自動重合閘裝置設計目錄1引言 11.1自動重合閘的應用現狀 11.2設計自動重合閘裝置的意義 12自動重合閘裝置總體介紹 32.1自動重合閘裝置主要功能 32.2自動重合閘的分類 32.3高壓線路自動重合閘啟動方式 32.4自動重合閘裝置的基本要求 42.5自動重合閘與繼電保護之間的配合 42.5.1重合閘前加速保護 42.5.2重合閘后加速保護 52.6自動重合閘裝置的動作原理 62.7自動重合閘裝置的動作原理 72.8重合閘可能會造成的不良后果 82.9自動重合閘裝置的控制方式 83自動重合閘控制系統設計方案 103.1自動重合閘的配置原則 103.2設計主要實現功能 103.3裝置部分簡單介紹 103.4自控部分介紹 103.5控制過程介紹 104自動重合閘控制系統的硬件設計 124.1PLC在本設計中的具體介紹及其特點 124.2PLC型號的選擇 144.3接觸器的選擇 154.4PLC系統的硬件連接 165自動重合閘控制系統的軟件設計 195.1可編程序控制器I/O分配 195.2PLC的控制程序設計 205.3工作原理分析 216系統調試 227結論 23參考文獻 25致謝 26附錄 27附錄A自動重合閘梯形圖 27PAGE71引言1.1自動重合閘的應用現狀近年來,工業企業對供電可靠性及電能質量的要求是越來越高的了。其電網容量和電壓等級也不斷擴大，電網結構也變得越來越復雜。220KV輸電線路，由于其具有電能輸送效率高、輸送距離較適中等優點，被廣泛應用到區域配電網建設中，成為區域經濟生產發展的重要能源支柱[1]。隨著國民經濟的發展和人民物質文化生活水平的不斷提高，對電力需求愈來愈大，促使電力事業迅速發展，電網不斷擴大，用戶對供電質量和供電可靠性要求越來越高。電力的廣泛應用給日常生活帶來了極大的便利，而且現代人普遍對電力有著嚴重的依賴，哪怕發生電源的短時間中斷也不能忍受，更不用說電力系統癱瘓這樣的嚴重事件了。這些種種原因使人們不得不去思考用電安全、用電規范和用電便捷等一系列與日常生活生產等息息相關的問題，于是，我國出臺了《電力法規》。《電力法規》要求電力供應部門提供安全、經濟、可靠和高質量的電能。電力系統中通常采用繼電保護裝置實現縱聯差動保護來快速準確的操作分支運斷路器切除輸電線路故障或事故分支節點，能夠有效地防止事故的進一步擴大。由于計算機技術的高速發展,一些大型工業企業已實現了對其各級變電站進行遠方集中控制,企業內部的分散變電站實現了無人值班，這給自動重合閘裝置提供了廣闊的應用空間。自動重合閘被大量的使用在架空線輸電和架空線供電線路上，目的是有效及時地阻止事故發生，自動重合閘裝置的運用是當前最有效的措施之一。如果線路運行時發生故障，在繼電保護的作用下，斷路器跳閘，自動重合閘裝置會經過短時間間隔后使斷路器重新合上[2]。1.2設計自動重合閘裝置的意義眾所周知，高壓輸電線路是十分容易發生短路故障的。然而，絕大多數情況下的線路故障都是暫時性的，斷路器跳閘后線路的絕緣性能得到恢復，再次重合能成功，這就提高了電力系統供電的可靠性。其中的少數情況屬永久性故障，自動重合閘裝置動作后靠繼電保護動作再跳開，查明事故原因后給予排除，然后繼續送電。當然，重新合上繼電器的工作可以由供電系統的值班人員手動操作進行，但是因為停電時間過長，輸送給電力用戶的電動機很可能停轉，從而導致效果的不顯著，因此，使用自動重合閘裝置后，當斷路器跳閘后，系統可以自動合閘，大大的節省了人力物力。除此之外，自動重合閘裝置不能判別故障是暫時性的故障還是永久性的故障，因此重合閘后有可能恢復供電，也有可能不能恢復供電。即便如此，根據統計資料，重合閘的成功數與總動作次數之比在70%~90%之間，可見重合閘成功率是相當高的，非常值得人們大量的運用到輸電線路中去[3]。2自動重合閘裝置總體介紹2.1自動重合閘裝置主要功能自動重合閘裝置又稱自動重合器，是用于配電網自動化的一種智能化開關設備，它能夠檢測到故障電流、在給定時間內斷開故障電流并能進行給定次數重合的一種“自具”能力的控制開關。當線路發生短路故障時，它按順序及時間間隔進行開斷及重合的操作。