xiàn)在為止，這樣的充電方式的充電插口的針腳定義電流值，電壓值控制協(xié)議的。還沒有一個非常完全統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，都是每一個廠家自己去設(shè)定的。快換方式：快換方式是電動汽車最方便，最快速的一種充電方式，它是利用換電站直接給換車載電池組來補及電能，時間和傳統(tǒng)燃油汽車加油的時間是差不多的，但是這種方式有一個唯一的缺點，那就是需要實現(xiàn)車載電池組的標(biāo)準(zhǔn)化，電池組外形和容量必須是一樣的，而且在會。換過程中必須要有非常專業(yè)的人員去進(jìn)行操作。這種方式的優(yōu)點是電動汽車電池不需要現(xiàn)場充電，而且電池更換的時間是非常短的，快充方式，充電的時間也很短，但受到現(xiàn)在一些電池技術(shù)的限制，充電的時間。步驟中需要電流非常大，會降低電池的使用壽命。米，而且會污染環(huán)境，對電網(wǎng)也有非常大的影響，換電對電池標(biāo)準(zhǔn)化要求很高，慢充方式，盡管充電的時間長，但可以充分的利用電力進(jìn)行充電，降低充電過程中而花費的成本，這樣就可以提高電效率和延長電池的使用壽命。2電動汽車的充電設(shè)施2.1充電站電動汽車的充電站和現(xiàn)在的加油站非常的類似，充電站就是按照功能可以化為劃分為四個子模塊兒，第一個是配電系統(tǒng)，其次是充電系統(tǒng)，再然后是電池調(diào)度系統(tǒng)，最后就是充電站監(jiān)控系統(tǒng)。充電站的主要設(shè)備包括了充電機(jī)，充電監(jiān)控系統(tǒng)和充電座，用戶能夠根據(jù)自己的需求去選擇快充，慢充和快換這樣三種充電的方式。其中的一種，卻不解自己的電量，南充一般比較多的是交流充電，可以用220V和380V的電壓，快充，充電比較多的是直流電路，目前建充電站沒有利益可以去獲取，不過國家電網(wǎng)，中海油，南方電網(wǎng)，中石化，中石油等大型企業(yè)。都發(fā)揮了自己的特長，在全國建立了很多的充電站。雖然這些企業(yè)紛紛的去努力圈地。建造電動汽車的充電站，但是有一個非常難解決的問題，那就是我們國家現(xiàn)在還沒有出臺關(guān)于電動汽車和充電站相關(guān)方面的一些標(biāo)準(zhǔn)和政策。圖一-依舊是福建省在廈門簡歷的首座充電汽車充電站，這樣，這個充電站充電的容量有21萬伏安，還有兩臺直流充電機(jī)和兩臺交流電的充電柱，這樣可以同時滿足兩臺中型車輛和兩臺小型車輛同時充電。2.2充電柱充電柱式電動汽車充電站中非常重要的一個設(shè)備，他有交流充電柱和直流充電座兩種類型，主要是固定在路邊或者是停車場內(nèi)，利用專門的充電接口和采用傳導(dǎo)的方式，去為車載充電機(jī)里面的電動汽車充提供交流電能，而且有一定的通信和計費安全。防護(hù)的功能在普通情況下，我們所說的充電座位交流為交流充電座大部分是安裝在電動汽車外的，他和交流電網(wǎng)連接在一起，為電動汽車車載充電器提供交流電源的供電的裝置，而且同時還有計費劑量的功能。圖一-2就是為北京與彭恒利科技有限公。公司生產(chǎn)的電動汽車去做的交流充電座，交流工作電壓是220V左右，額定的輸出功率為3.5千瓦和7000瓦兩種類型。2.3換電站換電站是電動汽車充電站必須要使用的一個設(shè)備，它是利用更換電池的方式去完成對電能的補給。用戶從租賃公司租來的電池，在換電站中去更換電池，換電站，可以把用戶換下來的電池去做集中的一個充電行為，并去。維護(hù)和保養(yǎng)他們換下來的電池，換電站占的面積相對來說是比較小的，而且他不太需要很多停車位，每次操作的時間很短，電池殼非常集中在電和較低的是進(jìn)行充電，非常利于減少充電的成本和。