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基于西门子S7?200PLC的电流互感器二次防开路系统.pdf

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基于 西门子 S7 200 PLC 电流 互感器 二次 开路 系统
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摘要
申请专利号:

CN201611044699.7

申请日:

2016.11.24

公开号:

CN106483353A

公开日:

2017.03.08

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G01R 15/18申请日:20161124|||公开
IPC分类号: G01R15/18 主分类号: G01R15/18
申请人: 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院; 国家电网公司
发明人: 刘罡; 田奎; 路俊海; 李丹; 马晓奇; 李永臣; 孙长河; 芦嘉辉; 郝新; 刘芮彤
地址: 110006 辽宁省沈阳市和平区四平街39-7号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 辽宁沈阳国兴知识产权代理有限公司 21100 代理人: 何学军
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611044699.7

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.04.05|||2017.03.08

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及测量用电流互感器领域以及西门子PLC控制领域,尤其涉及一种基于西门子S7?200PLC的电流互感器二次防开路系统。是以西门子S7?200PLC为核心的电流互感器二次防开路控制系统。本发明是在测量用电流互感器二次回路中,串入电流互感器二次防开路系统;具体是由电源单元、校验单元以及控制单元三部分组成;其中电源单元的组成包括接触器、调压器和升流器;校验单元的组成包括标准电流互感器、被试电流互感器、互感器校验仪。本发明具有结构简单,设计合理的特点,能够有效解决在电流互感器校验中因工作人员疏忽等原因导致的电流互感器二次开路的问题,有效保护了人员和设备的安全。

权利要求书

1.基于西门子S7-200PLC的电流互感器二次防开路系统,其特征是:在测量用电流互感
器二次回路中,串入电流互感器二次防开路系统;具体是由电源单元、校验单元以及控制单
元三部分组成;其中电源单元的组成包括接触器、调压器和升流器;校验单元的组成包括标
准电流互感器、被试电流互感器、互感器校验仪。
2.根据权利要求1所述的基于西门子S7-200PLC的电流互感器二次防开路系统,其特征
是?#26680;?#36848;接触器的输入为220V交流电源,输出至调压器输入,接触器通过防开路系统的输出
触发;调压器输出至升流器的输入;升流器输出一端接标准电流互感器一次非极性端L2,升
流器另一端接被试电流互感器一次非极性端L2。
3.根据权利要求1所述的基于西门子S7-200PLC的电流互感器二次防开路系统,其特征
是?#26680;?#36848;标准电流互感器一次极性端L1和被试电流互感器一次极性端L1相连,标准电流互
感器一次非极性端L2、被试电流互感器一次非极性端L2分别?#30001;?#27969;器两个输出端子;标准
电流互感器二次极性端K1和被试电流互感器二次极性端K1相连,同时与互感器校验仪K相
连;标准电流互感器二次非极性端K2接互感器校验仪T0;被试电流互感器二次非极性端K2
接控制单元(防开路系统)输入一端,控制单元输入另一端与负?#19978;?#20018;联后接互感器校验仪
TX。
4.根据权利要求1所述的基于西门子S7-200PLC的电流互感器二次防开路系统,其特征
是?#26680;?#36848;控制单元采用西门子PLC的S7-200作为处理器,外设晶振、电源、A/D转换电路、D/A
转换电路;其中A/D转换电路为PLC内置电路,直接?#23588;?#21040;S7-200PLC输入IO口中;D/A转换电
路采用DAC0832芯片,PLC输出IO口接D/A转换电路(DAC0832芯片)输入;外设晶振电路采用
8MHz晶振,接PLC晶振IO口;外设电源采用220V工?#21040;?#27969;电源,PLC的L1接电源正极,PLC的N
接电源负极。
5.根据权利要求1所述的基于西门子S7-200PLC的电流互感器二次防开路系统,其特征
是?#26680;?#36848;电源单元,在电源单元中,220V电源与接触器主触点输入相连,主触点输出与调压
器相连,接触器辅助触点与防开路系统输出相连,调压器输出与升流器输入相连,升流器输
出串联在电流互感器一次回路中。
6.根据权利要求1所述的基于西门子S7-200PLC的电流互感器二次防开路系统,其特征
是?#26680;?#36848;电源单元,电源采用220V工?#21040;?#27969;电源,PLC的L1接电源正极,PLC的N接电源负极;
晶振电路采用8MHz晶振,内部RC震荡;?#27425;?#30005;路为低电平?#27425;唬籄/D电路采用PLC内部独立A/
D电源供电,与PLC数字量输入相连;D/A转换电路采用DAC0832芯片,8为数据输入线D0-D7与
PLC数字量输出相连。
7.根据权利要求1所述的基于西门子S7-200PLC的电流互感器二次防开路系统,其特征
是?#26680;?#36848;电源单元通过接触器控制电路开断,接触器采用施耐德交流接触器LC1D65,主触头
采用常闭触点,单相输入输出;调压器采用苏州电器总厂TDGC2J-20型调压器,额定输入电
压220V,额定输出电压0-250V,额定容量20kVA,额定输出电流80A;升流器采用沈阳中川计
量技术有限公司HA-10/3型电流发生器,额定容量20kVA,最大输出电流5000A,工作频率
50Hz,输入电压0-250V,最大输入电流45A。
8.根据权利要求1所述的基于西门子S7-200PLC的电流互感器二次防开路系统,其特征
是?#26680;?#36848;在测量用电流互感器二次回路中,串入电流互感器二次防开路系统,具体是:将标
准电流互感器、被试电流互感器的一次和二次分别串联;其中,防开路系统串联在二次电路
中,二次回路通过防开路系统的A/D滤波转换电路?#23588;隤LC的I/O输入接口;PLC的I/O输出接
口通过D/A转换电路与电源单元中的交流接触器相连。