當遇到永久性的故障，在完成預定復位才能解除閉鎖。若重合失敗，則閉鎖在分閘狀態，把事故區段隔開；當故障接觸后，需要手動復位才能解除閉鎖。如果是瞬時性故障，則在循環分、合閘的操作中，無論哪次重合成功，則終止后續的分、合閘，并經過一定延時后恢復初始的整定狀態，為下次故障的來臨做好防備工作。自動重合閘裝置可按預先設定的動作順序進行多次分、合閘的循環操作[4]。2.2自動重合閘的分類按不同的特征來分類，一般的來說常用的自動重合閘分為以下幾種：（1）按重合閘的動作性能來分類，可分為機械式和電氣式。（2）按重合閘作用于斷路器的方式，可分為三相重合閘、單相重合閘和綜合重合閘三種。（3）按動作次數，可分為一次式和多次試。（4）按重合閘的使用條件，可分為單側電源重合閘和雙側電源重合閘。雙側電源重合閘又可分為檢定無壓和檢定同期重合閘、非同期重合閘[5]。2.3高壓線路自動重合閘啟動方式高壓線路自動重合閘的兩種啟動方式為不對應啟動方式以及保護啟動方式。不對應啟動方式的優點為簡單而可靠，還能糾正斷路器誤碰或偷跳，可提高供電的可靠性和系統的穩定性，在各級電網中具有較為良好的運行效果。這是自動重合閘的基本啟動方式。不對應啟動方式對于傳統的自動重合閘，是利用控制開關位置與斷路器位置不相符合的原則啟動自動重合閘。對于綜合自動重合閘型的變電廠、變電站，已經不需要傳統的控制屏，斷路器合閘也不一定要通過控制開關，所以利用控制開關位置與斷路器位置不相符合的原則啟動自動重合閘已經不再適用于新型設施，而是利用跳閘位置繼電器觸點啟動重合閘。保護啟動方式是不對應啟動方式的補充。由保護裝置動作來啟動的。其特點為：僅在保護裝置動作情況下才啟動自動重合閘裝置。因此，這種方式不能自動恢復“誤碰”使斷路器跳閘后的供電[6]。2.4自動重合閘裝置的基本要求自動重合閘裝置的基本要求如下：（1）由值班人員手動跳閘或通過遙控裝置跳閘時，重合閘不應動作。（2）手動合閘時，由于線路上有故障，而隨即被保護跳閘時，重合閘不應動作。（3）當斷路器由繼電保護動作或其他原因跳閘后，重合閘均應動作。（4）自動重合閘裝置的動作次數應符合預先的規定，如一次重合閘就只應實現重合一次，不允許第二次重合。（5）自動重合閘在動作后以后，一般應能自動復歸，準備好下一次故障跳閘的再重合。（6）在雙側電源的線路上實現自動重合閘時，應考慮合閘時兩側電源間的同期問題，即能實現無壓檢定和同期檢定。（7）當斷路器處于不正常狀態（如氣壓或液壓過低等）而不允許實現重合閘時，應自動地將自動重合閘閉鎖。（8）應能和繼電保護配合實現前加速或后加速故障的切除。（9）自動重合閘宜采用控制開關位置與斷路器位置不對應的原則來啟動重合閘[7]。2.5自動重合閘與繼電保護之間的配合自動重合閘與繼電保護配合時，一般采用重合閘前加速保護和重合閘后加速保護兩種方式。2.5.1重合閘前加速保護重合閘前加速保護一般簡稱為“前加速”。多用于單側電源供電，它是指當線路發生短路時，第一次由無選擇性電流速斷保護瞬時切除故障，然后再重合閘，如果是暫時性故障，則重合閘恢復供電。如果是永久性故障，第二次保護動作按有選擇性方式切除故障。前加速保護的優點是：（1）快速地切除瞬時性故障。（2）盡可能的防止出現瞬時性故障發展成永久性故障的情況，從而提高重合閘的成功率。（3）可以保證電力系統的母線電壓的額定電壓值，從而保證用戶的電能質量。前加速保護的缺點是：斷路器的工作條件較為惡劣，動作次數比較多。對于永久性故障，故障切除的時間可能會比較長。如果出現重合閘裝置或斷路器無法合閘的情況，則會使停電范圍擴大，甚至在最末一級線路上故障時，可能會使連接在此條線路上的全部用戶停電。2.5.2重合閘后加速保護重合閘后加速保護一般簡稱為“后加速”。意思是當線路出現第一次故障，繼電保護有選擇性的動作，然后進行重合。對于永久性故障的重合，則在斷路器合閘以后，再進行加速保護動作，瞬時切除故障，值得注意的是，這與第一次動作是否帶有時限是無關的。這樣的配合方式被廣泛應用于35KV及以上的網絡和對重要負荷供電的送電線路上。