西门子PLC卡件6ES7314-6BH04-0AB0

在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU 电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC系统的干扰。

此外，位保证电网馈点不中断，可采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的安全可靠性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。

2、电缆选择的敖设

为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。笔者在某工程中，采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，从而降低了动力线生产的电磁干扰，该工程投产后取得了满意的效果。

不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敖设，以减少电磁干扰。

3、硬件滤波及软件抗如果措施

由于电磁干扰的复杂性，要根本消除迎接干扰影响是不可能的，因此在PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。

信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。

对干较低信噪比的模拟量信号．常因现场瞬时干扰而产生较大波动，若仅用瞬时采样植进行控制计算会产生较大误差，为此可采用数字滤波方法。

现场模拟量信号经A／D转换后变成离散的数字信号，然后将形成的数据按时间序列存入PLC内存。再利用数字滤波程序对其进行处理，滤去噪声部分获得单纯信号，可对输入信号用m次采样值的平均值来代替当前值，但井不是通常的每采样。次求一次平均值，而是每采样一次就与近的m－l次历史采样值相加，此方法反应速度快，具有很好的实时性，输入信号经过处理后用干信号显示或回路调节，有效地抑制了噪声干扰。

由干工业环境恶劣，干扰信号较多， I／ O信号传送距离较长，常常会使传送的信号有误。为提高系统运行的可靠性，使PLC在信号出错倩况下能及时发现错误，并能排除错误的影响继续工作，在程序编制中可采用软件容错技术。

4、正确选择接地点，完善接地系统

接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面大于22 mm2的铜导线，总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地极的接地电阻小于2Ω，接地在距建筑物10 ~ 15m远处(或与控制器间不大于50m)，而且PLC系统接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。

信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点。

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具有自切断功能的PLC定时器设计举例

通过切断与驱动程序的联系而自复位的定时器，常被叫做“自切断"定时器。它们是编程者“工具箱"里一个很有用的工具。下面例子不是一个完整的实际应用，而是经选择，突出“自切断"定时器的操作。

不同型号的 PLC ，其输入 / 输出通道的范围是不一样的，应根据所选 PLC 型号，查阅相应的编程手册，决不可“张冠李戴"。必须参阅有关操作手册。

（ 2 ）部辅助继电器

内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电器、定时器 / 计数器时作数据存储或数据处理用。

从功能上讲，内部辅助继电器相当于传统电控柜中的中间继电器。

未分配模块的输入 / 输出继电器区以及未使用 1 ： 1 链接时的链接继电器区等均可作为内部辅助继电器使用。根据程序设计的需要，应合理安排PLC 的内部辅助继电器，在设计说明书中应详细列出各内部辅助继电器在程序中的用途，避免重复使用。参阅有关操作手册。

（ 3 ）分配定时器 / 计数器

PLC 的定时器 / 计数器数量分别见有关操作手册。

7.3 PLC 软件系统设计方法及步骤

7.3.1 PLC 软件系统设计的方法

在了解了 PLC 程序结构之后，就要具体地编制程序了。编制 PLC 控制程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法

基于光伏并网逆变器的基本原理和控制策略，设计了并网型逆变器的结构，其采用了内置高频变压器的前后两级结构，即前级DC/DC高频升压，后级DC/AC工频逆变。该设计模式具有电路简单、性能稳定、转换效率高等优点。
在能源日益紧张的今天，光伏发电技术越来越受到重视。太阳能电池和风力发电机产生的直流电需要经过逆变器逆变并达到规定要求才能并网，因此逆变器的设计关乎到光伏系统是否合理、高效、经济的运行。
1、光伏逆变器的原理结构
光伏并网逆变器的结构如图1所示，主要由前级DC/DC变换器和后级DC/AC逆变器构成。其基本原理是通过高频变换技术将低压直流电变成高压直流电，然后通过工频逆变电路得到220V交流电。这种结构具有电路简单、逆变电源空载损耗很小、输出功率大、逆变效率高、稳定性好、失真度小等优点。

