礦用隔爆兼本安型多回路組合開關(guān)的模塊化設(shè)計(jì)

趙 東 鄒勝利 李 鵬

(四川川煤華榮能源公司 鐵山南煤礦,四川 達(dá)州635024)

目前市場(chǎng)上的組合開關(guān)大多采用智能綜合保護(hù)器或者采用一套可編程控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)多回路的控制方式,智能綜合保護(hù)器易壞易損且控制程序固定,組合方式固定,可擴(kuò)展和即時(shí)修改性差[1]。本設(shè)計(jì)采用組合開關(guān)專用可編程控制器,每個(gè)回路采用一臺(tái)獨(dú)立的可編程控制器通過RS485 通訊與主站連接,主站采用一體化可編程控制器具有7 寸顯示屏,控制命令由主站下發(fā)分站去執(zhí)行控制輸出。所有采集的電壓、電流、漏電電阻以及故障記錄等信息由主站集中顯示和保存。

1 設(shè)備連接示意圖

多回路組合開關(guān)在使用中連接設(shè)備的基本示意圖如圖1所示。

圖1 組成框圖

電路的設(shè)計(jì)采用主從模式即一個(gè)主站多個(gè)分站,各個(gè)分站回路相當(dāng)于一個(gè)模塊,相互之間沒有聯(lián)系,分站只和主站進(jìn)行通信,可以通過主站的編程實(shí)現(xiàn)分站之間的互鎖控制、順序控制以及邏輯控制等功能。在設(shè)計(jì)時(shí)各個(gè)回路使用相同的電氣元件,在使用中可以互換使用,分站控制器的地址采用撥碼開關(guān)進(jìn)行設(shè)定[2]。遠(yuǎn)程控制按鈕通過接線端子直接連接主站,實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備的遠(yuǎn)程啟停控制。

2 主回路設(shè)計(jì)

多回路組合開關(guān)內(nèi)部主回路電路的設(shè)計(jì)如圖2 所示,進(jìn)線端采用三組接線柱且同相接線柱進(jìn)行相連的進(jìn)線方式,每組通過一個(gè)400A 隔離換向開關(guān)再分成2 路,每路通過一個(gè)200A 的真空交流接觸器與出線端接線柱進(jìn)行連接,每個(gè)主回路可通過最大電流為200A,總的進(jìn)線電流最大1200A[3]。

3 分站回路設(shè)計(jì)

多回路組合開關(guān)內(nèi)部電路的分站控制回路如圖3 所示,可編程控制器模塊采用的是由淮南市萬(wàn)維機(jī)電有限公司獨(dú)立研發(fā)設(shè)計(jì)的一款專用于組合開關(guān)的PLC 控制模塊,性能可靠穩(wěn)定。采用該控制器電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,只有保險(xiǎn)、阻容、變壓器等少量元件,將傳統(tǒng)使用的中間繼電器集成在可編程控制器模塊中,電氣元件的減少也就意味著故障率的減少。安裝、檢修、維護(hù)等方便快捷,降低了檢修維護(hù)人員工作量?？删幊炭刂破髂K的控制程序采用梯形圖進(jìn)行編寫,方便快捷,可根據(jù)使用人員要求隨時(shí)進(jìn)行修改和完善,通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)被控設(shè)備的過載、短路、斷相、漏電閉鎖等保護(hù)功能[1],并通過RS485 通訊接口將采集的電流、漏電電阻、故障信息等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給主站,并在主站顯示屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

圖2

4 主站電路設(shè)計(jì)

多回路組合開關(guān)內(nèi)部電路的主站控制回路如圖4 所示。

CPU 主控制器采用的是一體式控制器,將7 寸顯示屏和PLC 集成在一起,具有體積小、功能全、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。換向開關(guān)可以是主回路中的任意一個(gè)換向開關(guān),主控制器是可編程控控制器和人機(jī)界面一體式控制器,M0～M3 作為人機(jī)界面的翻頁(yè)、參數(shù)設(shè)定、故障查詢的按鍵,M4～M7 是各回路的進(jìn)控按鈕,通過設(shè)定可以實(shí)現(xiàn)同一個(gè)啟動(dòng)(停止)按鈕控制不同回路的啟動(dòng)(停止)。外部獨(dú)立遠(yuǎn)控按鈕直接與控制器的輸入點(diǎn)連接實(shí)現(xiàn)各個(gè)回路的遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止功能。1-RS485 通訊接口用于主站的控制程序和人機(jī)界面組態(tài)畫面的下載,2-RS485 通訊接口用于與各個(gè)分站回路進(jìn)行通訊,3-RS485 通訊接口為預(yù)留接口,通過該接口可以將組合開關(guān)內(nèi)部所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電腦端的監(jiān)控功能。系統(tǒng)的電壓檢測(cè)通過輸入的20V 電壓進(jìn)行線性轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的系統(tǒng)電壓,并將該電壓通過RS485 傳送給各個(gè)分站。