畢竟在這些線路上通常都會安裝有性能較為完善的保護裝置，例如，距離保護和三段式電流保護等，故第一次選擇性切出故障的時間都是系統運行所允許的，從而更好的切除永久性故障。后加速保護的優點是：（1）第一次有選擇性的切除故障，不會擴大停電的范圍，尤其在一些重要的高壓電網中，一般不允許保護無選擇性的動作以后又以重合閘來糾正。（2）保護了永久性故障能夠瞬時切除，并依然具有選擇性。（3）相比于前加速保護，其使用時不會受到網絡結構和負荷條件的限制。后加速保護的缺點是：（1）每一個斷路器都需配備一套重合閘裝置，故比前加速要復雜。（2）第一次切除故障的時候可能帶有延時[8]。2.6自動重合閘裝置的動作原理在我國電力系統中，由電阻電容放電原理組成的重合閘繼電器所構成的三相一次重合閘裝置應用十分普遍。圖2.1為常見的重合閘繼電器的原理接線圖。線路正常運行時，控制開關SA和斷路器處在對應的合閘狀態,SA21、22接通，KAR失磁，KAR接點(常開接點)斷開，控制電源正極加到重合閘繼電器的17端子上，電容器C經電阻4R充滿電，其充電時間為15~25s，ARD處在準備動作狀態，監視重合閘繼電器運行狀態的信號燈YE亮。當線路發生瞬時性故障或由于某種原因使斷路器跳閘時，控制開關SA和斷路器QF位置不對應，因斷路器跳閘，KAR動作，KAR常開接點閉合啟動重合閘繼電器中的時間繼電器KT，常閉接點KT瞬時斷開，接進電阻5R，保證KT線圈的熱穩定，其延時接點KT1延時閉合，接通了電容器C的中間繼電器KT電壓線圈的放電回路，KM動作，KM電流線圈經KM常開接點、KM線圈、斷路器輔助接點QF1及合閘接觸器KO通電，斷路器合閘。重合成功后，KAR失磁，KT復歸，電容器C再經15～25s時間又重新充滿電，為下次動作做好準備。當線路上發生永久性故障時，斷路器切除故障后由重合閘裝置將斷路器投入，其動作過程同前。以后保護裝置再次動作，由于切除故障的時間遠遠小于15～25s，所以電容器C上充電電壓很低，遠未達到KM的動作電壓值，當延時接點KT1接點閉合時，KM不能動作，此后電容器C上電壓只能保持在很小的數值上(由4R和KM電壓線圈電阻分壓而定)，故不能使KM再次動作，從而保證重合在永久性故障上時，斷路器只能重合一次，不會出現多次重合的現象。手動跳閘時，在預備跳閘位置，SA2、4接通，電容器C上電壓通過電阻6R放電，在跳閘時間內，由于6R、C回路時間常數很小，已將電容器C上電荷放盡，跳閘后SA2、4仍然接通，電容器C僅僅保持很低的電壓，因此當延時接點KT1接點閉合時，KM不可能動作，從而保證了手切斷路器時，ARD不動作。值班人員利用控制開關進行手動合閘到故障線路時，由于通過SA21、22及電阻4R給電容器C充電的時間常數很大，電容器充滿電需15～25s，在此期間保護裝置動作早已將斷路器跳閘。此后延時接點KT1接點閉合接通電容器C對KM的放電回路，由于C上電壓很低，不足以啟動KM，故KM不能動作，從而保證了手合斷路器于故障線路上時，重合閘不動作。當閉鎖重合閘的裝置動作時，如低頻減載裝置動作，此時由閉鎖重合閘的DZJ接點接通電容器C對6R的放電回路，將電容器C上的電荷放掉，保證了重合閘不動作。當重合閘繼電器中的KM接點卡住不能返回時，如重合到永久性故障的線路上時，繼電保護裝置動作，第二次將斷路器跳閘，斷路器將第二次合上，如此反復即發生通常所說的開關跳躍，這樣斷路器會因發生多次重合而損壞，此時，跳躍閉鎖繼電器KLB能防止斷路器的多次重合，當斷路器第二次跳閘時，KLB的電流線圈通電，KLB動作，KLB的常開接點閉合，使KLB自保持，KLB的常閉接點斷開，從而斷開了合閘線圈KO回路，斷路器就不能多次重合。當手動合閘于故障線路上時，KLB同樣能防止因合閘脈沖信號過長而引起斷路器多次重合現象。2.7重合閘方式的選擇原則自動重合閘方式必須根據具體的系統結構及運行條件，經分析后選定。如果選用簡單的三相重合閘方式能滿足具體系統實際需要的線路，都應當選用三相重合閘方式。尤其對于那些處于集中供電地區的密集環網中，線路跳閘后不進行重合閘也能穩定運行的線路，更宜采用整定時間適當的三相重合閘。對于這樣的換網線路，能否快速切除故障是首要考慮的問題。