電網(wǎng)風(fēng)骨提高了電動車的運營方式，而且統(tǒng)一管理這些電池能夠簡便地對電池進(jìn)行一定的保養(yǎng)和維護(hù)，并延長電池的使用壽命，降低大家對電池消費的成本。但是現(xiàn)在中國的電動汽車生產(chǎn)行業(yè)，對動力電池組的規(guī)格和通信接口以及充電還沒有完成，非常標(biāo)準(zhǔn)化的一個規(guī)定，就現(xiàn)在的設(shè)計條件來說，電池組非常的重要，而且需要有非常專業(yè)的人員去進(jìn)行這樣更換的操作。圖一-3是浙江嘉興服務(wù)區(qū)的換電站。試運營期間，參與童心的電動汽車1000米就平均要消耗掉的電量是22.15千瓦每小時，而且每次換電的平均時間在八分鐘左右。3充電站的總體設(shè)計方案現(xiàn)在電動汽車的發(fā)展已經(jīng)非常非常普遍了，電動汽車的發(fā)展不僅可以解決大氣污染，還有全球氣溫上升這樣兩個非常大的難題，而且呢，現(xiàn)在最近發(fā)布的節(jié)能與新能源汽車規(guī)劃草案中還說，要以純電動汽車作為非常主要的一種戰(zhàn)略取向。有很多專業(yè)人士說，純電動汽車的發(fā)展有三個非常嚴(yán)重的問題，一個是缺失了一個非常標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，還有一個是配套的政策不是非常的完美，第三點就是基礎(chǔ)設(shè)施和規(guī)劃都沒有很有序的進(jìn)行。3.1功能需求分析電動汽車的充電站主要有交流充電技術(shù)，也就是交流充電的裝置，它是固定在地面或者是墻壁上面的，通過傳到的方式為充電。提供交流電，再經(jīng)過轉(zhuǎn)化為直流電以后，為電動汽車的動力電池去完成充電，所以交流充電柱的基本功能就是一提供交流電源，二，提供人機(jī)交互的界面。三，提供語音提示功能，是提供正確的計費計量系統(tǒng)打印票據(jù)功能。以及監(jiān)控充電柱運行的狀態(tài)等等。他的技術(shù)要求是以下幾點：1.要完全符合國家頒布的關(guān)于電動汽車充電的指導(dǎo)意見和要求中所有對交流充電裝置的一些規(guī)定的指標(biāo)。

2.充電站提供的交流電源電壓一般的范圍在220V左右，頻率要在50赫茲左右，額定輸出的功率要在7000瓦左右。

3.在設(shè)計人機(jī)交互界面的時候，一定要顯示充電柱操作的信息，充電的電量，運行的狀態(tài)和計費信息等等非常重要的一些數(shù)據(jù)。

4.在設(shè)計刷卡機(jī)的時候，一定要設(shè)計支持低頻埃塞卡付費的方式，而且一定要去配置一個相關(guān)的打印機(jī)，用來提供票據(jù)和打印的功能。

5.一定要留下非常多功能的一些電能表的表位，然后方便去進(jìn)行一些交流電的充電計量。

6.必須提供非常完美的通信功能，而且一定要上傳交流電充電柱的運行狀態(tài)的一些數(shù)據(jù)，必須接受遠(yuǎn)程的指控命令才可以。

7.要有對充電柱運行狀態(tài)的綜合檢測，還有保護(hù)的能力，比如如何運行狀態(tài)的監(jiān)測，以及故障狀態(tài)的監(jiān)測，充電計量和充電過程中一些聯(lián)動的控制，保護(hù)，過流保護(hù)，短路等等，而且一定要設(shè)計緊急開關(guān)，還有緊急操作間等等。

8.所有的設(shè)備一定要有語音提示的功能。