说明书

基于西门子S7-200PLC的电流互感器二次防开路系统

技术领域

本发明涉及测量用电流互感器领域以及西门子PLC控制领域,尤其涉及一种基于
西门子S7-200PLC的电流互感器二次防开路系统。它是一种以西门子S7-200PLC为核心的电
流互感器二次防开路控制系统。

背景技术

在测量用电流互感器的使用中,最为重要的注意事项是运行中的电流互感器二次
线路不许开路。电流互感器正常工作时,二次回路近于短路状态。这时二次电流所产生的二
次绕组磁动势F2对一次绕组磁动势F1有去磁作用,因此合成磁势F0=F1-F2不大,合成磁通
φ0也不大,二次绕组内感应电动势E2的数值最多不超过几十伏。因此,为了减少电流互感
器的尺寸和造价,互感器铁心的截面是根据电流互感器在正常工作状态下合磁磁通φ0很
小而设计的。 使用中的电流互感器如果发生二次回路开路,二次绕组磁动势F2等于零,一
次绕组磁动势F1?#21592;?#25345;不变,且全部用于激磁,合成磁势F0=F1,这时的F0较正常时的合成
磁势(F1-F2)增大了许多倍,使得铁心中的磁通?#26412;?#22320;增加而达到饱和状态。由于铁心饱和
致使磁通波形变为平顶波,因为感应电动势正比于磁通的变化率dφ/dt,所以这时二次绕
组内将感应出很高的感应电动势e2。二次绕组开路时二次绕组的感应电动势e2是尖顶的非
正?#20063;ǎ?#20854;峰值可达数千伏之高,这对工作人员和二次设备以及二次电缆的绝缘都是极危
险的。另一影响是,因铁心内磁通的剧增,引起铁心损?#33041;?#22823;,造成严重发热也会使电流互
感器烧毁。第三个影响是因铁心剩磁过大,使电流互感器的误差增加。