一旦發生單相接地故障時，若使用三相重合閘不能保證系統穩定，會導致局部地區系統出現停電或對重要負荷停電的線路造成影響，這個時候應選用單相或綜合重合閘方式。單相重合閘方式和綜合重合閘方式適用于220KV及以上的電網系統中，其對系統恢復供電有較好的效果。此外，檢定無壓或檢定同期重合閘方式適用于兩端均有電源的線路和不允許非同期合閘的線路。雙回線路上可直接檢定另一回線路上有無電流通過來判定是否同期。非同期重合閘方式并列運行的發電廠或電力系統之間應有三條或三條以上緊密聯系的線路并且非同期重合閘時產生的沖擊電流未超過規定的允許值。重合后電力系統可以很快恢復同期運行時。這樣非同期重合閘所產生的振蕩過程中，對重要負荷的影響較小[9]。2.8重合閘可能會造成的不良后果很多事物都具有兩面性，自動重合閘裝置也不例外。在采用自動重合閘裝置后，對于永久性故障后的重合閘，可能會造成以下不良后果：（1）使得斷路器的負擔加重，因為其要在很短的時間內連續跳閘2次。（2）使得電力系統再一次受到短路大電流的沖擊，從而引起電力系統的振蕩[10]。2.9自動重合閘裝置的控制方式自動重合閘裝置的控制方式主要有兩種：一種是采用單片機來控制自動重合閘，另一種是用PLC來控制自動重合閘。傳統的自動重合閘裝置由各種繼電器及控制開關構成,由于連接導線繁多,繼電器的壽命有限,容易發生裝置的誤動和拒動,影響電力系統的可靠性;其定時單元由機電式或晶體管式時間繼電器構成,誤差大且調整不方便,影響上下級保護裝置動作時限的配合；裝置的功能單一,不利于實現電力系統自動化,且體積大,有色金屬消耗多,噪音又很大。目前隨著可編程邏輯控制器價格下降，其應用不斷普及，同時，其本身所具有的可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、體積小、功耗低、便于維護等特點使得它成為工控領域的首選控制器。所以利用可編程邏輯控制器構成自動重合閘裝置的控制系統,可以克服傳統控制方式的不足,而且具有連線簡單,工作可靠,便于調試、調整和維護,還有和計算機聯網進行遠程集中控制等優點[11]。3自動重合閘控制系統設計方案3.1自動重合閘的配置原則技術規程規定自動重合閘的配置原則如下：（1）1KV及以上架空線路及電纜與架空混合線路，在具有斷路器的條件下，當用電設備允許且無備用電源自動投入時，應裝設自動重合閘裝置。（2）旁路斷路器和兼作旁路母線斷路器或分段斷路器，應裝設自動重合閘裝置。（3）低壓側不帶電源的降壓變壓器，可裝設自動重合閘裝置。（4）必要時，母線故障也可采用自動重合閘裝置。3.2設計主要實現功能本次設計的自動重合閘的功能主要包括：PLC的采集電壓信號，判斷當電流過大時自動斷閘，當電流恢復安全電流時自動合閘的功能。3.3裝置部分簡單介紹本次設計的自動重合閘裝置硬件部分如下：（1）合閘接觸器：主要負責電源通斷作用，由PLC輸出點控制打開與關閉。（2）按鈕：手動控制分閘合閘。（3）指示燈：顯示系統運行時的當前狀態。（4）熔斷器：防止裝置短路時電流過大損壞設備。3.4自控部分介紹本裝置應用了PLC實現電動機的運行控制。可實現起、停控制。自動重合閘的工作流程由PLC進行數字量處理，運算，判斷電流是否安全信號。對裝置進行合閘，分閘操作。3.5控制過程介紹系統采用了較為流行和先進的PLC控制技術來控制整個工作過程，具體過程如下：

（1）采集信號。對電壓信號進行采集，判斷是否為安全電流。（2）自動控制。當電流大于安全信號以后進行斷閘操作，電流達到安全電流及以下時進行合閘操作。

