基于PLC的礦用隔爆負(fù)荷中心的設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了一種基于西門(mén)子S7-300 PLC的礦用隔爆負(fù)荷中心，討論了其總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，介紹其主要的工作模式、控制方式、監(jiān)測(cè)和保護(hù)功能參數(shù)與人機(jī)界面顯示等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：礦用隔爆 負(fù)荷中心 控制方式 工作模式

0 引言

礦用隔爆型負(fù)荷中心適用于含有甲烷等混合氣體、且有煤塵爆炸危險(xiǎn)的煤礦井下。該設(shè)備為可移動(dòng)式，可以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行模式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各回路的綜合保護(hù)。可以完成向綜采工作面的采煤、運(yùn)輸、支護(hù)的設(shè)備供/變電，并提供完善可靠的控制與保護(hù)，低壓側(cè)多電壓多回路組合開(kāi)關(guān)（簡(jiǎn)稱組合開(kāi)關(guān)），可通過(guò)連接法蘭與變壓器連為一體，也可獨(dú)立使用。

1 工作模式

本負(fù)荷中心的工作模式有三種：?jiǎn)螜C(jī)模式、程控模式、雙速模

式。

1.1 單機(jī)模式

在單機(jī)模式下，12組開(kāi)關(guān)回路相互獨(dú)立，各自單獨(dú)控制相應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，啟動(dòng)和停機(jī)都是以手動(dòng)模式操控的。多用于如破碎機(jī)、水泵等的控制。

1.2 程控模式

在主控單元接收到啟動(dòng)命令后，即可以按照預(yù)定的順序和時(shí)間間隔（0~40s），由CPU發(fā)出啟動(dòng)指令給參與這次啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)所在回路的開(kāi)關(guān)。在啟動(dòng)完成后，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，任意一臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，則將其上一級(jí)電動(dòng)機(jī)立即停止，其余電動(dòng)機(jī)按啟動(dòng)順序逆向停止。采區(qū)采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等設(shè)備若處于程控模式控制下時(shí)，則需依“逆煤流啟動(dòng)，順煤流停車(chē)”的原則。

1.3 雙速模式

雙速模式是指煤礦井下設(shè)備啟動(dòng)過(guò)程中，為了減小雙速電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，先是啟動(dòng)低速運(yùn)行模式，達(dá)到高速啟動(dòng)條件后，則立刻停止低速運(yùn)行模式，同時(shí)投入到高速運(yùn)行模式。

系統(tǒng)判定何時(shí)切換到高速運(yùn)行模式的標(biāo)準(zhǔn)有兩種：

一是按“時(shí)間原則”，即預(yù)先設(shè)定一個(gè)時(shí)間間隔t，在低速運(yùn)行啟動(dòng)后，經(jīng)過(guò)時(shí)間間隔t，系統(tǒng)即認(rèn)為達(dá)到了高速啟動(dòng)條件；

二是“電流原則”，即通過(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流是否降到了預(yù)先設(shè)定的1.1或1.2倍的額定電流值。如果達(dá)到了，系統(tǒng)則認(rèn)為滿足了高速運(yùn)行模式的啟動(dòng)條件。

雙速模式包括單機(jī)雙速、雙機(jī)雙速、三機(jī)雙速3種工況。以刮板運(yùn)輸機(jī)的雙機(jī)雙速工況為例，由于刮板運(yùn)輸機(jī)的機(jī)頭、機(jī)尾兩臺(tái)雙速電動(dòng)機(jī)要求協(xié)調(diào)工作，且在低速啟動(dòng)前由于其鏈條多數(shù)是處于松弛狀態(tài)，故需要機(jī)頭的電動(dòng)機(jī)首先按低速運(yùn)行模式運(yùn)行，以便拉緊鏈條，延時(shí)3~5s后，再啟動(dòng)機(jī)尾電動(dòng)機(jī)的低速運(yùn)行模式；當(dāng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)均達(dá)到高速運(yùn)行條件后，機(jī)頭、機(jī)尾電動(dòng)機(jī)同時(shí)切斷低速運(yùn)行，并同時(shí)切換到高速運(yùn)行模式。不論在啟動(dòng)過(guò)程還是正常運(yùn)行后，任意一臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障或啟動(dòng)失敗，其他電動(dòng)機(jī)都將立即停機(jī)。