9.在系統(tǒng)里面交流充電，祝所有的形象一定要符合國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而且要有明顯的發(fā)光提示嗯，怡寶在夜間的時候，大家可以方便地去找到它，而且設(shè)備必須要有遮雨的功能。3.2總體方案設(shè)計3.2.1設(shè)計原則1）實用性原則實用性原則主要是講電動汽車，它作為一種發(fā)展前景非常好的交通工具，在以后的市場一定有非常巨大的收益，而充電柱作為發(fā)展電動汽車行業(yè)非常重要的一個設(shè)備，他有非常大意義的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益實用性的主要就是有幾個方面體現(xiàn)出的一個。這觸摸屏界面非常的友好，可以讓用戶一下就可以看清和理解。第二個是為了滿足不同用戶，他們的不同需求，我們提供了非常多不同方式的充電方式。第三點就是模塊化的設(shè)計，它既便于安裝，又便于維護(hù)的第四點就是讓使用不同的氣候和外界的環(huán)境因素讓這個范圍更加的廣泛。2）安全性原則安全性原則主要是講電動汽車充電柱一般是在安裝在汽車停車場和人口比較多的地方，所以安全問題是非常重要的，它其中就涉及到了一定要設(shè)置電氣保護(hù)的裝置，確保人員的安全和設(shè)備的安全，而且他一定要有防誤操作的設(shè)計，以免因為失誤而引起的安全事故。他還需要有防爆和防盜的設(shè)計。3）智能化原則智能化的原則是指充電座面向的用戶就可以直接去進(jìn)行操作，沒有工作人員看守。從而實現(xiàn)自動化的操作過程，可以讓用戶和機(jī)器相互交互使用。智能化設(shè)計一定要考慮到系統(tǒng)自動化的操作，不需要工作人員去做任何的干涉，人機(jī)界面要非常的友好，便于操作。4）可靠性原則電動汽車的可靠性主要就是通過充電，住在規(guī)定的條件下面一直工作，而且平均沒有故障的時間要長一些，主要包括一些方面，那就是主體結(jié)構(gòu)要非常的堅固，而且有非常好的環(huán)境適用性，采用PLC耳塞的控制技術(shù)去讓系統(tǒng)由采集數(shù)據(jù)存儲。數(shù)數(shù)據(jù)，邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理的功能，一定要有非?？煽康能浖O(shè)計，這樣才能夠進(jìn)行非常穩(wěn)定的工作，而且一定要用硬件電磁兼容性比較好的設(shè)施。3.2.2系統(tǒng)整體方案電動汽車交流充電座是為電動汽車的充電器提供交流電的，而且一般提供的是220V的交流電，用戶可以自己控制充電的所有步驟，所以要有非常智能化的人機(jī)交互界面，才可以為用戶提供非常方便的操作步驟。和非常便利的語音提示以及打印功能，而且要滿足國家發(fā)布的一些標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。才可以達(dá)到交流充電裝置隊技術(shù)指標(biāo)的一種要求。設(shè)計的電動汽車交流充電柱的系統(tǒng)示意圖為2-1所示。電動汽車交流站的主要系統(tǒng)是由主控模塊，電氣保護(hù)模塊，開關(guān)電源模塊，電源模塊兒計量計費模塊，語音模塊，打印模塊，交互模塊，兒上機(jī)位和指示燈以及通訊模塊等等基本的設(shè)備而組成的，所以在用戶使用交流電作進(jìn)行給自己的電池充電時，主控?？刂破鲿妹恳粋€模塊的通信功能，完成用戶的充電過程以及信息采集和展示的過程，去完成實時數(shù)據(jù)的采集和計費計時的不準(zhǔn)，而且與此同時，主控制器還有后臺通訊的功能，可以把充電的每一個步驟的充電記錄和信息都上傳到上基衛(wèi)系統(tǒng)。里面進(jìn)行存儲和分析。