（3）手自動切換。選擇系統手動時，可以手動通過按鈕控制合閘、分閘。自動狀態時，PLC根據采集信號進行合閘、分閘。4自動重合閘控制系統的硬件設計4.1PLC在本設計中的具體介紹及其特點先進PLC的發展代表著國家的綜合科技實力和水平，目前許多先進工業國家都已將PLC技術列為21世紀高科技發展計劃。PLC的發展呈現兩個突出特點：一個是在橫向上，PLC的應用領域在不斷的擴大，正從傳統的制造向人類工作和生活的各種領域擴展，PLC的種類日趨增多；另一方面是在縱向上，隨著需求范圍的擴大，PLC的結構和形態發展多樣化，高端系統呈現明顯的仿生和智能特征，其特性不斷提高，功能不斷擴展和完善，各種PLC向更智能化和人類社會更密切的融合方向發展，PLC就是專為工業生產自動化控制設計的，一般而言，無需任何保護措施就可以直接在工業環境中使用。然而，當生產環境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產生無輸入并引起無輸出，這將會造成設備的失控和誤動作，從而不能保證PLC的正常運行。要提高PLC控制系統可靠性，一方面生產廠家要提高PLC的抗干擾能力；另一方面，要在設計、安裝和使用維護中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對PLC的影響[12]。PLC從其產生到現在，實現了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現了邏輯控制到數字控制的進步；其應用領域從小到大，實現了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。PLC在處理模擬量、數字運算、人機接口和網絡的各方面能力強大，是工業控制領域的主流控制設備，在各行各業發揮著越來越大的作用。目前，PLC的應用，解決了存在的諸多問題。PLC內部大量的軟繼電器可以替代眾多的實物元件，可在實現原有控制電路功能的途徑上有更好的選擇。簡而言之，PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：（1）電源。可編程邏輯控制器的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設計和制造也十分重視。與普通電源相比，可編程邏輯控制器的電源穩定性好、抗干擾能力強，對電網提供的電源穩定度要求不高，一般交流電壓波動在±15%范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。PLC一般使用AC220V電源或DC24V電源。內部的開關電源為各模塊提供不同電壓等級的直流電源，小型PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供DC24V電源，驅動PLC負載的直流電源一般由用戶去提供。（2）中央處理單元(CPU)。中央處理單元是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構成冗余系統，或采用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統仍能正常運行。（3）存儲器。存儲器主要有兩種，一種是隨機存儲器（RAM），另一種是只讀存儲器（ROM）。在PLC中，存儲器主要用于存放系統程序、用戶程序及工作數據。其中，系統程序是由PLC制造廠家編寫的，和PLC的硬件組成有關，完成系統診斷、命令解釋、功能子程序調用管理、邏輯運算、通信及各種參數設定等功能，提供PLC的運行平臺，由于系統程序關系到PLC的性能，所以是由制造廠家固化在只讀存儲器中，用戶不能修改。用戶程序是視PLC的控制對象而定的，由用戶根據對象生產工藝的控制要求而編制的，為了方便讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態RAM中，用鋰電池作為后備電源以免信息的丟失，當用戶程序經過運行正常，不需要改變的時候，可將其固化在只讀存儲器EPROM中。工作數據是PLC運行過程中經常變化、存取的一些數據，存放在RAM中以適應隨機存取的要求，在PLC的工作數據存儲器中，設有存放輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時器和計數器等邏輯期間的存儲區，這些器件的狀態都是由用戶程序的初始設置和運行情況而確定的。根據需要，部分數據會在斷電后用后備電池維持現有狀態，這部分在斷電時可保存數據的存儲區域稱為保持數據區。