【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 大小。相位判別檢測(cè)電路：相位差就是電壓超前或滯后電流的差值，在本設(shè)計(jì)中我們不但要測(cè)量出相位差的大小還要判斷出電壓超前還是滯后了，首先對(duì)相位差進(jìn)行測(cè)量。輸入兩路同頻率的正弦波信號(hào)，當(dāng)兩路信號(hào)的頻率相同時(shí)，相角差θ=φ1—φ2是一個(gè)與時(shí)間無(wú)關(guān)的常數(shù),將此兩路正弦波信號(hào)經(jīng)過(guò)放大整形成兩路占空比為50%的正方波信號(hào)ff2，經(jīng)過(guò)異或門(mén)輸出一個(gè)脈沖序列A，與晶振產(chǎn)生的基準(zhǔn)脈沖波B進(jìn)行與操作得到調(diào)制后的波形C，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)B、C中脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行,計(jì)數(shù)得Nc、Nb，則其相位差計(jì)算公式為θ=180176。Nc/Nb，采用多個(gè)周期計(jì)數(shù)取平均值的方式以提高測(cè)相精度。波形如下圖所示:F1 F2 A B C 圖32 相位檢測(cè)波形圖相位極性判別電路:將波形整形電路的兩路輸出方波送入D觸發(fā)器中進(jìn)行相位極性判別，當(dāng)U0超前U1時(shí)，Q端輸出高電平，反之輸出低電平，極性判別的原理圖如33所示。D QCP OUTS“1”U0U1圖33 相位判別電路相位檢測(cè)和判別的接線圖如圖34所示：1amp。amp。1amp。1amp。UI觸發(fā)器信 號(hào)電壓超前時(shí)相 位 差電流超前時(shí)相 位 差圖34 相位檢測(cè)和判別的接線圖 無(wú)功功率單元與電平比較單元將檢測(cè)到的無(wú)功功率量的大小轉(zhuǎn)換為電壓值或電流值，該值與設(shè)定的參考值比較發(fā)出投入或切除電容器的控制信號(hào)。 投切控制部分由電平比較單元產(chǎn)生的投切控制信號(hào)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換后進(jìn)入單片機(jī)或其他控制器，啟動(dòng)相應(yīng)的時(shí)序控制程序，控制器按照規(guī)定的程序步驟，發(fā)出晶閘管通斷指令和接觸器通斷指令，該指令通過(guò)功率放大和光電隔離后，驅(qū)動(dòng)晶閘管和交流接觸器按預(yù)先設(shè)定的程序適時(shí)動(dòng)作，確保安全可靠地對(duì)電容器進(jìn)行投切操作。當(dāng)電網(wǎng)某相電壓、欠壓、欠流及諧波超限或電壓不平穩(wěn)超限時(shí)，快速切除補(bǔ)償電容器、以免設(shè)備損壞。電子式無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償控制器在實(shí)際應(yīng)用中存在不少問(wèn)題，如容易受外界干擾及灰塵等因素影響出現(xiàn)故障；各部分控制功能因全由電子線路實(shí)現(xiàn)，器件多、過(guò)程復(fù)雜，難于快速準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)；當(dāng)檢測(cè)電路無(wú)功運(yùn)算等電路出現(xiàn)故障時(shí)，缺少投切保護(hù)功能；當(dāng)接觸器或繼電器粘連時(shí)，無(wú)法及時(shí)報(bào)警及保護(hù)等。 PLC選型及模擬量擴(kuò)展模塊的選擇設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)選用西門(mén)子s7200CPU226作為控制主機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)和性能如下所示:表31 西門(mén)子s7200CPU226技術(shù)參數(shù)描述 CPU 226 DC/DC/DC CPU 226 AC/DC/繼電器 物理特性 尺寸 (W X H X D) 重量 功耗 196 x 80 x 62 mm 550 g 11 W 196 x 80 x 62 mm 660 g 17 W 存儲(chǔ)器特性 程序存儲(chǔ)器 在線程序編輯時(shí) 非在線程序編輯時(shí) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 裝備(超級(jí)電容) (可選電池) 16384 bytes 24576 bytes 10240 bytes 100小時(shí)/典型值(40176。C時(shí)最少70小時(shí)) 200天/典型值 16384 bytes 24576 bytes 10240 bytes 100小時(shí)/典型值(40176。C時(shí)最少70小時(shí)) 200天/典型值 I/O特性 本機(jī)數(shù)字量輸入 本機(jī)數(shù)字量輸出 本機(jī)模擬量輸入 本機(jī)模擬量輸出 數(shù)字I/O映象區(qū) 模擬I/O映象區(qū) 允許最大的擴(kuò)展I/O模塊 允許最大的智能模塊 脈沖捕捉輸入 高速計(jì)數(shù)器 總數(shù) 單相計(jì)數(shù)器 兩相計(jì)數(shù)器 脈沖輸出 24 輸入 16 輸出 無(wú) 無(wú) 256 (128輸入/128輸出) 64(32輸入/32輸出) 7個(gè)模塊 7個(gè)模塊 24 6個(gè) 6，每個(gè)30KHz 4，每個(gè)20KHz 2個(gè)20KHz(僅限于DC輸出) 24 輸入 16 輸出 無(wú) 無(wú) 256 (128輸入/128輸出) 64(32輸入/32輸出) 7個(gè)模塊 