PLC產(chǎn)品在礦用組合開關(guān)中的應(yīng)用

1.引言

礦用組合開關(guān)具有簡化電纜連接、減少設(shè)備空間、降低線路電壓損耗、使用維護(hù)方便等特點，在煤礦有著廣泛的應(yīng)用。

由于礦用組合開關(guān)使用場合復(fù)雜、組合種類繁多，而且每種開關(guān)的生產(chǎn)量都不夠大，相對于使用固定程序的單片機(jī)控制器，組合開關(guān)更適合使用可編程控制器（PLC）作為其核心控制和保護(hù)元件。PLC在組合開關(guān)上的使用，不僅提高了設(shè)備的可靠性，更使得用戶可以靈活地改變程序邏輯來適應(yīng)客戶和現(xiàn)場各種各樣的控制需求。
目前國內(nèi)的主流組合開關(guān)廠家在選擇PLC時，主要有兩種選擇：選擇和利時獨創(chuàng)的組合開關(guān)專用PLC或選擇通用PLC，比如西門子S7-200系列。

和利時專用PLC針對通用PLC的不足，對組合開關(guān)進(jìn)行了量身定制，在為用戶產(chǎn)品帶來更高性能的同時降低了用戶的使用成本，已經(jīng)成為組合開關(guān)的首選控制器。

本文詳細(xì)地介紹了和利時組合開關(guān)專用PLC的方案和產(chǎn)品，并與通用PLC進(jìn)行了比較。

2. 專用方案

組合開關(guān)保護(hù)與控制系統(tǒng)采用和利時公司可編程控制器，對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測控制，并完成漏電閉鎖、過載、短路、斷相、欠壓和過壓等保護(hù)功能；具有智能化高、性能穩(wěn)定、動作可靠等特點。人機(jī)界面選用和利時HT6000系列觸摸屏，具有良好的人機(jī)對話功能。

本方案采用和利時LM小型PLC作為控制系統(tǒng)的主控制器。接收先導(dǎo)回路起動信號，及控制方式設(shè)定；采集每一個回路的參數(shù)并進(jìn)行保護(hù)，各回路工作參數(shù)和故障信息；根據(jù)設(shè)定控制方式采取相應(yīng)的起動和停止方式；輸出起停信號給操作機(jī)構(gòu)，通過控制中間繼電器的分合來控制真空接觸器的分?jǐn)嗪臀希唤邮照婵战佑|器輔助觸點的反饋信號，實現(xiàn)對多個回路的閉環(huán)控制；給人機(jī)界面提供顯示信息，包括：工作狀態(tài)、故障參數(shù)和設(shè)定信息。所有參數(shù)都可以在觸摸屏上進(jìn)行顯示和設(shè)定， PLC通過以RS-232串口和觸摸屏進(jìn)行通訊，并預(yù)留RS-485通信口和上一級通訊分站進(jìn)行通訊。

系統(tǒng)整體性能具有如下特點：

l 控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的LM3316B，LM3313K模塊直接進(jìn)行交流采樣，省去變送設(shè)備，提高采集速度，增加可靠性，降低了成本。

l 組合方式靈活，可根據(jù)客戶的不同要求編制不同的程序，實現(xiàn)不同的功能，滿足井下各種負(fù)荷組合。

l 控制系統(tǒng)在嚴(yán)格的工業(yè)環(huán)境下長期、穩(wěn)定地運(yùn)行。系統(tǒng)組件的的設(shè)計符合真正的工業(yè)等級，滿足國內(nèi)、國際的安全標(biāo)準(zhǔn)。并且易配置、易接線、易維護(hù)、隔離性好，結(jié)構(gòu)堅固，抗腐蝕，適應(yīng)較寬的溫度變化范圍。

l 系統(tǒng)具備良好的電磁兼容性，能夠承受工業(yè)環(huán)境的嚴(yán)格要求，平均無故障間隔時間（MTBF） 1×105小時。

3. 產(chǎn)品介紹

目前大部分組合開關(guān)應(yīng)用的PLC保護(hù)控制系統(tǒng)，雖然可以完成電動機(jī)的過載、短路、漏電閉鎖和絕緣監(jiān)測等保護(hù)功能，但是需要在PLC外圍加上由分立元件和小規(guī)模集成元件組成的保護(hù)電路，不僅增加了空間，而且元件的分散性和對保護(hù)的可靠性和穩(wěn)定性影響很大。主要原因是：