（4）輸入/輸出單元。輸入/輸出單元也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業生產現場之間的連接部件。PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數據，以這些數據作為PLC對被控制對象進行控制的依據，同時PLC又通過輸出接口將處理結果送給被控制對象，以實現控制目的。I/O接口的主要類型有：數字量輸入、數字量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出等。常用的開關量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口。常用的開關量輸出接口按輸出開關器件不同有三種類型：繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。PLC的I/O接口所能接受的輸入信號個數和輸出信號個數稱為I/O點數。I/O點數是選擇PLC的重要依據之一，當系統的I/O點數不夠時，可通過PLC的I/O擴展接口對系統進行擴展。（5）功能模塊。如計數、定位等功能模塊。（6）通信模塊。當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執行三個階段，分別為：輸入采樣階段、用戶程序執行階段和輸出刷新階段[13]。如圖4.1所示為PLC的基本結構圖。輸輸入接口中央處理單元CPU輸出接口電源存儲單元圖4.1PLC基本結構圖4.2PLC型號的選擇日本三菱公司生產的FX2N系列PLC是當中的先進系列。由于FX2N系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力[14]。三菱FX2N系列PLC的實物圖如圖4.2所示，三菱FX2N系列PLC技術參數如表4.1。圖4.2三菱FX2N-32MR表4.1三菱FX2N系列PLC技術參數名稱性能規格運算控制方式存儲程序反復運算方式、中斷命令輸入輸出控制方式批處理方式程序語言繼電器符號+步進梯形圖方式程序存儲器最大存儲容量16K步，有磁盤保護功能內置存儲器容量9K步可選存儲卡盒RAM8K指令種類順控先進梯形圖順控指令27條步進梯形圖指令2條應用指令128種298個運算處理速度基本指令0.08/指令應用指令1.52-數百/指令輸入輸出點數擴展并用時輸入點數X0-X287184點（8進制）擴展并用時輸出點數Y0-Y287184點（8進制）擴展并用時總點數256點輔助繼電器一般用500點保持用524點保持用2048點特殊用156點4.3接觸器的選擇交流接觸器利用主接點來開閉電路，輔助觸點導通控制回路。主接點一般是常開接點，而輔助接點常有兩對常開接點和常閉接點，小型的接觸器也經常作為中間繼電器配合主電路使用。交流接觸器的接點由銀鎢合金制成，具有良好的導電性和耐高溫燒蝕性。交流接觸器動作的動力源于交流通過帶鐵芯線圈產生的磁場，電磁鐵芯由兩個“山”字形的幼硅鋼片疊成，其中一個固定鐵芯，套有線圈，工作電壓可多種選擇。為了使磁力穩定，鐵芯的吸合面加上短路環。交流接觸器在失電后，依靠彈簧復位。另一半是活動鐵芯，構造和固定鐵芯一樣，用以帶動主接點和輔助接點的閉合斷開。20安培以上的接觸器加有滅弧罩，利用電路斷開時產生的電磁力，快速拉斷電弧，保護接點。接觸器具可高頻率操作，做為電源開啟與切斷控制時，最高操作頻率可達每小時1200次。接觸器的使用壽命很高，機械壽命通常為數百萬次至一千萬次，電壽命一般則為數十萬次至數百萬次。本次設計選用型號為CJX2-9的交流接觸器，該型號交流接觸器具有體積小、重量輕、壽命長及功耗小的優點[15]。如圖4.3所示為CJX2-9交流接觸器。圖4.3CJX2-9交流接觸器4.4PLC系統的硬件連接本自動重合閘裝置設計的硬件部分由交流接觸器、熔斷器及數個按鈕和相應指示燈組成。PLC分為繼電器輸出及晶體管輸出的。