基于低功耗数控接触器和LOGO!在同步关合中的应用研究
基于低功耗数控接触器和 LOGO！在同步关合中的应用研究
刘津平 1 刘昊 1,2 刘玉洁 3
1..四川荣高数控电器有限公司，成都市 610016；
2..北京航空航天大学软件学院，北京市 100083；
3..中国空间技术研究院西安空间无线电技术研究所，西安市 710100。
The research of synchronized-closing based on low
consumption digital contactor(LCDC) andLOGO
LIU Jinping 1, LIU Hao 1,2 , LIU Yujie 3
(1.Sichuan Ronggao Electrical Co., Ltd.,Chengdu 610016, China；2. Software Academy ,
Beihang University of Aeronautics and Astronautic, Beijing 100083, china；3. China
academy of space technology(xi’an), Xi’an 710100, China)
摘要：低功耗数控接触器是一种具有电子兼容特征的电器元件，能够直接与
LOGO！24 连接组成同步关合控制系统，通过编制应用程序，使接触器在终端供
电系统电压波形指定的相角处关合，以减小合闸操作的过电流和过电压的瞬间冲
击。为同步关合控制技术的实现，提供了一个切实可行的设计方案。
关键词：低功耗数控接触器， LOGO！24， 同步关合控制系统
ABSTRACT:
low consumption digital contactor can be connected with LOGO!24 to constitute a
synchronized-closing system, which is a new type apparatus unit with the
characteristics of eletronic compatibility. The synchronized-closing system consisted
of low consumption digital contactor and LOGO!24 can order the contactor to operate
at the phase angle assigned by the voltage waveform of power-supply system and
lower the instantaneous impact of over-current and over-voltage at the closing,which
provides a feasible design for the realization of synchronized-closing.
KEY WORD: low consumption digital contactor，LOGO！24，synchronized-closing system
1
1.项目简介
同步关合控制技术是指接触器触头，能够在供电系统电压波形的指定相角处
关合，以减小合闸操作的过电流和过电压的一种智能操作技术。通常接触器在关
合电力设备时，系统电压的初相角通常都是随机的和不确定的，可能产生幅值很
高的涌流和过电压。这样不仅对系统中的设备不利，还会引起保护误动作，影响
电力系统的稳定。同步关合技术使得电力设备在对自身和系统冲击最小的情况下
投入电力系统，提高了电力设备的寿命和系统的稳定性。图 1 描述了同步关合的
动作过程。
图 1 同步关合的动作过程
基于低功耗数控接触器[1]与LOGO！24 组成的同步关合控制系统，充分发挥了
新概念电器元件的节能环保、电子兼容及严酷环境适应性的技术优势，在LOGO！
24 所编程序控制下,克服了接触器操动机构固有和环境条件的变化导致的动作
时间分散性，满足了同步关合控制精度的技术要求。达到减少对负载进行合、分
闸操作时，电网设备所承受的涌流的幅值和电压的扰动，改善电能质量并提高系
统的稳定性的目的。
2.同步控制工艺流程介绍
同步控制的合、分闸过程分为发出指令、同步信号采集及控制和强制执行等
阶段，以下是合、分闸过程同步控制技术的时序图
2
K1
V1
V2
V3
B001
三相波形
合闸指令
同步信号
同步信号
同步信号
强制合闸
图 2 合闸过程同步控制技术的时序图
K1
A1
A2
A3
B001
三相波形
分闸指令
同步信号
同步信号
同步信号
强制分闸
图 3 分闸过程同步控制技术的时序图
3.方案确定
LOGO！24 具备自编程能力、可通信和外部接线灵活、使用简便的技术特征，
至关重要的是其晶体管的输出端口，能够直接与低功耗数控接触器连接，相互协
调动作而不会相互干扰。其技术参数和技术规范符合控制系统的技术要求，如：
LOGO！24 的输出规范：03A，功率：1.1W，响应时间 10HZ 等。由此组成的控制
系统可以实现简化控制系统，降低制造成本和能源消耗、通过编制控制程序提高
系统控制精度和稳定性，最终实现同步关合的控制目的。
3
4.控制系统硬件配置
