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案例頻道隨著現代采煤技術的飛速發展，煤炭的產量不斷提高，用電量成倍增長，使得用電設備逐漸向大型化、連續化和自動化方向發展，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功能、多種控制方式、簡單的結構和方便的操作界面，從最初的繼電器控制系統到單片機控制系統，人們對真空電磁啟動器的控制系統一直在進行改進。近幾年來，人們將PLC應用在饋電開關的控制系統中，取得了很好的效果。
本文介紹杭州和利時公司自主研發的HOLLiAS LM系列PLC在六路礦用本質安全型真空電磁啟動器中的應用。這種真空電磁啟動器主要應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，作為低壓供電系統的啟動器。采用基于HOLLiAS LM系列PLC的控制系統，可以實現過載、短路、缺相、漏電等保護功能，系統的可靠性高，性能穩定，控制方式靈活多樣，能夠在井下高瓦斯區域安全可靠地驅動電機工作。
電磁啟動器控制系統的主要功能
電磁啟動器采用以PLC為核心所組成的控制系統，完成信號的采集和控制。根據不同的控制方式，PLC對主回路的通斷進行控制。當故障發生時，PLC控制系統可以實現綜合保護，并顯示故障狀態。
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，每個系統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個系統的控制方式根據需要進行組合，這樣，電磁啟動器的控制方式一共有71種。根據這71種控制方式的不同，PLC控制主回路的通斷。
實現綜合保護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。當設備絕緣水平下降到漏電閉鎖動作值時，PLC產生并輸出閉鎖信號，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，對電動機進行過載、短路、斷相等保護。當開關停止時，或真空接觸器的真空管發生三相觸頭粘連不能斷開時，PLC在2秒鐘內會發出信號，使上級饋電開關跳閘。
PLC控制系統硬件選型
在6路礦用本質安全型真空電磁啟動器控制系統中，根據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、開車預警等繼電器的通斷進行控制，使得電機能夠安全、準確地運行。
根據統計，PLC控制系統的I/O點共有61個，其中開關量輸入點17個，開關量輸出點19個，模擬量輸入點25個，沒有模擬量輸出點。根據輸入和輸出的要求，本系統的控制器選用和利時公司具有自主知識產權的HOLLiAS LM系列PLC，I/O點分配表如表1所示。
表1 PLC控制系統的I/O點分配表
|
信號類型 |
PLC地址 |
描述 |
|
開關量輸入 （17點） |
%IX0.0至%IX0.5 |
本安1至本安6 |
|
%IX0.6，%IX0.7 |
電機1，2溫度 | |
|
%IX1.0 |
電機3溫度 | |
|
%IX1.1，%IX1.2 |
停止1，停止2 | |
|
%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 | |
|
開關量輸出 （19點） |
%QX0.0 |
開車預警繼電器 |
|
%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 | |
|
%QX4.2，%QX4.3，%QX4.4 |
1，2，3號本安組件自保 | |
|
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 | |
|
%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 |
根據輸入和輸出點的統計，本控制系統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模塊所能支持的擴展模塊的數量。這樣，就必須采用兩個CPU模塊，從而增加了系統硬件的數量，提高了系統集成的成本。
但是，在和利時公司HOLLiAS LM系列PLC的系列產品中，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。考慮到此系統需要一定的備用I/O點，CPU模塊選擇帶有24點開關量的LM3107，其它擴展模塊的選擇如表2所示。PLC的人機界面選用HITECH觸摸屏。這些配置完全能夠滿足系統的要求[1][2]。
表2 PLC控制系統的模塊選型
|
模塊類型 |
模塊型號 |
模塊數量 |
規格描述 |
|
CPU模塊 |
LM3107 |
1 |
AC220V供電，自帶24點I/O， DI 14×DC24V，DO 10×繼電器 |
|
開關量 擴展模塊 |
LM3231 |
1 |
DI 4×DC24V，DO 4×繼電器 |
|
LM3222 |
1 |
DO 8×繼電器 | |
|
模擬量 擴展模塊 |
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控制系統軟件設計
PLC控制系統的可以對電磁啟動器進行智能控制與顯示，具有過載、短路、漏電閉鎖、斷相和真空管粘連等保護功能，可以進行狀態參數的設定、保存和統計，對于故障參數可以顯示和記憶。從控制系統的主要功能出發，為了增加程序的可讀性，減少程序代碼，PLC程序采用主程序調用子程序和功能塊的程序結構。PLC程序由1個主程序、9個子程序和7個功能塊組成，其調用關系如圖1所示，各個子程序和功能塊所實現的功能如表3所示。程序代碼所占用的內存空間為55K。
圖1 程序調用關系圖
表3 子程序和功能塊所實現的功能
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號