目前,在电流互感器校验电路中还没有基于西门子S7-200系列PLC的二次防开路
系统。

S7-200系列PLC是西门子公司推出的一款小型的PLC。其具有紧凑的设计、丰富的
扩展能力、极高的可靠性、便捷的操作性、强大的指令系统和低廉的价格,因而使得它能近
乎完美地满足小规模的控制要求,覆盖所有与自动检测、控制有关的工业及民用领域,包括
电力设施、民用设施、各种机床、机械、环境保护设备等。S7-200系列PLC的强大功能使其无
论在独立运行中,还是连成网络,皆能实现复杂控制功能。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题,本发明提供了一种基于西门子S7-200PLC的电
流互感器二次防开路系统。其目的是为了提供一种结构简单,设计合理,能够解决在电流互
感器校验中因工作人员疏忽等原因导致的电流互感器二次开路的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:

基于西门子S7-200PLC的电流互感器二次防开路系统,是在测量用电流互感器二次回
路中,串入电流互感器二次防开路系统;具体是由电源单元、校验单元以及控制单元三部分
组成;其中电源单元的组成包括接触器、调压器和升流器;校验单元的组成包括标准电流互
感器、被试电流互感器、互感器校验仪。

所述接触器的输入为220V交流电源,输出至调压器输入,接触器通过防开路系统
的输出触发;调压器输出至升流器的输入;升流器输出一端接标准电流互感器一次非极性
端L2,升流器另一端接被试电流互感器一次非极性端L2。

所述标准电流互感器一次极性端L1和被试电流互感器一次极性端L1相连,标准电
流互感器一次非极性端L2、被试电流互感器一次非极性端L2分别?#30001;?#27969;器两个输出端子;
标准电流互感器二次极性端K1和被试电流互感器二次极性端K1相连,同时与互感器校验仪
K相连;标准电流互感器二次非极性端K2接互感器校验仪T0;被试电流互感器二次非极性端
K2接控制单元(防开路系统)输入一端,控制单元输入另一端与负?#19978;?#20018;联后接互感器校验
仪TX。

所述控制单元采用西门子PLC的S7-200作为处理器,外设晶振、电源、A/D转换电
路、D/A转换电路;其中A/D转换电路为PLC内置电路,直接?#23588;?#21040;S7-200PLC输入IO口中;D/A
转换电路采用DAC0832芯片,PLC输出IO口接D/A转换电路(DAC0832芯片)输入;外设晶振电
路采用8MHz晶振,接PLC晶振IO口;外设电源采用220V工?#21040;?#27969;电源,PLC的L1接电源正极,
PLC的N接电源负极。

所述电源单元,在电源单元中,220V电源与接触器主触点输入相连,主触点输出与
调压器相连,接触器辅助触点与防开路系统输出相连,调压器输出与升流器输入相连,升流
器输出串联在电流互感器一次回路中。

所述电源单元,电源采用220V工?#21040;?#27969;电源,PLC的L1接电源正极,PLC的N接电源
负极;晶振电路采用8MHz晶振,内部RC震荡;?#27425;?#30005;路为低电平?#27425;唬籄/D电路采用PLC内部
独立A/D电源供电,与PLC数字量输入相连;D/A转换电路采用DAC0832芯片,8为数据输入线
D0-D7与PLC数字量输出相连。

所述电源单元通过接触器控制电路开断,接触器采用施耐德交流接触器LC1D65,
主触头采用常闭触点,单相输入输出;调压器采用苏州电器总厂TDGC2J-20型调压器,额定
输入电压220V,额定输出电压0-250V,额定容量20kVA,额定输出电流80A;升流器采用沈阳
中川计量技术有限公司HA-10/3型电流发生器,额定容量20kVA,最大输出电流5000A,工作
频率50Hz,输入电压0-250V,最大输入电流45A。

所述在测量用电流互感器二次回路中,串入电流互感器二次防开路系统,具体是:
将标准电流互感器、被试电流互感器的一次和二次分别串联;其中,防开路系统串联在二次
电路中,二次回路通过防开路系统的A/D滤波转换电路?#23588;隤LC的I/O输入接口;PLC的I/O输
出接口通过D/A转换电路与电源单元中的交流接触器相连。

本发明的有益效果是:

本发明提供了一种结构简单,设计合理的电流互感器二次防开路系统,能够有效解决
在电流互感器校验中因工作人员疏忽等原因导致的电流互感器二次开路的问题,有效保护
了人员和设备的安全。