4.1 低功耗数控接触器简介
低功耗数控接触器的设计理念是应对工业信息化发展的需求，以降低接触器
的起动功率为起点，以提高接触器的核心技术指标为核心，以电器元件使用电子
化为目标；而研发的高性能为基础，信息化为主导，兼备节能、环保技术特征的
新概念产品。新概念产品的可塑性非常强，能够衍生出许多个性化产品。数控接
触器不仅仅能向中高端市场推出新产品，而是在于能向业界提供一个开放的具有
广泛参与性的创新技术平台[3]。
低功耗数控接触器与交流接触器的主要区别是，在操作频率 1200 次/h 条件
下，起动功率指标较交流接触器降低了两个数量级：实测值仅为 4.352 VA，产
品设有独立的控制端，驱动电平：24VDC,10mA，可以直接与电子电路、LOGO！24、
PLC 及现场总线连接。
4.2 低功耗数控接触器的使用规则
电子兼容性是低功耗数控接触器特有的设计理念【4】，指电器元件接入电子
电路时，能够与电子电路共用一组电源和公共地，能够相互协调动作，而不会相
互干扰的适应能力。
图 4 为低功耗数控接触器的制图符号，产品内置驱动电路，设计有四个接线
端子， A1 电源端VC＋，A2 控制端Vi＋，A3 控制端Vi－，A4 电源地线端。
A1
A2
A3
A4
VC＋
Vi ＋
Vi －
A1
A2
A3
A4
VC
K1 I = 10mA
I = 400mA
←
↓
DC24V
正逻辑接线图
图 4 图 5
4
接触器的使用方法：有兼容连接与隔离连接。兼容连接是指兼容于电子电路，
其特征在于：接触器的控制电路和电子电路公用一个直流电源，共用一个信号地。
参照电子电路逻辑电平的惯例分为：正逻辑有效（图 5）和负辑有效（图 6），图
中K1为小型开关。
A1
A2
A3
A4
VC
K1
←
I = 400mA DC24V
↓ I = 10mA
负逻辑接线图
A1
A2
A3
A4
K1 Vi
隔离方式接线图
DC24V
DC24V
VC
图 6 图 7
图 7 是隔离连接方式接线图，图中接触器由一组电源供电，控制端由另一组
电源供电，Vi 控制电压可选择 12V DC。
4.2.1 动作条件
依据《SD型数控接触器》企业标准[2]给出以下数值。
动作条件：电源电压规格：24V DC，电源电流：（起动）400mA，（保持）不大
于 10mA，功率及耗电量见表 1。
表 1 功率及耗电量
基 本 规 格 型 号 起动功率，VA 保持功率，VA 运行耗电量，kW.h/24h
SD-100 ～ SD-220 * 8 0.2 ≤ 0.08
SD-300 ～ SD-800 ** 12 0.2 ≤ 0.12
注： *（ 间断工作制）操作频率：1200 OPS/h， ** 操作频率：600 OPS/h。
由 N 台数控接触器组成的控制系统电源要求：
电源功率（VA）＝单台起动功率（VA）× N（台）
图 9 的同步关合控制系统由 3 台 SD-220 数控接触器组成，控制系统电源总功
率：8 VA × 3 = 24 VA，图中 LOGO！24 和辅助电路的功率约为 10VA,故选用标
称功率为 50W 的开关电源，即可满足在操作频率 1200 OPS/h 条件下同时起动和
稳定工作的需求。SD-220 数控接触器的日耗电量实测值仅为 0.06 kW.h，据此测
5
算上述控制系统在频繁起动情况下，日耗电量不足 0.2 kW.h。
4.2.2 接口及 LOGO！24 的连接规范
本产品在接通电源进入待机状态时，主电路的接通、承载和分断操作受控于
信号源。产品设置多种连接方式，旨在更好地与信号源的匹配。产品使用前工程
设计人员要依据现场需要，参照控制端输入条件的参数值，完成接入方式的电路
设计。
表2 控制端输入条件
逻辑1 （接通） 逻辑0 （分断） 触发方式
电压 V 电流 mA 电压 V 电流 mA
高电平有效 DC 18～24 0～3
低电平有效 DC 0～3
10
18～24
1
低功耗数控接触器可以不经过中间环节，直接与PLC或LOGO！24可编程逻辑
控制器件连接，其接线方式示意图（图8）。
SD
A1
A2
A3
A4
LOGO！24
24V DC
内
部
电
路
L1 L2 L3
T1 T2 T3
L=10mA
图 8 接口规范
LOGO！24 输出规范：逻辑 1（最小）20V DC,逻辑 0（最大）0.1V DC，额
定电流 0.3 A；完全能够满足低功耗数控接触器收入规范：逻辑 1（最小）18V DC,
逻辑 0（最大）3V DC，额定电流 0.01A 的要求。
6
4.3 低功耗数控接触器组成的同步关合控制系统
下面给出低功耗数控接触器在同步关合完整的应用方案。图 9 是由 SD-220
数控接触器和 LOGO！24 逻辑控制模块组成同步关合控制系统。控制系统中由一
台 DC24V，50W 的开关电源供电，采用三台 SD-220 型数控接触器，每台接触器的
三极并联作为一极，同步控制关合电流标称值达 630A。图中的同步采样电压传
感和电流传感电路的导通阀值，具有一定的调节范围，用以控制主回路的同步切
入点，电路中的电压、电流过零信号检测与主电路关合不在同一波形周期内完成，
合闸过程延时约 46ms，分断过程延后约 32ms。本控制系统的操控不再使用大功