4交流充電樁控制系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1PLC控制特點4.1.1PLC工作原理PLC也就是可編程序控制器，它是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，是專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計出來的一種程序，它利用可編程序的存儲器，在里面存儲部分執(zhí)行邏輯運算，順序控制計時，定時和算術(shù)運算。等等的操作的指令，并通過數(shù)字式的模擬式的輸出和輸入去控制很多類型的機(jī)械或者是生產(chǎn)的過程。PLC的控制器和他與他相關(guān)的設(shè)備都應(yīng)該在工業(yè)控制系統(tǒng)中有一個非常完善的整體，而且非常容易去擴(kuò)充他的包。PLC主要的工作方式是采用掃描的方式，在他處于運行的狀態(tài)時，從內(nèi)部里通信操作。程序輸入程序輸出程序執(zhí)行這幾種步驟，一直循環(huán)的去工作，為掃描的工作方式，就算在執(zhí)行程序的階段發(fā)生了一些改變，輸入的狀態(tài)，印象寄存器的內(nèi)容也不會隨之而改變，必須會等到下一周期的輸入處理階段才會去做。一定的改變循環(huán)掃描的過程，如下圖3-1所示:4.1.2PLC控制特點我電動汽車充電的設(shè)備所在的地方都是有非常特殊的意義的，比如說電動汽車電路再出現(xiàn)非常多的乘電壓，電路開斷瞬間，觸點之間就會發(fā)生一些電火花和電弧和靜電放電的，都會對充電設(shè)備產(chǎn)生一些傷害，而且控制系統(tǒng)有非常大的?？煽啃裕诔潆娭惭b摁時都會選擇室外環(huán)境濕度比較大，灰塵比較大，溫差比較大的一些地方，他們對運行有著非常高的要求，本系統(tǒng)就是利用PLC作為控制系統(tǒng)的核心，這樣就可以達(dá)到電動汽車充電柱控制系統(tǒng)的一定的性能需求，因為PLC非常的可靠，而且有非常強的看抗干擾能力，所有的PLC都采用的是光電隔離，讓它有效地和內(nèi)部電路與外部隔離起來，讓每一個模塊都采用屏蔽的措施，能夠有效地抵抗電磁的干擾。其次還利用模塊化的結(jié)合，方便的組合，安裝更簡便，然后維修也更方便。系統(tǒng)的原理圖如圖3-2所示：4.2交流充電樁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.2.1主控模塊的選擇的電動汽車的主控模塊是用來在系統(tǒng)里面的核心部件的，在所有的系統(tǒng)里面起著非常重要的一部分作用，它面向工控領(lǐng)域里面的PLC，目前廣泛的品牌就有西門子，三菱等等，德國西門子的公司生產(chǎn)的PLC主要誕生在一九。五八年，他經(jīng)歷了c3，s3，s5，s7等等系列，現(xiàn)在已經(jīng)成為非常廣泛應(yīng)用的片單。從最初發(fā)展到現(xiàn)在，s3和s5的系列已經(jīng)逐步的開始離開市場，停止生產(chǎn)了，但是s7系列現(xiàn)在是西門子自動化系統(tǒng)里面的控制核心，它不僅有非常小的體積非常快的速度，而且還具有非常標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定，以及網(wǎng)絡(luò)通信的能力，功能也比以前更加的強?？煽啃砸脖纫郧案拥母撸ㄒ坏娜秉c可能就是價格比較貴，成本非常的高，但是他在化工，印刷等領(lǐng)域起到了非常大的作用。還有一個品牌叫做歐姆龍歐姆龍的PLC，是一種功能非常強大的緊湊型的PLC，它能夠為業(yè)界領(lǐng)先的傳送分散控制提供了非常高的機(jī)械控制能力，她還有利用各種高級內(nèi)裝版進(jìn)行升級的功能，大程序的容量和存儲功能，但是程序的代號非常的復(fù)雜，編程也非常的繁瑣，所以。一般只有在非常重型的機(jī)械控制里面才會使用到它。