基于PLC在礦用隔爆型饋電開關控制系統(tǒng)中的應用

一、系統(tǒng)概述

礦用隔爆型真空饋電開關(以下簡稱饋電開關)主要用于煤礦井下，在交流50Hz、電壓至1140V，額定電流分別為400A、500A、630A、800A的線路中，作為供電系統(tǒng)的總開關、分支開關，或作為礦用隔爆型移動變電站用饋電開關(打開后蓋板與移動變電站對接)，也可作為大容量電動機不頻繁起動之用。具有過載、短路、欠壓、漏電保護(選擇性漏電保護)及漏電閉鎖等功能。產品可應用在礦用隔爆型真空饋電開關等煤礦安全用電監(jiān)測系統(tǒng)中。

二、系統(tǒng)配置與功能實現(xiàn)

1、KBZ630Z控制系統(tǒng)硬件配置

顯示屏： 防護等級達到IP65的4行漢字文本顯示屏 一塊，

可編程控制器： UN200系列CPU224Q UN 214-1AF23-0XB0 一塊

擴展模塊： 三相交流電及漏電監(jiān)測模塊UN 231-0BH22-0XA0 一塊

(注：KBZ800Z型需要兩塊三相交流電及漏電監(jiān)測模塊)

2、系統(tǒng)架構

該系統(tǒng)由一套UniMAT PLC+文本屏構成的控制系統(tǒng)和真空斷路器構成的執(zhí)行系統(tǒng)構成。如圖所示。其中CPU進行一些邏輯控制，礦用模塊主要是采集AC電壓、電流和漏電電阻等信號，從而實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控并完成漏電閉鎖、過載、短路、斷相、欠壓和過壓等保護功能，具有智能化程度高、性能穩(wěn)定、動作可靠等優(yōu)點。

3、系統(tǒng)難點

系統(tǒng)主要是要保證漏電保護動作時間小于50ms和短路保護動作的時間小于100ms，所以要保證CPU的采集處理運行速度很快，UniMAT PLC采用高頻微處理器，指令處理速度比普通PLC提升3-10倍，采用UniMAT UN200 PLC的采集與控制周期時間是12ms,加上外圍的設備時間30ms,共42ms，達到了設備的標準要求。

4、監(jiān)控功能設計

采用文本顯示屏，配合UniMAT UN200系列小型PLC，實現(xiàn)對饋電開關的工作狀態(tài)、參數(shù)和故障類型顯示和記憶，并可對具體參數(shù)進行修改調整，友好的用戶界面，具有良好的人機對話功能，可大大提高判斷故障和排除故障的效率。

所有模擬信號全部處理為數(shù)字信號，具有抗干擾能力強、接線簡潔、信息量大、控制可靠準確等特點。

具有完備的自檢、自診斷和故障模擬實驗功能，可方便地檢查保護和控制系統(tǒng)正常與否。

5、系統(tǒng)功能實現(xiàn)

該饋電開關充分考慮煤礦井下的工作環(huán)境，集機械制造、自動化、測控技術與儀器儀表、計算機應用科學技術等學科于一身，其主要技術指標如下：

電壓等級：1140V/660V;頻率：50HZ;

總額定電流：800A、1200A，單臺工作電流可達到400A;

漏電閉鎖保護：附加直流檢測，1140V-40K歐、660V-22K歐;

漏電保護動作：1140V-20K歐、660V-11K歐;

短路保護：為額定電流的3-10倍;

過壓和欠壓保護：0.75Ue

超溫保護和超限保護;

開關設備有漏電試驗和過流試驗按鈕，可隨時檢測饋電開關保護功能;

目前國內大多數(shù)饋電開關采用西門子+變送器+漏電保護器控制的方案，盡管該方案能達到系統(tǒng)要求，但是在控制功能上有很大局限性。采用此方案替代上述方案后可以對整個饋電開關的工藝參數(shù)如電流、電壓等參數(shù)進行在線檢測。降低了客戶的成本，保證了工藝條件的穩(wěn)定、提高了產品的響應速度。采用文本顯示屏，利用顯示屏反應出來的報警信息，工作人員很容易排除故障。提高了生產效率。

6、系統(tǒng)亮點

該系統(tǒng)所采用的三相交流電及漏電監(jiān)測模塊UN 231-0BH22-0XA0是一大亮點，該模塊通過交流互感器能夠實現(xiàn)對交流電信息的采集，配合CPU的運算和控制，可以實現(xiàn)過壓、欠壓、過載、短路、漏電、三相不平衡保護等功能;能夠對電網(wǎng)絕緣電阻進行監(jiān)測;具有零序電壓和零序電流采集功能。該產品是UN200PLC的一個擴展模塊，具體見下圖和接線圖：

該模塊技術指標如下表示：

該模塊還可以應用于多種電源監(jiān)測控制類產品上去，比如各種電氣控制的配電系統(tǒng)監(jiān)測，小型變電站的監(jiān)測系統(tǒng)以及其他組合開關等。

三、使用效果分析

本控制系統(tǒng)在饋電開關系統(tǒng)中實現(xiàn)了預期目的，根據(jù)饋電開關系統(tǒng)在實用中的重要程度選擇深圳億維自動化的UN200系列PLC和三相交流電及漏電監(jiān)測模塊，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，達到了系統(tǒng)的響應要求，簡化了配線施工，降低了維護難度，由于該系列PLC和西門子S7-200PLC完全兼容，降低了工程師的開發(fā)難度，又在一定程度上節(jié)省了系統(tǒng)成本。該系統(tǒng)在投入運行后狀態(tài)良好，還應用于多條自動化控制系統(tǒng)的電源屏監(jiān)控，有較好的行業(yè)應用前景。