图1光伏逆变器结构图
逆变器主电路如图2所示。DC/DC模块的控制使用SG3525芯片。SG3525是双端输出式SPWM脉宽调制芯片，产生占空比可变的PWM波形用于驱动晶闸管的门极来控制晶闸管通断，从而达到控制输出波形的目的。
作为并网逆变器的关键模块，DC/AC模块具有更高的控制要求，本设计采用TI公司的TMS320F240作为主控芯片，用于采集电网同步信号、交流输入电压信号、调节IGBT门极驱动电路脉冲频率，通过基于DSP芯片的软件锁相环控制技术，完成对并网电流的频率、相位控制，使输出电压满足与电网电压的同频、同相关系。
滤波采用二阶带通滤波器，是有源滤波器的一种，用于传输有用频段的信号，抑制或衰减无用频段的信号。其可以有效地滤除逆变后产生的高频干扰波形，使逆变后的电压波形达到并网的要求。

图2逆变器主电路
2、DC/DC控制模块
SG3525是专用于驱动N沟道功率MOSFET的PWM控制芯片。SG3525的输出驱动为推拉输出形式，可直接驱动MOS管；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，具有过流保护功能，频率可调，同时能限制*大占空比。其2个输出分别接2个MOS管控制其开断，为了提高对推挽式DC/DC高频升压过程有效的控制，提高频宽调制的准确性，相应设计了检测电路，检测输出电流、电压，然后反馈到控制芯片。检测电路包括偏磁检测电路、电压反馈采样电路、电流反馈采样电路。SG3525控制模块结构如图3.

图3 SG3525主控芯片框图
3、DC/AC控制模块
3.1 TMS320F240控制核心
TMS320F240是美国TI公司的定点式数字信号处理器芯片，硬件架构以16位为基本数据处理单元，它集成了高性能DSP内核，并且有着丰富的外设功能，处理速度快。DSP系统的外围电路包括时钟电路、复位电路、电源电路等，配合各种信号检测电路、驱动电路，以达到对逆变系统的波形控制、脉宽调制、故障保护等要求，其结构图如图4.

图4 TMS320F240主控芯片框图
3.2电压和电流检测电路
（1）电网电压过零检测电路
逆变后交流电的电压必须与电网电压同相、同频才能并网，因此要对输出电压进行锁相控制。由于输出的电压信号为正弦波，而控制芯片只能识别TTL电平信号，因此需要一个电路将正弦波信号转换为控制芯片可以识别的TTL电平信号。本设计中用LV25P电压传感器，将电网电压采集并转换成与电网电压等相位的低电压脉冲信号，经过一组比较器电路，可以输出一组与电网电压同相的低压方波信号。当被检测的电网电压超过零点，则输出高电平。电网电压过零检测电路如图5所示。

图5电网电压过零检测电路
电网电压过零检测电路得到的方波信号，经过双施密特反相电路将信号送到DSP芯片的捕获引脚上，捕获单元在检测到上升沿时触发中断，进行锁相。
（2交流电流检测电路
交流电流检测电路使用CSM300LT闭环式电流传感器，如图6.CSM300LT是应用霍尔效应闭环原理的电流传感器，在电隔离条件下测量交流电流。当交流电通过传感器时，传感器将电流信号转换成电压信号送给信号调理电路，经处理后输入到DSP芯片的管脚。调理电路由RC滤波电路和二组集成运放隔离电路组成。

图6交流电流检测电路

4、辅助电源
逆变器的控制电路、信号采集电路及开关管驱动电路等需要不同的适应电源，因此需要一个独立的电源为其供电。所设计辅助电源输出的电压分别为＋15V、－15V、＋5V三种，采用单端反激式DC/DC拓扑结构，运行稳定、可靠，辅助电源电路的基本电路如图7所示。

图7单端反激式辅助电源
5、有源滤波
有源滤波采用二阶带通滤波器，它是由运算放大器和阻容元件组成的一种选频网络，用来滤除逆变过程中产生的高次谐波，其原理是通过设置电路参数允许某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制，如图8.

图8二阶带通滤波器

6结束语
光伏发电作为新能源开发利用的重要内容，对于解决能源和环境问题，有着深远的意义。逆变器是光伏发电过程中的重要环节。文中对逆变系统的拓扑结构进行了研究，设计了以高频升压和全桥逆变为拓扑结构的逆变系统，再配合有源滤波，为太阳能的进一步开发利用起到一定的作用。