PLC三菱電機(jī)在大連生產(chǎn)的一種主力產(chǎn)品，通過一類可編程的純存儲器，在它內(nèi)部存儲程序和順序控制，定時及時執(zhí)行邏輯運算等等一些指令還利用數(shù)字和模擬式的輸入輸出控制各種。類型的機(jī)械或者是生產(chǎn)過程，三零是一種非常小型化，而且高速度高性能相當(dāng)于三菱系列里面最高檔次的一種程序裝置，除輸入輸出16到25點的獨立用圖案，它還可以用于非常多的基本組件之間的連接，模擬控制，定位控制的。非常特殊的用途是一種可以滿足各種各樣需求的PLC。三零的結(jié)構(gòu)非常的靈活，而且編程非常的簡單，成本也比較低位了系統(tǒng)可靠，同時還降低了很多的成本。系統(tǒng)選用了日本三菱公司的PLC。據(jù)本文設(shè)計的需要，系統(tǒng)中共使用到一個輸入點和五個輸出點，其中輸入點接電度表脈沖輸出端五個輸出。段分別可以連接語音模塊兒的三個案件，交流接觸圈和打印店員端點就像圖3-一所示，所以選擇了三菱的PLC如圖，3-3所示，一共有八點輸出，輸出和六點輸入速度高，性能高，是它這個系列里面最高檔次的超小的裝置能夠滿足。系統(tǒng)所有的需求，另外還可以主控模塊需要與人機(jī)界面，打印機(jī)，讀卡模塊，上位機(jī)進(jìn)行一定的通信能力，需要通訊擴(kuò)展模塊來實現(xiàn)PLC，還可以和其他模塊兒進(jìn)行一些通信，在通信距離20米以內(nèi)，最大的通訊距離為1219米，最大的傳輸速率為10MB/S。采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，卻共同抵抗共模干能力的增強，抗干擾能力非常的好，所以選用三菱模塊，利用半雙工的通訊方式，使用一根傳輸線，既可以做接收，又可以使用他去發(fā)送數(shù)據(jù)，在這兩個方向上面都有不同的傳送。4.2.2人機(jī)交互界面電動汽車站的。交流充電座，利用觸摸屏去完成人機(jī)交互的作用，觸摸屏是一種可以接收觸頭和輸入輸出信號的感應(yīng)裝置，當(dāng)接觸了觸摸屏上面的圖案按鈕時，屏幕上面的觸覺反饋系統(tǒng)就可以根據(jù)預(yù)先編程好的程序去驅(qū)動所有的連接的各個裝置，能用來代去機(jī)械式的按鈕。面板并借由液晶顯示面去制造出一些生動的影音效果。觸摸屏選用了深圳顯控公司的嗯，觸摸屏大小為七英寸，分辨率是800x480，觸摸屏使用了兩路通信端口，完成了PLC的通信，可以顯示用戶的IC卡信息，以及充電的方式和操作提示信息。充電狀態(tài)信息等所有的內(nèi)容。當(dāng)上機(jī)需要修改一些信息的時候，可以通過USB的下載口，把組態(tài)信息下載到觸摸屏里面，符合標(biāo)準(zhǔn)就可以非常強的抗干擾能力，符合工業(yè)環(huán)境的電磁兼容要求。觸摸屏和PLC的連接圖如圖3-4所示。4.2.3通訊模塊4.2.3.1通訊模塊特點

通訊模塊是所有系統(tǒng)中主控制器控制每一個端點和將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)的DE核心部件。用于連接PLC的基本單元，無線通訊模塊，如圖3-5所示。這個系列的通訊模塊具有一些以下特點，一是他不需要和外面的電源相連接。工作的電壓最低為60毫安，直接由PLC提供，而且它的體積非常小，還有很高的可靠性，速率也非常的高，可以提供300-38400bit的多種通訊數(shù)據(jù)速率。他還有非常多樣的應(yīng)用方式，可以用于無協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸和專用協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸，并行連接。