基于plc的无功补偿装置_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于plc的无功补偿装置_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

状态 的 LED 显示： 分别显示当前电压、当前电流、当前功率因数 值； （ 4） 3 个按钮： 对于 切换 位置的改变实施动态的 显示， V 显示的是此刻的电压值， 同样的 I 显示的是此刻的 电流值， φ 为当前功率因 数的显示 ； （ 5） 2 个按钮：将 LED 显示切换到预设功率因子状态，分别预设功率因 数上限值 和下限值； （ 6） 2 个按钮： 用于设定功率因 数 的操作键， “ +” 代表 功率因子加 “ ” ，“ —” 代表 功率因子减 “ ” ； （ 7） 2 个按钮 ： 这些按钮是用来方便对 cos 设置 的操作键， “ +” 为 增 加“ ” ， 而 “ —” 为 相应的减少 “ ”。 判别 相位 的 检测电路 相位检测的方案设计 相位差就是电压超前或滞后电流的差值，在本设计中不但要测出相位差的大小还要判断出电压超前还是滞后， 所以要 首先对相位差进行测量 设计。 本次我们设计的 主要 方面着重在 检测 相位以及 检测 电流的 电路组成 ， 通过对于无功的损耗的减少量的大小 ， 达到 系统 智能 侦测到是否要对其 无功补偿 的 量 的投切。 相位判别检测电路： 电路中的 两路 信号产生 的正弦波 脉冲的时候 ， 若两者的 信号的 f 相同时 ，即 θ=φ1—φ2 这 是一个常数 ，它的数值与时间没有相联系。 将此两路正弦波 的 信号 再 经过放大整形成 正方波信号 两路占空比为 百分之五十 的 f f2， 通过 异或门输出一个产生 脉冲序列 a， 这时它 与晶振 之间 基准脉冲波 b 进行调制后的 得到 波形 c。 在 通过限定的 时间范围内对 b、 c 中脉冲的个数进行计数得 Nc、 Nb。 相应的相位差计算 表达式 为 ： Θ = 180176。 Nc / Nb 南华大学电气工程学院毕业设计（或论文） 第 16 页，共 40 页 我们可以 采用多个周期计数取平均值的方式以提高测相精度。 其相关的 波形如下图 所示 ： F1 F2 A B C 图 相位检测波形图 相位极性判别电路 通过对 波形 进行一系列的 整形 的 之后，对 两路输出方波送入 D 触发器 随后便对其 相位极性 进行 判别， 如若 U0超前 U1 时， Q 端输出高电平，反之 则 输出低电平。 极性判别的原理图如 所示。 图 相位判别电路 相位检测和判别的接线图如图 所示： D Q CP OUT S “cp” U0 U1 南华大学电气工程学院毕业设计（或论文） 第 17 页，共 40 页 图 相位检测和判别的接线 图 互感器 我们熟知的 互感器是 实际上也是一种 变压器， 它的用途十分广泛。 例如说我们的 供电系统中测量 用的相关 仪表 以及 相关设备的 电压线圈或电流线圈 的 供电。 主要 的作用： （ 1） 能够在 一次回路的电压 较高或者 电流 较大的转换成 二次回路 中 的电压较低的 和小电流， 这样的设计会使的相应的一些 装置 设备能够模块化以及 小型化。 结构轻巧、价格便宜，并便于安装。 （ 2） 隔离高压电路。 顾名思义就是将高压的电路完全隔离， 互感器 的 一次侧和二次侧 之间 没有电的联系，只有磁的联系。 在很大程度上面确保了生命财产的 安全。 电流互感器 在之前， 仪表 的显示 大部分 采用的方式是 指针式的 I / U 表，所以电流互感器的二次电流大多数是安培级的（如 5A 等）。 现在的测量大多数字化 了 ， 所以计算机的采样的信号一般为毫安级（ 0~5V、 4~20mA 等）。 其主要的原理如图 所示： 1 amp。 amp。 1 amp。 1 amp。 