PLC设备保险丝熔断报警器的设计与制作

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中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

研制背景：

在仪表自动化控制系统中，普遍采用plc（可编程逻辑控制器）控制设备，该设备的各个输入输出端口模块与现场设备的连接回路通常都是通过一个保险丝来连接（主要是为了保护PLC设备的安全），尤其是一些开关量输入输出回路，一旦该保险丝因为各种原因被熔断（例如雷击或者在常规测试过程中不小心造成回路短路或接地），及不易被人发现，以开关量输入回路为例（如图一），当现场设备发出开关闭合指令后，PLC开关量输入模块接收不到24V指令信号，因此就会严重影响整个控制系统的安全运行。为此研制了该装置，加装在PLC设备机柜内，时刻监视每个保险丝的通断状态，当某个回路保险丝熔断后，就会立即发出报警信号，通知维护人员立即维护。

图一 、PLC设备与现场设备连接示意图

设计思路

从图一可见，当保险丝未熔断时，接线端子排上连接保险丝的一端有24V电压存在，当保险丝熔断后，接线端子排上连接保险丝的一端24V消失，因此就可以根据端子排上的24V电压的有和无来判断保险丝是否熔断。单路基本电路如图二所示。

图二、单路基本电路

核心部件采用LM339比较器集成电路，当保险丝Fuse1未熔断时，LM339的同相输入端（7脚）电压（8V）高于反相输入端（6脚）电压（5.5V）,比较器LM339输出（1脚）为开路状态（因LM339为集电极开路输出型），指示灯DS1不亮，D1截止，Q1截止，继电器J1不动作。当保险丝Fuse1熔断后，LM339的7脚电压（0V）低于6脚电压（5.5V）,1脚电压为0V，此时指示灯DS1点亮，D1、Q1导通，J1动作，从P1送出短路信号，P2送出24V电压信号，去启动远端有人值守的报警器。

因此就可以采用多个比较器单元，通过二极管与门D1-D12组合到一起，来同时监视多个保险丝的完好状态，

整体电路原理（如图三所示）：

本电路主要采用的核心部件是电压比较器集成电路LM339，每一块集成电路里有四个比较器单元，在这里我们采用了三块集成电路，一共可以监视十二个回路的保险丝状态。

本电路从P2端口接入24V工作电压，每个比较器单元的反相输入端都接到R37和R38的分压电路，使每个反相输入端的电压固定为5.5V。每个比较器单元的同相输入端通过R1-R12和R25-R36利用P1端口接到PLC机柜内连接保险丝的端子排的相应端子。R13-R24为每个同相输入端的下偏置电阻。

当PLC机柜内保险丝未熔断时，每个同相输入端的电压为8V，高于反相输入端电压5.5V，因此，每个比较器单元的输出为开路状态，D1-D12都处于截止状态，三极管Q1截止，蜂鸣器Y1不鸣响，继电器K1不动作，发光二极管DS1-DS12都不点亮。

当PLC机柜内某个保险丝熔断后，该比较器的同相输入端电压为0V，低于反相输入端电压5.5V，因此该比较器的输出为OV，DS1-DS12当中连接至该比较器输出端的发光二级管点亮，指示为某个保险丝熔断，同时D1-D12当中连接至该比较器输出端的二级管导通，三极管Q1导通，蜂鸣器Y1鸣响，继电器K1动作，通过P3端口送出24V电压，通过P4端口送出一短路信号。

P3和P4的作用是把报警信号延伸到有人值守的地方，去启动远端的报警器鸣响，提醒维护人员。电阻R54可根据远端报警装置的要求来选取，在此暂定为1K。

开关S1-S12的作用为：当PLC机柜内需要监视的保险丝不足12个时，把多余的输入端子通过S1-S12闭合接至24V，来屏蔽掉不需要的输入端子。

发光二极管DS13，为本装置的电源指示灯，当24V电源接通后，该灯点亮。

主要元件选择

电阻：所有均采用1/4W金属膜电阻

比较器：LM339

开关S1-S12：采用脚距为2.54mm排针，加短路帽

保险F1：100mA自恢复保险

继电器J1：HK19F-DC 24V

蜂鸣器：24V-Ф12mm

本装置的特点：

本装置的接入，对原来的PLC设备几乎没有影响，从电路可见，由于采用高输入阻抗集成电路，

对监视点的影响仅决定于输入偏置电阻，在此我们选用的偏置电阻很大，可以计算出来对检测点的分流仅为8uA。

能够直观显示某个保险丝被熔断

体积小，12.5mm×80mm×25mm

监测路数多，便于安装

自身功耗低，静态电流小于20mA，发生报警时最大电流小于100mA

制作安装

根据整体电路原理图，制作印刷电路板

在印刷电路板上焊接所有电子元件

在塑料壳上相应位置打孔，把焊接好的印刷电路板装在一个塑料壳内（如图四、图五所示）

图四、印刷电路板放在塑料壳内

图五、整体外观图

4、如果被监视的保险丝不足12个，用短路帽把不用的输入端屏蔽掉

5、在每个指示灯旁贴上对应某个被监视的保险丝的标签

6、在PLC机柜内合适的位置固定该装置，连接相应的连线

7、如果被监视的保险丝超过12个，可以增加多个这样的装置

8、本装置的24V供电电源，要从PLC机柜内的主电源引出或采用独立电源

七、模拟调试

1、接通24供电电源，电源指示灯应该点亮

2、各输入端悬空时，所有报警指示等点亮，蜂鸣器鸣响，用万用表测量P3端口有24V电压，P4端口为短路状态

3、把某一输入端用短路帽接通时，对应的报警指示灯熄灭

4、当把某一输入端接24V时，对应的报警指示灯熄灭

5、当把所有的输入端接24V或把所有的短路帽都接通，此时所有报警指示灯熄灭，蜂鸣器停响，用万用表测量P3端口无24V电压，P4端口为开路状态