區別有以下幾點：（1）繼電器輸出負載可以是交流負載，也可以是直流負載，而晶體管輸出，負載只能是直流負載；（2）繼電器輸出要求的線圈工作電流比較大，而晶體管輸出對電源要求比較小；（3）繼電器輸出工作頻率不能很高，否則繼電器會很快損壞，而晶體管輸出可以工作在高頻狀態；（4）繼電器輸出控制部分和負載部分是完全隔離的，而晶體管輸出則控制和輸出沒有電路上的隔離。晶體管輸出這個電壓不需要外接電壓。繼電器輸出就是一個開關閉合了，要工作肯定要自己的電源。晶體管輸出就是負載是Rc電阻或者是Re電阻。鑒于晶體管輸出的電流不高，無法直接帶動交流接觸器，故PLC選擇了三菱系列產品繼電器輸出FX2N-32MR。其主要性能有：數字量有十六個輸入點和十六個輸出點；用的是交流220V電壓源；其允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應；其六個高速計數器（30KHz）具有可編程并能夠復件輸入，2個獨立的輸入端口可同時作為加、減計數，可連接兩個相位差為90°的A/B相增量編碼器；FX2N-32MR的PLC可方便地用數字量和模擬量拓展模塊進行擴展，可使用仿真器（選件）對本機輸入信號進行仿真，用于調試用戶程序。FX2N-32MR支持本機的RS422和擴展的485自由口協議的通訊能力。如圖4.4所示為PLC電氣控制圖。圖4.4PLC電氣控制圖如圖4.5所示為PLC的本機接線圖。圖4.5PLC本機接線圖

5自動重合閘控制系統的軟件設計5.1可編程序控制器I/O分配開關量I/O模塊的選擇：開關量I/O模塊的不同，直接關系到I/O點數的多少，對PLC的應用范圍會產生影響，選擇時主要考慮點數、外部電路的性質和結構、電壓的形式和范圍等。如表5.1所示為系統的I/O分配表。表5.1系統I/O分配表輸入輸出元件端口地址功能元件端口地址功能DLX000斷路器狀態HCY000分閘繼電器LJX001過流保護繼電器TQY001合閘繼電器XK1X002開關XJY002自動合閘顯示XK2X003開關BJY003報警SA1X004閉鎖復位按鈕SA2X005手動跳閘按鈕SA3X006手動合閘按鈕如圖5.1所示為PLC的外部接線圖。圖5.1PLC的外部接線圖如果是無源輸入信號例如按鈕、行程開關等，可以根據現場與PLC的距離遠近來選擇電壓的高低。輸出模塊所起的作用是將PLC內部低電平的控制信號隔離、轉換為外部所需的輸出信號，以驅動PLC的外部負載。在選擇時應注意，模塊與外部接線的方式、輸出電壓的額定限度、外部輸出點同時接通的影響、選擇輸出方式等。I/O地址分配目的是讓主CPU模塊能夠訪問其他的模塊，進行數據的交換。在進行I/O地址分配時，要特別注意不要產生地址沖突的錯誤。5.2PLC的控制程序設計如圖5.2所示為自動重合閘裝置設計的梯形圖。圖5.2自動重合閘裝置設計的梯形圖5.3工作原理分析梯形圖如圖5.2所示。其工作原理如下:當斷路器合閘時，其常開輔助觸點DL(X0)閉合；線路發生故障時，過流保護繼電器LJ(X1)常開觸點閉合。（1）當開關XK2(X3)閉合，自動重合閘工作于前加速保護狀態，線路發生故障時，X1閉合，Y1通過X3和M201的常閉觸點得電跳閘，斷路器輔助常閉觸點X0接通T0，經過T0延時，M202的線圈得電，M202的常開觸點閉合經T3延時后Y0得電合閘；合閘后M201得電并自鎖，其常閉觸點斷開快速跳閘回路；如故障消除，經T1延時時間到后，自動復歸快速跳閘回路；如永久性故障，則在本級T2過流保護延時到后，接通Y1跳閘，同時置位M101，閉鎖延時合閘T0回路并報警。（2）當開關XK2(X3)斷開，自動重合閘工作于后加速保護狀態，線路發生故障時，X1閉合，在本級T2過流保護延時到后，接通Y1跳閘，隨后延時合閘，合閘后M201得電并自鎖，同時M201與X003的常閉觸點接通快速跳閘回路，如故障消除，自動復歸快速跳閘回路；如永久性故障，當過流保護繼電器X1再次閉合后，Y1得電快速跳閘，同時置位M101，閉鎖延時合閘T0回路并報警。（3）當開關XK1(X2)閉合時，程序工作在自動重合閘方式，并閉鎖手動控制方式；反之亦然。此信號和手動操作信號可來自主控室，對自動重合閘裝置進行遠程控制。（4）當自動重合閘裝置閉鎖和報警后，必須按開關SA1復位，自動重合閘裝置才能再次工作。復位信號可來自主控室。控制系統中的自動重合閘控制方式控制信號和復位信號均可以接收來自遠程控制的信號，從而實現自動重合閘的遠距離控制，滿足變電站無人值班的技術要求。