不論是單機(jī)雙速、雙機(jī)雙速還是3機(jī)雙速的工況，本系統(tǒng)在編程時(shí)均使用了模塊化編程設(shè)計(jì)方法，使得其低壓側(cè)的12個(gè)回路可以任意組合以構(gòu)成各類雙速回路。

2 監(jiān)測(cè)與保護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》第四百五十五條規(guī)定，設(shè)計(jì)的負(fù)荷中心具有短路、過(guò)載、斷相、漏電閉鎖、過(guò)電壓、欠電壓等多種保護(hù)功能。其中，各保護(hù)功能：短路保護(hù)，過(guò)載保護(hù)，斷相保護(hù)與漏電保護(hù)。

對(duì)絕緣電阻的檢測(cè)采用的是附加直流的測(cè)量原理，即給電網(wǎng)與地之間施加一個(gè)直流電壓信號(hào)。這樣，在電網(wǎng)、大地與絕緣電阻之間形成了一個(gè)電流信號(hào)，系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)檢測(cè)電路可得到能反映絕緣電阻大小的直流電流信號(hào)。此信號(hào)再與漏電閉鎖動(dòng)作值相比較，從而確定是否漏電故障。

系統(tǒng)根據(jù)井下低壓電網(wǎng)的漏電閉鎖動(dòng)作值設(shè)計(jì)，參數(shù)如表1所示：

表1

電壓監(jiān)視：系統(tǒng)中通過(guò)對(duì)輸入電網(wǎng)電壓，經(jīng)采樣、濾波平滑處理，再經(jīng)過(guò)隔離放大處理后，輸入至PLC進(jìn)行數(shù)值處理和比較。其動(dòng)作值的出廠設(shè)定：

過(guò)電壓：>115%Ue

欠電壓：<75%Ue （可以按需要在系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置）

3 人機(jī)界面顯示

本系統(tǒng)的人機(jī)界面顯示系統(tǒng)采用西門(mén)子TP177 color觸摸屏設(shè)計(jì)，具有交互性好、可靠性高、編程簡(jiǎn)單以及與PLC連接簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。觸摸屏上顯示有多個(gè)頁(yè)面。其中，主頁(yè)面顯示控制回路和照明回路的電壓、電流、漏電阻狀態(tài)以及當(dāng)前控制方式和時(shí)間日期，歷史故障記錄頁(yè)面可以記錄和存儲(chǔ)50條的故障信息。參數(shù)設(shè)置頁(yè)面可以顯示各類參數(shù)的設(shè)置，其中包括對(duì)各個(gè)回路控制模式的設(shè)置、保護(hù)參數(shù)的整定、保護(hù)試驗(yàn)以及時(shí)間的整定、系統(tǒng)參數(shù)的整定等。

系統(tǒng)正常工作時(shí)，系統(tǒng)會(huì)顯示主頁(yè)面各個(gè)回路的工作狀態(tài)信息。若某處發(fā)生故障，顯示頁(yè)面會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到故障頁(yè)面，顯示其相應(yīng)回路的故障信息，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理。根據(jù)工作實(shí)際工況需要，可以通過(guò)參數(shù)設(shè)置界面，設(shè)定某回路的工作模式，包括單機(jī)、單機(jī)雙速、雙機(jī)雙速、3機(jī)雙速、程控模式等。其中，在雙速模式設(shè)定時(shí)，操作人員可以按需要在12個(gè)控制回路中任意組合使用。

4 結(jié)語(yǔ)

礦用隔爆負(fù)荷中心是在考慮了煤礦井下實(shí)際工況需要的情況下設(shè)計(jì)的。該系統(tǒng)提供了智能化的工作模式、完善可靠的綜合保護(hù)功能，提高了煤礦生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，提高了生產(chǎn)效率。友好直觀的人機(jī)顯示界面，方便了操作人員的監(jiān)控和管理。目前，該本負(fù)荷中心已在煤礦井下投入使用，工作安全可靠，深受用戶好評(píng)。

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