一种基于PLC的大功率特种电源故障连锁保护装置的制作方法

本发明涉及电气技术和电力电子技术领域，具体涉及一种基于plc的大功率特种电源故障连锁保护装置。

背景技术：

随着科研和医用粒子加速器技术的不断发展，对加速器电源的要求也越来越高，此类电源具有高精度、容量大、纹波小、高可靠性和输出电流波形多样化的特点，电源通常是以串联、并联或串并结合的方式协同工作。在以往的电源系统中，电源之间的故障连锁仅仅是以通讯的方式进行传输，通过导线连接传输信号，往往会造成电磁干扰在电源之间相互传输，这给电源的精度及测量带来了很大的麻烦。在大电压、大电流的电源系统中，随着电源数量的增多，电源整机工作的可靠性要求越来越高，每台电源对故障的响应速度要求也越来越快。通过复杂的can总线通讯方式使电源的故障互相连锁起来已经不能满足整个加速器电源系统工作的需求了，现有技术无法解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中大功率粒子加速器特种电源的故障连锁保护的问题，提供了一种使故障以光的形式在电源之间传输的基于plc的大功率特种电源故障连锁保护装置。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于plc的大功率特种电源故障连锁保护装置，包括主控制器以及与主控制器连接的从控制器，从控制器连接有plc，所述plc的故障输入点连接有故障接收电路，plc的复位输出点连接有故障复位电路，故障接收电路的另一端与外部故障传输光纤连接，故障接收电路的电源接口连接有电压转换电路，电压转换电路连接有电源指示电路，电源指示电路与24v电源连接；所述plc的故障输出点连接有故障发送电路，故障发送电路与外部故障传输光纤连接，外部故障传输光纤连接下一故障接收电路，所述故障接收电路与故障发送电路之间连接有故障保持电路。

进一步地，电源指示电路包括串联的第八电阻与发光二极管，且第八电阻与第一发光二极管串联后分别与第一滤波电容、第二滤波电容并联在24v电源上，且第八电阻与24v电源的正极连接，第一发光二极管与24v电源的负极连接。

进一步地，电压转换电路包括与24v电源的正极连接的第一电阻，第一电阻连接有第二电阻，第二电阻连接有稳压二极管的阴极，稳压二极管的阳极与24v电源的负极连接，且第二电阻与稳压二极管之间连接有5v电源输出端。

进一步地，故障接收电路包括接收光纤头，接收光纤头的vcc端子连接有第五电阻，第五电阻此端还与5v电源的正极连接，第五电阻的另一端与接收光纤头的out端子连接；所述接收光纤头的vcc端子与gnd端子之间还并联有第一电容，所述接收光纤头的out端子与地线之间还并联设有第一二极管、第二电容，且第一二极管的阳极接地，接收光纤头的out端子还连接有一号三极管的基极，一号三极管的集电极接地，一号三极管的发射极与光耦的2号端连接，光耦的1号端与第六电阻串联后接到5v电源的正极，光耦的4号端接24v电源的正极，光耦的3号端为故障信号的输出点，接plc的故障输入点。

进一步地，故障发送电路包括发送光纤头，发送光纤头的2,6,7端子连接有第四电阻，第四电阻连接有第三电阻，第三电阻与plc的故障输出点连接，所述发送光纤头的3号端子连接有第二发光二极管的阳极，第二发光二极管的阴极接地。

进一步地，故障保持电路包括与接收光纤头的out端子连接的第七电阻，第七电阻的另一端与二号三极管的基极连接，二号三极管的发射极接地，二号三极管的集电极与故障复位电路连接。

进一步地，故障复位电路为继电器,所述继电器的4号端与二号三极管的集电极连接，继电器6号端还通过xsi端子连接在第三电阻及第四电阻之间，继电器1号端与plc的复位输出点连接，继电器的16号端子接地，继电器的常开触点13连接24v电源的正极，继电器的常开触点9与第三电阻连接。

进一步地，plc通过从控制器与主控制器通讯连接。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

在大功率加速器特种电源中，电源通常是多台单体电源通过串联、并联或串并联结合的方式协同工作，控制方式通常采用主、从控制，即一个主控制器通过通讯控制多个从控制器，从控制器通过通讯控制plc，plc又控制其它设备。当某一台单体电源的设备发生故障时，本台单体电源的plc通过通讯把故障信息上传到对应的从控制器，从控制器又把故障信息通过通讯上传到主控制器，主控制器把故障信息处理后下发到其它单体电源的从控制器，从控制器把故障信息又下发到对应的plc处理，这使得故障信息通过通讯传输时，经过了好几个控制器及plc的处理，不仅产生了信息传输延时，又有可能丢失故障信息，使得大功率加速器电源系统里的设备不能及时得到保护。