6系統調試PLC采用循環掃描的工作方式，即每一次狀態變化需一個掃描周期。其循環掃描時間一般為幾毫秒至幾十毫秒。整個過程分為內部處理、通訊、輸入處理、執行程序和輸出處理幾部分。首先對硬件的電源進行調試，按照PLC電源的接入方式，“L”、“N”端子接入交流220V電源，三菱PLC上面的POWER指示燈變綠，表明接入電源方式正確。接著將硬件與PLC連接上，打開PLC編程軟件GXDeveloper。通過PLC編程軟件將程序寫入PLC中。其次進行系統調試，接通電源后，PLC對硬件和軟件作初始化工作，系統對電壓信號進行采集，判斷是否為安全電流。若是安全電流，合閘指示燈亮。該自動重合閘裝置設計加入了手動工作方式，手動工作方式時，通過按鈕控制合閘、分閘，這樣可以單獨對每個步驟進行驗證，從而縮小出現故障后查找故障源的范圍，起到提高調試效率的目的。對于自動工作方式，就是通過調節裝置上的2檔按鈕，一檔表示危險電壓，一檔表示安全電壓，經過PLC采集程序的運算，電壓過大時，分閘指示燈亮，表示裝置處于分閘狀態。按下安全電壓按鈕，電壓恢復安全值時，合閘指示燈亮，表示裝置重新合閘。達到了原計劃中的預定效果。7結論本次畢業設計的選題是針對目前PLC自動重合閘的使用現狀，以這次設計為契機，本著從理論上、從學科建設角度去探尋一種比較規范的PLC自動重合閘裝置的使用和設計思想，遵循共性與特性相結合的原則。理論介紹部分：理論是實踐的指導。只有在儲備足夠量的理論基礎之上，才能在分析和解決各種問題上自由的發揮。通過對基于PLC控制自動重合閘的學習與分析，可以掌握任何一種PLC應用都有共同的一面，不同的只是具體的控制與執行的差別。在PLC方面，可以通過其現有的資源，再配備必要的外圍芯片，可以設計一個以PLC為核心的各種各樣的控制器系統。軟硬件設計部分：這是本論文的核心部分。由以上的理論的儲備，利用PLC完全可以設計一個復雜的控制器系統。在此基礎上，通過對于自動重合閘系統的具體分析，首先確定系統的各個單元的組成。然后，針對各個單元，分析原理、選擇器件。最后設計出各個系統的原理圖。軟件的設計向來是建立在硬件的基礎之上的。以原理為基礎，設計出系統的梯形圖，構成一個完整的自動重合閘控制系統。傳統的自動重合閘裝置與PLC構成的重合閘裝置相比之下,不難看出,基于PLC控制的自動重合閘裝置具有以下優點：（1）PLC除了要進行簡單的I/O外接線外,其所完成的邏輯功能是由軟件完成的,因此PLC構成的自動重合閘裝置可節省許多繼電器,減少大量的中間連線,從而減少了故障點,提高了系統的可靠性。（2）由于PLC內部有許多輔助繼電器,利用這些軟繼電器可充分施展各種連鎖保護,使系統的控制功能更加完善,控制精度進一步提高。（3）由PLC構成的重合閘裝置是靠內部軟件完成各種邏輯控制的,因此使用壽命遠遠高于由傳統繼電器硬件構成的重合閘裝置,況且通過PLC進行編程容易,調試簡單,使用方便。現代工業是計算機運用、信息技術、線代管理技術和先進工藝技術等多學科交叉綜合的結果，是科學技術知識應用的高度體現，同時更關乎著祖國的發展和社會的進步，加強高校相關專業學生在這個領域的競爭力，培養掌握PLC技術以及PLC網絡技術相關人才，具有十分重大的國家戰略意義和現實意義。本次設計利用了三菱公司開發的系列PLC通過軟件程序的編寫，由于水平有限，所做的研究、開發工作不夠深入，本次設計的確存在一定的缺點：此梯形圖設計比較簡單，實現功能也比較單一，并且只是理論構想，并沒有運用于實際的自動重合閘控制中，在實際運用中可能會存在很多不足之處，所以，有很多地方還需改進。參考文獻[1]張保全,尹項根.電力系統繼電保護[M].北京:中國電力出版,2010.[2]韓順杰,蔡長青.電氣控制技術[M].北京:北