【導(dǎo)讀】在礦井環(huán)境中，怎樣能把PLC成功的應(yīng)用在礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)中，怎樣能更好的簡(jiǎn)化配置、降低成本并對(duì)程序作出優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文采用的模塊可以實(shí)現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)載、短路、漏電、三相不平衡等功能，具有零序電壓和零序電流采集功能。
一、系統(tǒng)概述
礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)饋電開(kāi)關(guān))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(kāi)關(guān)、分支開(kāi)關(guān)，或作為礦用隔爆型移動(dòng)變電站用饋電開(kāi)關(guān)（打開(kāi)后蓋板與移動(dòng)變電站對(duì)接），也可作為大容量電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)之用。具有過(guò)載、短路、欠壓、漏電保護(hù)(選擇性漏電保護(hù))及漏電閉鎖等功能。產(chǎn)品可應(yīng)用在礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)等煤礦安全用電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。
圖1：PLC應(yīng)用
圖1-1：PLC應(yīng)用
二、系統(tǒng)配置與功能實(shí)現(xiàn)
1、KBZ630Z控制系統(tǒng)硬件配置
顯示屏： 防護(hù)等級(jí)達(dá)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(kuò)展模塊： 三相交流電及漏電監(jiān)測(cè)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(cè)模塊）
2、系統(tǒng)架構(gòu)
該系統(tǒng)由一套UniMAT PLC+文本屏構(gòu)成的控制系統(tǒng)和真空斷路器構(gòu)成的執(zhí)行系統(tǒng)構(gòu)成。如圖所示。其中CPU進(jìn)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(hào)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控并完成漏電閉鎖、過(guò)載、短路、斷相、欠壓和過(guò)壓等保護(hù)功能，具有智能化程度高、性能穩(wěn)定、動(dòng)作可靠等優(yōu)點(diǎn)。
圖2：CPU進(jìn)行一些邏輯控制
3、系統(tǒng)難點(diǎn)
系統(tǒng)主要是要保證漏電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間小于50ms和短路保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間小于100ms，所以要保證CPU的采集處理運(yùn)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(shí)間是12ms,加上外圍的設(shè)備時(shí)間30ms,共42ms，達(dá)到了設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)要求。
4、監(jiān)控功能設(shè)計(jì)
采用文本顯示屏，配合UniMAT UN200系列小型PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)饋電開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)、參數(shù)和故障類(lèi)型顯示和記憶，并可對(duì)具體參數(shù)進(jìn)行修改調(diào)整，友好的用戶(hù)界面，具有良好的人機(jī)對(duì)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(hào)全部處理為數(shù)字信號(hào)，具有抗干擾能力強(qiáng)、接線簡(jiǎn)潔、信息量大、控制可靠準(zhǔn)確等特點(diǎn)。
具有完備的自檢、自診斷和故障模擬實(shí)驗(yàn)功能，可方便地檢查保護(hù)和控制系統(tǒng)正常與否。
5、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
該饋電開(kāi)關(guān)充分考慮煤礦井下的工作環(huán)境，集機(jī)械制造、自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器儀表、計(jì)算機(jī)應(yīng)用科學(xué)技術(shù)等學(xué)科于一身，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：
電壓等級(jí)：1140V/660V；頻率：50HZ；
總額定電流：800A、1200A，單臺(tái)工作電流可達(dá)到400A；
漏電閉鎖保護(hù)：附加直流檢測(cè)，1140V-40K歐、660V-22K歐；
漏電保護(hù)動(dòng)作：1140V-20K歐、660V-11K歐；
短路保護(hù)：為額定電流的3-10倍；
過(guò)壓和欠壓保護(hù)：0.75Ue<U<1.15Ue；
超溫保護(hù)和超限保護(hù)；
開(kāi)關(guān)設(shè)備有漏電試驗(yàn)和過(guò)流試驗(yàn)按鈕，可隨時(shí)檢測(cè)饋電開(kāi)關(guān)保護(hù)功能；
圖3：系統(tǒng)原理圖
目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)饋電開(kāi)關(guān)采用西門(mén)子+變送器+漏 電保護(hù)器控制的方案，盡管該方案能達(dá)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(duì)整個(gè)饋電開(kāi)關(guān)的工藝參數(shù)如電流、電壓等參 數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)。降低了客戶(hù)的成本，保證了工藝條件的穩(wěn)定、提高了產(chǎn)品的響應(yīng)速度。采用文本顯示屏，利用顯示屏反應(yīng)出來(lái)的報(bào)警信息，工作人員很容易排除故 障。提高了生產(chǎn)效率。
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6、系統(tǒng)亮點(diǎn)
該系統(tǒng)所采用的三相交流電及漏電監(jiān)測(cè)模塊UN 231-0BH22-0XA0是一大亮點(diǎn)，該模塊通過(guò)交流互感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)交流電信息的采集，配合CPU的運(yùn)算和控制，可以實(shí)現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路、漏電、三相不平衡保護(hù)等功能；能夠?qū)﹄娋W(wǎng)絕緣電阻進(jìn)行監(jiān)測(cè)；具有零序電壓和零序電流采集功能。該產(chǎn)品是UN200PLC的一個(gè)擴(kuò)展模塊，具體見(jiàn)下圖和接線圖：
圖4：UN200PLC的一個(gè)擴(kuò)展模塊
該模塊技術(shù)指標(biāo)如下表示：
圖5：模塊技術(shù)指標(biāo)
該模塊還可以應(yīng)用于多種電源監(jiān)測(cè)控制類(lèi)產(chǎn)品上去，比如各種電氣控制的配電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，小型變電站的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及其他組合開(kāi)關(guān)等。
三、使用效果分析
本控制系統(tǒng)在饋電開(kāi)關(guān)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目的，根據(jù)饋電開(kāi)關(guān)系統(tǒng)在實(shí)用中的重要程度選擇UN200系列PLC和三相交流電及漏電監(jiān)測(cè)模塊，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，達(dá)到了系統(tǒng)的響應(yīng)要求，簡(jiǎn)化了配線施工，降低了維護(hù)難度，由于該系列PLC和S7-200PLC完全兼容，降低了工程師的開(kāi)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(yùn)行后狀態(tài)良好，還應(yīng)用于多條自動(dòng)化控制系統(tǒng)的電源屏監(jiān)控，有較好的行業(yè)應(yīng)用前景。
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