本发明的故障连锁保护装置通过单体电源的plc直接把单体电源的故障信息串联连锁起来，形成另一条故障传输通道，与通讯传输构成双重保护，这样大大地提高了大功率特种电源的可靠性，加快了电源对故障的响应速度，使电源能够及时得到有效的保护，继而降低事故的发生率。

本发明的故障连锁保护装置采用光纤以光的形式在单体电源之间传输故障信息，隔离了电源之间的电磁干扰，进一步提高了电源系统工作的可靠性。

本发明的故障连锁保护装置具有故障信息保持和复位功能，在协同工作的单体电源中有一台电源故障信息未解除时，由于故障连锁的作用，其它单体电源均不能合闸，直到故障消除后，用主控制器统一下发复位信息使所有电源复位后才能正常合闸，在一定程度上保证了人员和设备的安全。

本发明的故障连锁保护装置采用模块化设计，具有标准的外部接口，可以根据单体电源的数量任意配置安装进行故障连锁，使得安装、调试、和维护更为方便、快捷。

附图说明

图1是本发明电源转换电路原理简图。

图2是本发明故障连锁保护装置原理简图。

图3是发明应用的系统框图。

附图标记含义如下：1.主控制器；2.plc；3.故障接收电路；4.故障发送电路；5.故障保持电路；6.故障复位电路；7.从控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1-3所示，一种基于plc的大功率特种电源故障连锁保护装置，包括主控制器1以及多个与主控制器1连接的plc2，plc2通过从控制器7与主控制器通讯连接。plc2的故障输入点连接有故障接收电路3，故障复位电路6与plc2的复位输出点连接，故障接收电路3的另一端与外部故障传输光纤连接，故障接收电路3的电源接口连接有电压转换电路，电压转换电路连接有电源指示电路，电源指示电路与24v电源连接；plc2的故障输出点连接有故障发送电路4，故障发送电路4与外部故障传输光纤连接，外部故障传输光纤连接下一故障接收电路3连接，所述故障接收电路3与故障发送电路4之间连接有故障保持电路5。

如图1所示，电源指示电路包括串联的第八电阻r8与发光二极管v2，且第八电阻r8与第一发光二极管v2串联后分别与第一滤波电容c01、第二滤波电容c03并联在24v电源上，且第八电阻r8与24v电源的正极连接，第一发光二极管v2与24v电源的负极连接。

电压转换电路包括与24v电源的正极连接的第一电阻r1，第一电阻r1连接有第二电阻r2，第二电阻r2连接有稳压二极管v1的阴极，稳压二极管v1的阳极与24v电源的负极连接，且第二电阻r2与稳压二极管v1之间连接有5v电源输出端。

故障连锁保护装置采用24v电源供电，工作时，24v供电电源经过第一滤波电容c01、第二滤波电容c03滤波后，经第一电阻r1、第二电阻r2限流后和稳压二极管v1转换成电路所需的5v电压；第八电阻r8和第一发光二极管v2组成的电源指示电路可以实时显示供电电源的电压是否正常。

如图2所示，故障接收电路3包括接收光纤头u1，接收光纤头u1的vcc端子连接有第五电阻r5，第五电阻r5此端还与5v电源的正极连接，第五电阻r5的另一端与接收光纤头u1的out端子连接；所述接收光纤头u1的vcc端子与gnd端子之间还并联有第一电容c1，所述接收光纤头u1的out端子与地线之间还并联设有第一二极管v6、第二电容c2，且第一二极管v6的阳极接地，接收光纤头u1的out端子还连接有一号三极管v3的基极，一号三极管v3的集电极接地，一号三极管v3的发射极与光耦v4的2号端连接，光耦v4的1号端与第六电阻r6串联后接到5v电源的正极，光耦v4的4号端接24v电源的正极，光耦v4的3号端为故障信号的输出点，接plc2的故障输入点。

故障发送电路4包括发送光纤头u2，发送光纤头u2的2,6,7端子连接有第四电阻r4，第四电阻r4连接有第三电阻r3，第三电阻r3与plc2的故障输出点连接，所述发送光纤头u2的3号端子连接有第二发光二极管v7的阳极，第二发光二极管v7的阴极接地。