和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳說可以利用半雙工通訊方式和全雙工的通訊方式，它的通訊距離是50米。4.2.3.2通訊模塊PC機(jī)的連接在pc機(jī)中，串行端口一般是指串行的口，串行接口通常使用的是六針的d型創(chuàng)口，現(xiàn)在的計算機(jī)USB接口，正逐漸的去替代了以前各種外圍接口。然而，和PLC相連的通訊模塊選用的是RS-485接口，因此使用USB到RS-485轉(zhuǎn)換器可以完成PLC與RS-485的開關(guān)電源。設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸可以用于所有的pc機(jī)連接方式，如圖，3-6所示，USB接口作為每臺計算機(jī)最重要的通訊卡，可以支持熱插拔即插即用也是他最大的一個優(yōu)勢。4.2.4讀寫卡模塊智能卡會按照嗯，不一樣的數(shù)據(jù)交換界面，可以把他們分為非接觸式和接觸式的兩種。接觸式卡一般是利用讀寫器接觸對卡進(jìn)行操作，反復(fù)的插拔卡容易對卡片造成一定的傷害，會讓卡片發(fā)生一些故障，非接觸式的智能卡又稱為射頻卡通，過射頻可以改變電路去進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，可靠性非常的高，使用方法也很便捷。讀卡器的模塊選用非接式的射頻卡是因為充電柱安裝在室外粉塵非常的多，而且濕度很大，并不是接觸式的射頻卡與讀寫模塊之間無接觸得接觸，所以避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的一些故障，比如說粗暴的去插卡，非卡外的其它東西被插入進(jìn)去，灰塵和以其他漏電的威脅。非接觸式的射頻卡的頻率一般設(shè)計為125khz，其中他非常有效率地用于距離小于15米的距離，防止了很多感應(yīng)過多卡片造成的誤讀卡。讀卡模塊通過RS-485通訊端口完成了與PLC的數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行。讀寫卡和密碼的認(rèn)證功能非接觸式的IC顯卡的工作電壓是5V左右，波特率為9600-115200dps，讀寫器支持RS-485通訊方式有一個RS-232通訊接口和觸摸屏進(jìn)行連接，所以讀寫器和PLC之間的通訊為RS-485通訊方式，需要和485-BD模塊進(jìn)行連接后在去和PLC進(jìn)行連接。如圖，3-8所示：在這個設(shè)計中，讀寫器會固定在充電柱的外殼上面，用戶可以通過操作去讀寫。收接信號讀取這個卡號，而且可以同時辨別是不是有效的卡片，如果是有效卡用戶可以完成下一步操作，如果不是有效卡，用戶會被提醒去換卡在結(jié)束充電的時候，提示用戶將卡放在讀寫區(qū)域，確認(rèn)放好以后，PLC將會把剩余的電量寫入卡內(nèi)，這個時候PLC就通過RS-485轉(zhuǎn)到USB里面，將用戶充電的信息傳給PC機(jī)，PC機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲，便于使用者以后去查看和統(tǒng)計。4.2.5電能計量單元設(shè)計在計量模塊中電能表是完成充電過程中計算功能最重要的一個部分。隨著我們國家建設(shè)國家智能電網(wǎng)概念出來以后，智能電表就已經(jīng)成為了大眾討論的焦點。智能電表是全電子式的電能表，它除了擁有計量功能以外，還擁有通信接口和硬件設(shè)備是一場可靠和非常安全的，存儲容量大的電能計量裝置，本設(shè)計選用的是威勝集團(tuán)的智能電能表，精度為0.01，工作溫度比較適合在零下25℃到零