U I 触发器 信 号 电压超前时 相 位 差 电流超前时 相 位 差 南华大学电气工程学院毕业设计（或论文） 第 18 页，共 40 页 被测量回路 n1 电 流 互 感 n2 器 图 电流互感器原理线路图 电流互感器是根据电磁感应原理工作。 通过原理图可以知道 绕组 N1 连接的称作 被测电流， 相应的便是 一次绕组； 此外 绕组 N2 连接的 则 是 测量仪表， 相应的为 二次绕组。 我们规定了 在额定工作 电流下工作时的电流 的 比 值成为 电流互感器额定电流比， 可以以 Kn 来 表示。 实际电流比 K 的概念就是在 电流互感器 中的 一次绕组电流 I1和 二次绕组 I2的电流比。 Kn = IN 1/ IN2 式中： IN1为一次线圈的额定电流， A； IN2为二次线圈的额定电流， 5A 电流互感器大致可分为两类 ： 测量用电流互感器 以及 保护用电流互感器。 测量用电流互感器 ： 我们通常的 测量 时使用的 电流互感器主要与测量仪表 相互 配合， 主要的用途便是 用来 对 I、 U、 P 的测量 等。 测量用微型电流互感器主要要求： （ 1） 拥有 足够高的测量精度 （ 2） 绝缘 的 可靠 性高 （ 3） 如果 线路发生故障 产生不利于 互感器 的大电流时， 能够 在适当的量程内 快速的 饱和 ，从而 对 测量仪表 起到了保护的作用。 保护用电流互感器 ： 我们使用的 电流互感器分为 可以归类为 过负荷互感器 保护电流用的 、 具有 差动 性的 电流互感器 、 接地保护电流互感 器。 我选用的为 CT07 型电流互感器。 南华大学电气工程学院毕业设计（或论文） 第 19 页，共 40 页 该电流互感器用 PBT 外壳，耐高温，耐腐蚀； 环氧树脂灌封，隔离性能好，抗冲击性强； 体积 非常 小，外形 十分 美观，插针式直接焊接线路板； 并且它的线性范围宽，一致性好。 通常的情况之下 互感器在 如果在 额定负荷下 也能对于 要求最大一次 的 电流满足的话，则我们可以将它成为 额定准确限值一次电流。 保护用互感器 的工作时限有所不同，它 只是在电流 大于正常范围 时才开始 进行 有效的工作 ，所以我们对其 保护用 的 互感器主要 的 要求： （ 1） 绝缘 的 可靠 性高 （ 2）拥有 足够大的准确限值系数 （ 3） 足够的热稳定性 和动稳定性。 电 压 互感器 电压互感器： 电压互感器 通俗上面来说就是 就是额定电流比为 1，一次二次 的电流量程 都是毫安级的（如： 2mA/2mA）。 工作时，互感器一次绕组与限流电阻 R 串联接被测电压，二次输出接运 算 放 大器 进行 电流 /电压之间的相互 变换（或直接电阻采样）。 这个时候我们把 一次电流为 I1 = U/（ R+r），二次电流 I2 = I1/Kn， 公式里面的r 为一次绕组内阻， 则 Kn 为额定电流比。 其原理接线如图 所示： 电压互感器 R 被 I/V 测 电 压 图 电压互感器原理线路图 本次设计 选用的为 PT011 电压互感器。 该电压互感器输出电压： ，但是我们在 初 期的时候应当 加 装 限流电阻 ，这样的话 初级电流 可以 变为 毫安的级别里面 ， 再进过 次级运 算 放 大器 之后， 可以得到任意 想要的 电压。 具有 使用 简便， 精度高 （ 级 ）， 体积小 以及 完全电隔 离的优点。 属电流型电压互感器电流比 1 mA/1mA 和 2mA/2mA 产品。 智能式高压开关在本设计中电压互感器将与运放电路连在一起，具体电路如 图 所示： 南华大学电气工程学院毕业设计（或论文） 第 20 页，共 40 页 运算放大器 图 互感器与运放的连接电 模拟量 模块 模拟量输入模块 模拟量输入模块有各种不同的类型，例如： 0～ 10V、 10～ +10V、 4～ 20mA 等各种范围的模块。 除了输入四路略有不同外，其他内部电路结构完全一样。 因此 我们可以 通过 对 外加输入量模块 的方式 来 稳定系统的安全 ， 这样便可以在 同一模块 下 适应各种不同 模拟量的 的输入范围。 