故障保持电路5包括与接收光纤头u1的out端子连接的第七电阻r7，第七电阻r7的另一端与二号三极管v5的基极连接，二号三极管v5的发射极接地，二号三极管v5的集电极与复位电路连接。

故障复位电路6为继电器k1,所述继电器k1的4号端与二号三极管v5的集电极连接，继电器k1的6号端还通过xsi端子连接在第三电阻r3及第四电阻r4之间，继电器k1的1号端与plc2的复位输出点连接，继电器k1的16号端子接地，继电器k1的常开触点13连接24v电源的正极，继电器k1的常开触点9与第三电阻r3连接。

plc2的端口说明：故障输出点q0.1输出低电平为有故障，输出高电平为无故障；复位输出点q0.2输出低电平不复位，输出高电平复位；故障接收点i0.1接收低电平有故障，接收高电平为无故障。

系统初始化，工作时，需先用复位信号使整个系统初始化，即主控制器1通过从控制器7给plc2发一个复位信号，使plc2的复位输出点q0.2输出一个高电平（时间为1s）复位信号，复位继电器k1在接收到复位信号后吸合，使复位继电器k1的常开触点13和9闭合，常闭触点4和6断开，此时，24v电源通过继电器k1的触点13和9与故障发送电路4接通，发送光纤头u2开始发光并通过光纤将光传递；同时，故障接收电路3中的接收光纤头u1收到其它故障连锁装置发送的光信号，接收光纤头u1接收到光信号时，接收光纤头u1的6号端输出低电平，使一号三极管v3导通，从而使光耦v4导通，24v（高电平）通过光耦v4送进plc2的故障接收点i0.1，plc2检测到无故障，于是故障输出点q0.1输出高电平，使发送光纤头u2继续发光，此时复位信号消失，继电器k1恢复到初始状态（常开触点13和9断开，常闭触点4和6闭合），这样整个无故障信息系统建立，系统初始化工作完成。

当本台单体电源设备发生故障时，本机plc2将收到的故障信息处理后在故障输出点q0.1输出低电平0v，此时，发送光纤头u2由于没有驱动电流而不发光，故障信息通过外部故障传输光纤被传送到其它单体电源的故障连锁装置的接收电路。

当本台单体电源接收到其它单体电源的故障信息时，接收光纤头u1由于接收不到光信号，其6号端将输出高电平，这使得一号三极管v3关断，二号三极管v5导通；一号三极管v3关断后，光耦v4也被关断，致使24v无法送到plc2的故障接收点i0.1，故障接收点i0.1收到低电平，故障信息传送到本机plc2，与此同时，二号三极管v5导通后，通过继电器k1的常闭点4和6与xs1（短接）将第三电阻r3和第四电阻r4之间的电位强行拉到0v，此时，无论plc2的故障输出点q0.1是否为低电平，发送光纤头u2都不会发光，从而故障连锁保护装置将接收到的故障信息直接跨过plc2的处理通过硬件电路直接传递给下一台单体电源。

故障保持原理，故障发生时，由于接收光纤头u1接收不到光信号，其端口6输出高电平，使二号三极管v5一直导通，把第一电阻r3和第二电阻r4之间的电位强行拉到了0v，使发送光纤头u2无法发光，故障因此被保持住，直到有复位信息时，由于继电器k1的吸合使常闭触点4和6断开，第一电阻r3和第二电阻r4之间的电位能够保持住，才能消除系统故障连锁信息。

图3所示为本发明的大功率特种电源系统中故障连锁保护装置应用的系统简图，在1#单体电源的设备发生故障时，1#电源的plc2将故障信息处理后通过其故障输出点将故障信息送到1#电源的故障发送电路4，故障发送电路4将故障信息转化成光信号传给2#单体电源的故障接收电路3，故障接收电路3将接收到的光信息转换成电信息送给2#电源plc2处理的同时，又将信号通过故障保持电路5将故障锁存并送给故障发送电路4，故障发送电路4又将故障信息向下一台电源传输，这样，即使2#电源的plc2没有发出故障信息，故障信息仍然通过硬件电路继续传输，直接跨过了plc2及控制器的处理，直到所有电源收到故障信息。在故障排除后，用上位机使主控制器1统一向每台电源的从控制器7发送复位信号，从控制器7给对应的plc发复位信号，plc再给对应的故连锁保护装置障发复位信号，使整个故障连锁保护装置恢复到初始化状态。