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案例頻道隨著現(xiàn)代采煤技術(shù)的飛速發(fā)展，煤炭的產(chǎn)量不斷提高，用電量成倍增長，使得用電設(shè)備逐漸向大型化、連續(xù)化和自動化方向發(fā)展，因此對真空電磁啟動器的要求越來越高。為了使真空電磁啟動器具有智能保護(hù)功能、多種控制方式、簡單的結(jié)構(gòu)和方便的操作界面，從最初的繼電器控制系統(tǒng)到單片機(jī)控制系統(tǒng)，人們對真空電磁啟動器的控制系統(tǒng)一直在進(jìn)行改進(jìn)。近幾年來，人們將PLC應(yīng)用在饋電開關(guān)的控制系統(tǒng)中，取得了很好的效果。
本文介紹杭州和利時公司自主研發(fā)的HOLLiAS LM系列PLC在六路礦用本質(zhì)安全型真空電磁啟動器中的應(yīng)用。這種真空電磁啟動器主要應(yīng)用于含有爆炸性氣體和煤塵的礦井綜合開采工作面，在交流50Hz、額定電壓1140V或660V、額定電流400A及以下的線路中，作為低壓供電系統(tǒng)的啟動器。采用基于HOLLiAS LM系列PLC的控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)過載、短路、缺相、漏電等保護(hù)功能，系統(tǒng)的可靠性高，性能穩(wěn)定，控制方式靈活多樣，能夠在井下高瓦斯區(qū)域安全可靠地驅(qū)動電機(jī)工作。
電磁啟動器控制系統(tǒng)的主要功能
電磁啟動器采用以PLC為核心所組成的控制系統(tǒng)，完成信號的采集和控制。根據(jù)不同的控制方式，PLC對主回路的通斷進(jìn)行控制。當(dāng)故障發(fā)生時，PLC控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)綜合保護(hù)，并顯示故障狀態(tài)。
6路電磁啟動器具有6個真空交流接觸器（CKJ），將其組合成3個系統(tǒng)，每個系統(tǒng)的控制方式分為單臺控制、延時控制、單回路雙速控制、相互組合雙回路雙速控制等4種情況。再將這3個系統(tǒng)的控制方式根據(jù)需要進(jìn)行組合，這樣，電磁啟動器的控制方式一共有71種。根據(jù)這71種控制方式的不同，PLC控制主回路的通斷。
實現(xiàn)綜合保護(hù)功能的電路主要包括漏電閉鎖電路，以及粘管、過載、短路、斷相等保護(hù)電路。漏電閉鎖電路主要由檢測電源板、漏電閉鎖繼電器和傳感器等組成。電磁啟動器將漏電檢測信號送入模擬量輸入模塊，完成漏電檢測。當(dāng)設(shè)備絕緣水平下降到漏電閉鎖動作值時，PLC產(chǎn)生并輸出閉鎖信號，閉鎖啟動器。傳感器將電流互感器采集的三相線電流信號送入模擬量輸入模塊，PLC判斷該電流信號的大小，對電動機(jī)進(jìn)行過載、短路、斷相等保護(hù)。當(dāng)開關(guān)停止時，或真空接觸器的真空管發(fā)生三相觸頭粘連不能斷開時，PLC在2秒鐘內(nèi)會發(fā)出信號，使上級饋電開關(guān)跳閘。
PLC控制系統(tǒng)硬件選型
在6路礦用本質(zhì)安全型真空電磁啟動器控制系統(tǒng)中，根據(jù)24個電流傳感器和1個電壓傳感器所采集到的模擬信號的變化，并結(jié)合不同的控制方式，可以控制6個主接觸器，并對故障、閉鎖、開車預(yù)警等繼電器的通斷進(jìn)行控制，使得電機(jī)能夠安全、準(zhǔn)確地運行。
根據(jù)統(tǒng)計，PLC控制系統(tǒng)的I/O點共有61個，其中開關(guān)量輸入點17個，開關(guān)量輸出點19個，模擬量輸入點25個，沒有模擬量輸出點。根據(jù)輸入和輸出的要求，本系統(tǒng)的控制器選用和利時公司具有自主知識產(chǎn)權(quán)的HOLLiAS LM系列PLC，I/O點分配表如表1所示。
表1 PLC控制系統(tǒng)的I/O點分配表
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信號類型 |
PLC地址 |
描述 |
|
開關(guān)量輸入 （17點） |
%IX0.0至%IX0.5 |
本安1至本安6 |
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%IX0.6，%IX0.7 |
電機(jī)1，2溫度 | |
|
%IX1.0 |
電機(jī)3溫度 | |
|
%IX1.1，%IX1.2 |
停止1，停止2 | |
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%IX1.3至%IX1.5 |