圖3 分站控制回路

5 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)

人機(jī)界面的監(jiān)控主頁(yè)如圖5 所示,在主界面主要顯示系統(tǒng)狀態(tài)及各個(gè)分站的系統(tǒng)電壓、三相電流、漏電電阻、回路狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、故障信息等信息。

系統(tǒng)狀態(tài)顯示內(nèi)容為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài),只有在顯示系統(tǒng)正常時(shí)才可啟動(dòng)各個(gè)回路。系統(tǒng)電壓顯示實(shí)時(shí)采集到的系統(tǒng)工作電壓,腔內(nèi)溫度顯示內(nèi)容為開關(guān)內(nèi)部的實(shí)時(shí)溫度。三相電流顯示控制設(shè)備工作時(shí)的三相電流值,設(shè)備未啟動(dòng)時(shí)顯示0。漏電電阻值顯示開關(guān)啟動(dòng)前的漏電閉鎖檢測(cè)的漏電電阻值,當(dāng)檢測(cè)電阻大于999K 時(shí)顯示999K,小于999K 時(shí)顯示實(shí)時(shí)檢測(cè)值。運(yùn)行狀態(tài)顯示各個(gè)回路的實(shí)時(shí)狀態(tài),無(wú)故障時(shí)顯示開關(guān)分閘,正常運(yùn)行時(shí)顯示開關(guān)合閘,故障時(shí)顯示回路出現(xiàn)的故障內(nèi)容,按復(fù)位鍵可復(fù)位故障。運(yùn)行狀態(tài)顯示本回路的啟動(dòng)停止?fàn)顟B(tài),當(dāng)停止時(shí)顯示停止,啟動(dòng)時(shí)顯示啟動(dòng)。

圖4 主站控制回路

故障信息主要包括電源缺相：3 相供電中,有1 相或2 相沒有電流。電流不平衡：3 相供電中,三相電流最大相與最小差別過大。負(fù)載欠流：設(shè)備運(yùn)行時(shí),工作電流小于最小電流。1.2 倍過載：工作電流大于額定電流的1.2 倍。1.5 倍過載：工作電流大于額定電流的1.5 倍。6 倍過載：工作電流大于額定電流的6 倍。負(fù)載短路：負(fù)載發(fā)生短路故障。電源過壓：當(dāng)前電壓超過額定電壓的上限。電源欠壓：當(dāng)前電壓低于額定電壓的下限。接觸器不吸合：當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)時(shí),接觸器沒有運(yùn)行反饋信號(hào)。接觸器粘合：開關(guān)沒有運(yùn)行時(shí),解除器有運(yùn)行反饋信號(hào)。真空泄露：接觸器發(fā)生真空泄露。漏電閉鎖：線路與地之間的電阻低于額定電阻值。上電啟動(dòng)：開關(guān)送電即啟動(dòng)。

圖5 主監(jiān)控界面

各個(gè)分站的參數(shù)設(shè)置界面如圖6 所示,互感器的變比設(shè)定根據(jù)本回路的額定電流進(jìn)行設(shè)定,額定電路及短路倍數(shù)根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行設(shè)定?？刂品绞接糜谠O(shè)定本回路是采用遠(yuǎn)控按鈕還是使用自帶按鈕進(jìn)行控制。被控設(shè)定用于設(shè)定本回路是獨(dú)立運(yùn)行還有具有其他互鎖、順序等控制方式[2]。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)部分用于對(duì)分站回路的保護(hù)功能的檢測(cè)。

圖6 參數(shù)設(shè)定界面

6 結(jié)論

本文主要簡(jiǎn)述了礦用隔爆兼本安型多回路組合開關(guān)的模塊化設(shè)計(jì)思路及電路設(shè)計(jì)的基本構(gòu)成,分站及主站均采用可編程控制器實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能及數(shù)據(jù)的可視化顯示,功能強(qiáng)大、組合靈活,同時(shí)可根據(jù)使用需要隨時(shí)進(jìn)行修改和完善。