在工业控制中，经常会遇到连续变化的物理量 ——模拟信 号， 比 如 说 电流、电压、压力、位移、 温度、 速度等。 假如 要对这些模拟量进行采集并送给 PLC的 CPU 模块， 则 必须对这些模拟量进行 A/D 转换 ， 才能使可编程器 可以 接收这些数据。 此外， 模拟量 的 输入模块 是通过对 模拟量 采集之后再进一步 转换成二进制数， 最后 把输入通道及其它 脉冲 一起 传输到 系统的内部 控制上面。 通过 将模拟信号转换成 PLC 所能接收的数字信号 6 模拟量输入模块的功能就是进行模拟量到数字量的转换，模拟量输入接口模块的主要 技术性能有： （ 1） 输入通道数： 有 4 路、 8 路、和 6 路等； （ 2） A/D 转换 的 位数： 有 8 位、 10 位、 12 位或 14 位（均为二进制） （ 3） 输入信号：电压输入 10～ +10V、 +0～ +10V、 +1～ +5V； 电流信号 4～ 20mA； R r rˊ 互感器 C2 C1 南华大学电气工程学院毕业设计（或论文） 第 21 页，共 40 页 （ 4） 转换 的 精度： %～ %； （ 5） 线性度 的 量程： +%（环境温度 +25℃ ）； （ 6） 转换时 的 间：小于 50mA FX2N4AD 模块： 本设计中模拟量输入输出模块我选用 FX2N4AD。 其外观如图 所示： 图 Fx2n4AD 外观图 这次使用的三菱 FX2N 4AD 模块是 具有四 通道 以及十二 位 A/D 数模 转换的 ， 我们可以 根据外部连接 方式的不同 及 PLC 指令 ，用来 简单的 对数据进行一个 调整 这样的话就可以 可改变 需要 模拟量 数值收集的 范围。 相关的 瞬时值和设定值 这样的一个数值 的读出和写入用 FROM / TO 指令 来操作。 通过 可选择电压输入或电流输入，是一种具有高精确度的输入模块。 FX2N 4AD 的技术指标如表 所示： 南华大学电气工程学院毕业设计（或论文） 第 22 页，共 40 页 表 FX2N 4AD 的技术指标 电压输入 电流输入 根据是电流输入还是电压输入，使用端不同 采集量收集 范围 DC ： 10V ～ +10V（输 入电阻200Ω）绝对最大输入 177。 15 DC： 20mA～ +20mA（输入电阻 250Ω）绝对最大输入 177。 32mA 数字 收集量 范围 带符号位的 16位二进制（有效数值 11 位） +2047 以上固定为 +2047 2048 以下固定为 2048 分辨力 5Mv（ 10V1/2020） 20μA（ 20V1/1000） 综合精度 177。 1%（相对于最大值） 转换速度 15mS（ 1～ 4）通道（高速转换方式时在版本 以下时为 6mS（ 1～4）通道） 采取 隔离方式 光电隔离及采 用 DC/DC 转换器使输入和 PLC 电源间隔离（各输入端子间不隔离） 模拟量用电源 DC： 24V177。 10%50mA 相关 占有点数 程序上为 8 点（计输入或输出点均可）由 PLC 供电的消耗功率为 5V30mA 表 31 中 模拟量模块的性能说明 ： （ 1） 4 个输入点可 以 同时使用。 （ 2） 总体 发的 精度 为 1%。 （ 3） 12 位转换结果以二进制补码形式存放。 最大值 为 2047，最小值 为 2048。 （ 4）分辨率 的 电流为 1/1000， 20uA， 电压为 1/2020， 5mV。 （ 5） 通过上表可知， 输入电压为 10V ~ +10V。 假如发生 绝对值超过 15V的话 ， 这样便 对单元造成 一定程度的 损坏。 （ 6）转换速度 6~15ms。 输入端的接线方式 可以连接电压信号也可以连接电流信号。 图中： ① — 用带屏蔽的双绞 电缆，模拟输入通过其接收。 ② — 如果外部信号源有噪声或纹波干扰，则可以在输入端连接一个 平滑 电容，其容量为： ~。