率按钮开关，图中 K1 为小型开关，图中的保护电路和通信模块为现有成熟技术
不再赘述。
1
2
3
4
J1
SD-220
1
2
3
4
J2
SD-220
1
2
3
4
J3
SD-220
K1
L1 L2 L3 N
A1 传感器
A2 传感器
A3 传感器
LOGO！24
Q0 Q1 Q2 Q3
I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8
过零电流
AC220V
UVW
VCC
检测电路
保护
电路
通信
模块
开关电源
24V / 50W 状态显示
过零电压
检测电路V1
V2
V3
图 9 SD-220 和 LOGO！24 组成的同步关合控制系统
7
● 为 315A（105A×3）同步关合控制系统照片
● LOGO！24o 在控制系统中的局部照片
8
● 同步关合控制系统（闭合状态）局部照片
5 软件开发
图 10 是 LOGO！24 的逻辑控制图。I1 为电路图中的 K1。其合闸同步控制操
动过程为：当 K1 闭合时 I1 为高电平，B006、BO11、B016 复位，经 B004 倒相 B005、
B010、B015 使能，分别采集 LI、L2、L3 的过零电压信号依次导通，当 B005 导
通时，B002、B007、B018 均为高电平、B003 导通， Q1 驱动 J1 闭合。如果某项
不能采集过零信号，B001 经 0.5s 延时后强制开通，避免缺相运行。其分闸同步
控制操动过程为：当 K1 断开时 B005、B010、B015 复位，B006、BO11、B016 使
能，分别采集 L1、L2、L3 过零电流信号依次导通，当经 B006 导通时，经 B007
倒相 B003 截止，Q1 关断驱使 JI 分闸。I8 为保护端，高电平紧急关断。Q4 为状
态显示，J1、J2、J3 都闭合时 Q4 导通，反之亦然。
9
图 10 LOGO！24 的逻辑控制图
6 应用体会
6.1 控制系统的精度分析
低功耗数控接触器的运动可控性，指在主电路空载条件下，可循环操作的吸
合时间与释放时间的精确度。吸合时间和释放时间允许误差标准值不大于±1ms
（实测最大误差值：吸合－0.335ms，释放－0.124ms）。本产品的吸合时间和释
放时间的出厂设定值为：吸合 38ms，释放 23ms，图 11、图 12 是吸合与释放的
波形图
10
图 11 图 12
表 3 是由 SD-220 型数控接触器与 LOGO！24 组成的控制系统，从发出指令
到主触头完成动作的分阶段时间响应参数分析。
表 3 单极响应时间数值分析 单位：ms
操动类别 指令按钮 LOGO！24 SD-220 总响应时间
分断到接通 1≤ 7≤ 含逻辑运算 38 46
接通到分断 1≤ 8 ≤ 含逻辑运算 23 32
6.2 同步关合的验证实验
图 13、图 14 是系统发出指令到主回路响应时间的波形图
图 13 分断到接通 图 14 接通到分断
图 15 、图 16 是控制系统同步信号采集电路指令到主回路响应的时间波形图
11
图 15 电压传感到主回路接通 图 16 电流传感到主回路分断
从以上图中看出采用低功耗数控接触器、LOGO！24 及控制辅助电路组成的
同步关合控制系统，充分发挥了低功耗数控接触器和 LOGO！24 的技术优势，以
独特的组合方式为解决供电系统中同步关合的技术难题提供了一个有效的设计
方案。
7 意见与建议
7.1 提高时间 S 的分辨率及精度
在 LOGO 使用手册中给出的时基的有效范围，其中时基 S 的分辨率为 10ms，
精度为±10ms。低功耗数控接触器的运动可控性时间精度已达到±1ms，与 LOGO！
24 组成控制系统时，会在一定程度上影响应用范围，故建议将分辨率提高为 1ms，
精度为±1ms。
7.2 建议降低整机高度
LOGO！24 在与低功耗数控接触器的匹配中的消耗功率及温升均很低，完全有
可能进一步降低 LOGO！24 的整机高度。故建议降低产品外形尺寸高度 10mm，以
便于在小型控制柜中安装（参见 LOGO！24o 在控制系统中的局部照片）。
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参考文献
[1] 刘津平，刘昊，刘玉洁. 低功耗数控接触器的设计与开发 [J].低压电器，（2007）
23-0020-05
[2] Q/78014280-X.1-2006， 四川荣高数控电器有限公司企业标准 [Z].2006.
[3] 刘津平，刘昊，刘玉洁. 数控接触器研究现状及发展趋势 [M] 低压电器专委会 第十
四届学术年会论文集
[4] 刘津平，刘昊，刘玉洁. 低功耗数控接触器应用设计 [J].低压电器，（录用）
作者简介：
姓名：刘津平（1952），性别：男，籍贯：河北，学历：大专，职称：总工程师（高工），
公司名称：四川荣高数控电器有限公司，E-Mail：cnrgdq@sina。Com，电话：13980880864，
地址：成都市双林路 101 号 6 单元 7 号，邮编：610051
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基于低功耗数控接触器和LOGO!在同步关合中的应用研究.pdf