7個(gè)模塊 24 6個(gè) 6，每個(gè)30KHz 4，每個(gè)20KHz 2個(gè)20KHz(僅限于DC輸出) 常規(guī)特性 定時(shí)器總數(shù) 1ms 10ms 100ms 計(jì)數(shù)器總數(shù) 內(nèi)部存儲(chǔ)器位掉電保持 時(shí)間中斷 邊沿中斷 模擬電位器 布爾量運(yùn)算執(zhí)行時(shí)間 時(shí)鐘 卡件選項(xiàng) 256個(gè) 4個(gè) 16個(gè) 236個(gè) 256(由超級(jí)電容或電池備份) 256(由超級(jí)電容或電池備份) 112(存儲(chǔ)在EEPROM) 2個(gè)1ms分辨率 4個(gè)上升沿和/或4個(gè)下降沿 2個(gè)8位分辨率 內(nèi)置 存儲(chǔ)卡和電池卡 256個(gè) 4個(gè) 16個(gè) 236個(gè) 256(由超級(jí)電容或電池備份) 256(由超級(jí)電容或電池備份) 112(存儲(chǔ)在EEPROM) 2個(gè)1ms分辨率 4個(gè)上升沿和/或4個(gè)下降沿 2個(gè)8位分辨率 內(nèi)置 存儲(chǔ)卡和電池卡 集成的通信功能 圖35 S7200CPU226圖36 CPU226 CN DC/DC/DC端子連線圖用s7200CPU226PLC實(shí)現(xiàn)的投切電路結(jié)構(gòu)原理如圖37所示，利用這樣的線路結(jié)構(gòu)，無(wú)功補(bǔ)償補(bǔ)償裝置變得條理清晰，易于理解，并且在原自動(dòng)投切、手動(dòng)投切的基礎(chǔ)上，利用PLC中CPU內(nèi)部的日歷時(shí)鐘可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)投切控制。當(dāng)檢測(cè)電路或模擬單元出現(xiàn)故障時(shí)，可以按實(shí)時(shí)時(shí)間自動(dòng)投切。如果用戶每天的工作大體一致，那么實(shí)測(cè)作出功率因數(shù)曲線后，可以不用模擬單元，只用圖中虛線內(nèi)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切。同時(shí)可以通過(guò)檢測(cè)各接觸器的狀態(tài)作出相應(yīng)的保護(hù)和報(bào)警輸出。 PLC 模擬單元檢測(cè)電路過(guò)壓保護(hù)額定值調(diào)節(jié) S7200 PLC主機(jī) ~ ~ 投切接觸器 自動(dòng)控制 報(bào)警 手 自 手動(dòng) 各接 實(shí)時(shí) 觸器 自動(dòng) 動(dòng) 動(dòng) 投切 狀態(tài) 投切 圖37 PLC實(shí)現(xiàn)的投切電路結(jié)構(gòu)原理圖模擬量輸入接口模塊：在工業(yè)控制中，經(jīng)常會(huì)遇到連續(xù)變化的物理量——模擬信號(hào)，如電流、電壓、溫度、壓力、位移、速度等等。如果要對(duì)這些模擬量進(jìn)行采集并送給CPU模塊，必須對(duì)這些模擬量進(jìn)行摸/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換。才能使可編程器接收這些數(shù)據(jù)。模擬量輸入模塊就是用來(lái)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC所能接收的數(shù)字信號(hào)6模擬量輸入模塊的功能就是進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，一般都是將模擬量輸入的采樣值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，然后再把輸入通道號(hào)及其它信號(hào)一起送到系統(tǒng)的內(nèi)部總線上。模擬量輸入模塊有各種不同的類型，例如：0～10V、5～+5V、4～20mA 等各種范圍的模塊。不管何種類型，除了輸入四路略有不同外，其他內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)完全一樣。有的系統(tǒng)用外加輸入量程子模塊來(lái)解決，可使得同一模擬量模塊適應(yīng)不同的輸入范圍。模擬量輸入接口模塊的主要技術(shù)性能有：（1） 輸入通道數(shù)：4路、6路、8路等；（2） 輸入信號(hào)：電壓輸入0～+5V，電流信號(hào)4～20mA；（3） A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)：8位、10位、12位或14位（均為二進(jìn)制）；（4） 轉(zhuǎn)換精度：%～%；（5） 線性度（滿量程）：+%（環(huán)境溫度+25℃）；（6） 轉(zhuǎn)換時(shí)間：小于50ms。 可以看出，位數(shù)越多，其分辨率越高對(duì)于有較高分辨率要求的模擬量。模擬量輸入端的接線方式：可以連接電壓信號(hào)也可以連接電流信號(hào)，具體接線方式如圖38所示。其中，1）—用帶屏蔽的雙絞線；2）— 入端的輸入阻抗；3）— 輸入端連接電流信號(hào)時(shí)，將v+端和I+端短接；4）— 如果外部信號(hào)源有噪聲或紋波干擾，則可以在輸入端連接一個(gè)濾波電容，其容量為：~。V+I+COMSLDV+I+COMSLD0 ~ 177。10V0 ~ 177。20mA①CH1CH4②接地③④250500500250500500圖38 模擬量輸入端接線圖當(dāng)輸入的模擬量是電壓信號(hào)時(shí)，將電壓信號(hào)分別連接到“V+”和“COM”端；當(dāng)輸入的模擬量是電流信號(hào)時(shí)，將電流信號(hào)分別連接到“I+”和“COM”端，并且用導(dǎo)線將該通道的“V+”和“I+”端連接起來(lái)。信號(hào)源與輸入端之