l 由于普通PLC信號輸入都是直流輸入，組合開關(guān)中采集電壓和電流信號都需要轉(zhuǎn)換成直流信號，這樣增加了成本，而且還降低了可靠性，在使用中也發(fā)現(xiàn)，組合開關(guān)故障多發(fā)生在信號變送裝置；

l 組合開關(guān)一般都是給大功率的三相異步電機(jī)供電，對短路保護(hù)要求比較靈敏，而要求短路保護(hù)時間短，就要求PLC處理速度快，同時減少信號采集時間，普通的直流采集無法滿足保護(hù)的時間要求；

l 在部分需要顯示交流電量（電壓、電流、功率）的場合，用戶無法使用現(xiàn)有的PLC模塊來完成，必須另外購買單獨的電量采集模塊通過串口接入系統(tǒng)，影響了系統(tǒng)的性能和協(xié)調(diào)性。

針對以上問題，和利時公司開發(fā)出了6路交流電流直接輸入的模擬量處理模塊LM3316A、7路超前漏電檢測1路交流電壓輸入模塊LM3313K和LM3317交流電量采集模塊。

LM3316A采用交流采集芯片，采集信號時間在毫秒量級，完成6路交流電流的測量與過流判斷，并提供2路繼電器保護(hù)輸出。6路交流電流分成2組，每組對應(yīng)三相交流電流輸入，量程0~8A(有效值)。用戶可分別設(shè)定每組的過流門限值，LM3316A模塊采集電流量并與門限值進(jìn)行比較，若發(fā)生過流則完成保護(hù)動作，從過流事件發(fā)生到模塊完成保護(hù)動作完成，響應(yīng)時間約為100ms。

LM3313K在正常8路模擬量輸入模塊的基礎(chǔ)上，7通道超前漏電檢測增加運(yùn)算放大器，產(chǎn)生一個需要檢測漏電電阻用的附加直流電源，這樣直接在通道上直接加上一個電阻，就可以直接產(chǎn)生一個10V以內(nèi)的直流電壓供模塊采集計算。1路交流電壓通道用來測量組合開關(guān)的系統(tǒng)電壓，系統(tǒng)電壓通過變壓器變成220V以內(nèi)的交流電壓，這路通道通過半波整流將220V變?yōu)?~10V的直流電壓，供模塊采集計算。

LM3317可完成三相交流電壓和電流的測量，并可進(jìn)行過流判斷，提供1路繼電器保護(hù)輸出。用戶設(shè)定電流信號的過流門限值后，LM3317模塊采集電流并與門限值進(jìn)行比較，若發(fā)生過流則完成保護(hù)動作，響應(yīng)時間約為100ms。

以六組合為例，采用和利時PLC為控制系統(tǒng)的核心，完成對主回路的通斷控制，當(dāng)線路出現(xiàn)漏電、過流、過載、三相不平衡等故障時，由相應(yīng)的程序進(jìn)行保護(hù)，使啟動器分?jǐn)啵⒔o予故障顯示。主回路設(shè)三臺隔離換向開關(guān)，稱為三個系統(tǒng)。每個系統(tǒng)控制方式可分為單臺控制、延時控制、單回路雙速控制、雙回路雙速控制等，達(dá)到了相互組合，混合控制的目的，再將三個系統(tǒng)控制方式進(jìn)行組合，根據(jù)控制方式的不同，PLC控制主回路的通斷，每一回路之間可任意組合。

4.結(jié)束語

和利時在2010年推出組合開關(guān)專用PLC，創(chuàng)造性地把電力保護(hù)和可編程技術(shù)結(jié)合在一起，解決了通用PLC在組合開關(guān)應(yīng)用時無法克服的交流信號直接采樣問題，提高了產(chǎn)品的性能、減少了安裝空間、降低了使用成本。
三年多的現(xiàn)場使用使得該產(chǎn)品積累了大量的使用經(jīng)驗，實踐表明該產(chǎn)品具有良好的抗干擾能力和可靠性，適合于在煤礦井下環(huán)境使用。