一號接觸器至三號接觸器的返回信號 | |
|
%IX2.0至%IX2.2 |
四號接觸器至六號接觸器的返回信號 | |
|
開關(guān)量輸出 （19點） |
%QX0.0 |
開車預(yù)警繼電器 |
|
%QX0.1至%QX0.6 |
主接觸點1至主接觸點6 | |
|
%QX0.7 |
漏電閉鎖繼電器1 | |
|
%QX1.0，%QX1.1 |
漏電閉鎖繼電器2，3 | |
|
%QX2.0至%QX2.2 |
漏電閉鎖繼電器4，5，6 | |
|
%QX2.3 |
故障報警繼電器 | |
|
%QX4.0 |
粘管停饋電 | |
|
%QX4.1 |
漏電試驗繼電器 | |
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%QX4.2，%QX4.3，%QX4.4 |
1，2，3號本安組件自保 | |
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模擬量輸入 （25點） |
%IW16，%IW18，%IW20，%IW22 |
CKJ1的3相電流輸入，漏電檢測 |
|
%IW24，%IW26，%IW28，%IW30 |
CKJ2的3相電流輸入，漏電檢測 | |
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%IW32，%IW34，%IW36，%IW38 |
CKJ3的3相電流輸入，漏電檢測 | |
|
%IW40，%IW42，%IW44，%IW46 |
CKJ4的3相電流輸入，漏電檢測 | |
|
%IW48，%IW50，%IW52，%IW54， |
CKJ5的3相電流輸入，漏電檢測 | |
|
%IW56，%IW58，%IW60，%IW62， |
CKJ6的3相電流輸入，漏電檢測 | |
|
%IW64 |
電壓輸入 |
根據(jù)輸入和輸出點的統(tǒng)計，本控制系統(tǒng)的模擬量輸入比較多。由于大部分品牌的小型PLC只有4通道模擬量輸入模塊，如果采用4通道模擬量輸入模塊，則至少需要7個模塊，那么就很有可能超過一個CPU模塊所能支持的擴(kuò)展模塊的數(shù)量。這樣，就必須采用兩個CPU模塊，從而增加了系統(tǒng)硬件的數(shù)量，提高了系統(tǒng)集成的成本。
但是，在和利時公司HOLLiAS LM系列PLC的系列產(chǎn)品中，有8通道模擬量輸入模塊，因此上面的這個問題就變得簡單了。考慮到此系統(tǒng)需要一定的備用I/O點，CPU模塊選擇帶有24點開關(guān)量的LM3107，其它擴(kuò)展模塊的選擇如表2所示。PLC的人機(jī)界面選用HITECH觸摸屏。這些配置完全能夠滿足系統(tǒng)的要求[1][2]。
表2 PLC控制系統(tǒng)的模塊選型
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模塊類型 |
模塊型號 |
模塊數(shù)量 |
規(guī)格描述 |
|
CPU模塊 |
LM3107 |
1 |
AC220V供電，自帶24點I/O， DI 14×DC24V，DO 10×繼電器 |
|
開關(guān)量 擴(kuò)展模塊 |
LM3231 |
1 |
DI 4×DC24V，DO 4×繼電器 |
|
LM3222 |
1 |
DO 8×繼電器 | |
|
模擬量 擴(kuò)展模塊 |
LM3313 |
3 |
AI 8（4～20mA/0～20mA/0～10V可選） |
|
LM3310 |
1 |
AI 4（4～20mA/0～20mA/0～10V可選） |
PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
PLC控制系統(tǒng)的可以對電磁啟動器進(jìn)行智能控制與顯示，具有過載、短路、漏電閉鎖、斷相和真空管粘連等保護(hù)功能，可以進(jìn)行狀態(tài)參數(shù)的設(shè)定、保存和統(tǒng)計，對于故障參數(shù)可以顯示和記憶。從控制系統(tǒng)的主要功能出發(fā)，為了增加程序的可讀性，減少程序代碼，PLC程序采用主程序調(diào)用子程序和功能塊的程序結(jié)構(gòu)。PLC程序由1個主程序、9個子程序和7個功能塊組成，其調(diào)用關(guān)系如圖1所示，各個子程序和功能塊所實現(xiàn)的功能如表3所示。程序代碼所占用的內(nèi)存空間為55K。
圖1 程序調(diào)用關(guān)系圖
表3 子程序和功能塊所實現(xiàn)的功能
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號