下面结合附图和具体实施例,对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明的系统接线图;

图2是本发明的电源接线图;

图3是本发明的AVR单片机结构图。

具体实施方式

本发明是一种基于西门子S7-200PLC的电流互感器二次防开路系统。具体是在测
量用电流互感器二次回路中,串入电流互感器二次防开路系统,通过内部的S7-200系列PLC
核心控制单元,向电源回路中的交流接触器发送断电信号进而实?#21046;?#38450;开路保护功能。

本发明是由电源单元、校验单元以及控制单元三部分组成。控制单元为本发明核
心部分,控制单元采用西门子PLC的S7-200作为处理器,外设晶振、电源、A/D转换电路、D/A
转换电路等部分。电源单元由接触器、调压器和升流器组成。接触器的输入为220V交流电
源,输出至调压器输入,接触器通过防开路系统的输出触发。调压器输出至升流器的输入。
升流器输出一端接标准电流互感器一次非极性端L2,升流器另一端接被试电流互感器一次
非极性端L2。校验单元主要由标准电流互感器、被试电流互感器、互感器校验仪组成。标准
电流互感器一次极性端L1和被试电流互感器一次极性端L1相连,标准电流互感器一次非极
性端L2、被试电流互感器一次非极性端L2分别?#30001;?#27969;器两个输出端子。标准电流互感器二
次极性端K1和被试电流互感器二次极性端K1相连,同时与互感器校验仪K相连。标准电流互
感器二次非极性端K2接互感器校验仪T0。被试电流互感器二次非极性端K2接控制单元(防
开路系统)输入一端,控制单元输入另一端与负?#19978;?#20018;联后接互感器校验仪TX。

电源单元通过接触器控制电路开断,接触器采用施耐德交流接触器LC1D65,主触
头采用常闭触点,单相输入输出;调压器采用苏州电器总厂TDGC2J-20型调压器,额定输入
电压220V,额定输出电压0-250V,额定容量20kVA,额定输出电流80A;升流器采用沈阳中川
计量技术有限公司HA-10/3型电流发生器,额定容量20kVA,最大输出电流5000A,工作频率
50Hz,输入电压0-250V,最大输入电流45A。

本发明具体实施方式如下:

在进行电流互感器校验时,如图1所示将标准电流互感器、被试电流互感器的一次和二
次分别串联。其中,本发明防开路系统串联在二次电路中。二次回路通过防开路系统的A/D
滤波转换电路?#23588;隤LC的I/O输入接口。PLC的I/O输出接口通过D/A转换电路与电源单元中
的交流接触器相连,如图2所示。

在电源单元中,220V电源与接触器主触点输入相连,主触点输出与调压器相连,接
触器辅助触点与防开路系统输出相连,调压器输出与升流器输入相连,升流器输出串联在
电流互感器一次回路中,如图2所示。

防开路控制系统主要由S7-200系列PLC、电源、?#27425;弧/D转换电路、D/A转换电路组
成,具体结构组成如图3所示。电源采用220V工?#21040;?#27969;电源,PLC的L1接电源正极,PLC的N接
电源负极;晶振电路采用8MHz晶振,内部RC震荡;?#27425;?#30005;路为低电平?#27425;唬籄/D电路采用PLC
内部独立A/D电源供电,与PLC数字量输入相连;D/A转换电路采用DAC0832芯片,8为数据输
入线D0-D7与PLC数字量输出相连。

试验开始之前通过梯形图编辑器设定好程序,程序通过PLC?#28304;?#32534;辑器进行下载
和调试。电流互感器二次没有开路时,由于接触器主触点为常闭触点,接触器处于闭合连通
状态,电流互感器可以正常校验;当电流互感器二次发生开路时,开路信号通过A/D转换电
路经数字量输入传送至PLC,PLC立即通过数字量输出发出报警信号,通过D/A转换电路传送
至接触器辅助触点,接触点立即断开,停止220V电源对系统供电,试验立即中止,有效保护
人员和设备的安全。

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