礦用PLC 集控智能型組合開關(guān)的應(yīng)用分析

臧華麗

（大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備制造有限公司， 山西 大同 037001）

引言

隨著千萬噸礦井的不斷建設(shè)，井下機(jī)電設(shè)備越來越多。傳統(tǒng)的供電設(shè)備需要使用電磁啟動器，而一個工作面需配備多臺電磁啟動器，由于電磁啟動器占地面積大，需要在井下施工專用的硐室來安裝，從而造成井下電纜較多、空間有限，以至于后期維護(hù)難度大。組合開關(guān)能夠?qū)⒕赂黝惞╇娫O(shè)備的開關(guān)集中到一體，不僅減少了多個電磁啟動器的占地使用面積，而且減少了分散式電纜對用電的損耗。但是傳統(tǒng)礦用組合開關(guān)在實(shí)際使用中還存在很多問題，增加了組合開關(guān)故障率，不利于煤礦安全供電，對此通過技術(shù)研究，決定對傳統(tǒng)組合開關(guān)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)供電線路自動化控制，進(jìn)一步提高供電系統(tǒng)自動智能化。

1 傳統(tǒng)組合開關(guān)主要存在的問題

1）在礦井的實(shí)際生產(chǎn)時，由于組合開關(guān)采用獨(dú)立元件對開關(guān)實(shí)現(xiàn)過載、漏電、缺相等保護(hù)，一旦開關(guān)發(fā)生故障，電路會產(chǎn)生強(qiáng)烈的雜波干擾開關(guān)的正常運(yùn)行，檢修人員很難確認(rèn)故障位置。

2）由于組合開關(guān)組合方式不同安裝有不同種類的接觸器，在用電設(shè)備大電流啟動時會產(chǎn)生較高的溫度，不同種類的接觸器很容易被高溫?zé)龘p，影響內(nèi)部零部件的壽命。

3）由于組合開關(guān)將多臺供電開關(guān)組合到一起，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間較小、零部件較多，導(dǎo)致后期檢修人員維護(hù)難度大。

4）組合開關(guān)內(nèi)部集成度較高，一旦某個零部件在封閉的隔爆腔體內(nèi)發(fā)生弧光短路會直接將周圍的多個零部件燒損，整個組合開關(guān)不能使用，增加組合開關(guān)維修成本費(fèi)用。

5）為了確保組合開關(guān)報廢后不影響工作面的正常生產(chǎn)，傳統(tǒng)組合開關(guān)配備備用開關(guān)，不僅增加了設(shè)備投入數(shù)量及成本費(fèi)用，而且備用開關(guān)的接線方式相對復(fù)雜，不利于設(shè)備檢修維護(hù)[1-2]。

2 PLC 集控智能型組合開關(guān)結(jié)構(gòu)與原理

為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)組合開關(guān)在實(shí)際應(yīng)用中存在的不足，大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備制造有限公司設(shè)計了一套以PLC 進(jìn)行集中、分散控制的組合開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)針對不同故障快速保護(hù)的目的。

2.1 結(jié)構(gòu)

PLC 集控智能型組合開關(guān)內(nèi)采用高強(qiáng)度的鋼板焊接而成，開關(guān)的腔體被分為主腔、進(jìn)線腔、出線腔三部分。

1）組合開關(guān)的左側(cè)設(shè)計為進(jìn)線腔體，上級電源線可以通過左側(cè)喇叭嘴直接與主腔體相接。組合開關(guān)的右側(cè)設(shè)計為出線腔體，下級電源線可以通過右側(cè)喇叭嘴直接與出線腔體相接。

2）主箱體內(nèi)設(shè)計6 個接觸器的架子，每個架子上方安裝2 個接觸器；此外腔體內(nèi)部還有、電源板、綜合保護(hù)裝置、電流互感器、壓敏電阻、電壓互感器、數(shù)據(jù)采集器、變壓器、控制組件、斷路器等部件。在組合開關(guān)右側(cè)設(shè)計四個開關(guān)、四個控制變壓器，在左側(cè)安裝阻容吸收裝置。在腔體底部還安裝有多個插件來外接其他控制設(shè)備。

3）組合開關(guān)內(nèi)部安裝一個主PLC 與8 各子PLC，主PLC 采用可編程序控制器，通過226 型CPU 能夠進(jìn)行編程及存儲，此外還安裝高速計數(shù)器、2 路高速脈沖輸出、2 個編程口，主板集成40 個數(shù)字I/O點(diǎn)，還可以擴(kuò)增7 個模塊。為了提高端子排性能可靠性與擴(kuò)展性，端子排采用整體設(shè)計，不僅方便工作人員整體拆裝，還能夠組網(wǎng)進(jìn)行其他操作。子PLC 具有傳輸數(shù)據(jù)塊、處理數(shù)據(jù)量大，在故障發(fā)生的瞬間觸發(fā)保護(hù)系統(tǒng)。

2.2 工作原理

PLC 集控智能型組合開關(guān)組合開關(guān)上級電源通電后，4 個控制變壓器通過變壓直接對開關(guān)內(nèi)部的控制回路、檢漏回路及其他控制回路供電，檢漏回路啟動后會自動通過保護(hù)裝置對系統(tǒng)內(nèi)部的絕緣性進(jìn)行檢查；當(dāng)各分路開關(guān)打到指定位置，分路指示燈會亮，工作人員可以通過查看顯示器上無故障信息后方可啟動分路開關(guān)。組合開關(guān)的軟件能夠?qū)LC 控制程序的參數(shù)、通訊、整定值進(jìn)行設(shè)定，如圖1 所示。

圖1 PLC 集控智能型組合開關(guān)PLC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 PLC 集控智能型組合開關(guān)應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

1）該組合開關(guān)采用本質(zhì)安全型設(shè)計，能夠很好地控制大功率供電器的回路，有效防止控制線路發(fā)生短路時及時停機(jī)，避免事故擴(kuò)大。

2）系統(tǒng)采用可編程序控制器能夠?qū)崟r地對開關(guān)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，能夠防止設(shè)備發(fā)生短路、漏電、斷相事故。

3）開關(guān)的顯示屏采用觸摸式LCD 屏，程序語言設(shè)置為中文，工作人員可以通過觀看顯示屏的參數(shù)來了解開關(guān)的工作狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時系統(tǒng)會及時報警，工作人員能夠通過人機(jī)對話功能進(jìn)行語音提醒，迅速查明故障原因。

4）系統(tǒng)能夠?qū)?shù)據(jù)中的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，不僅提高了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，還大大提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，防止其他設(shè)備對數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾。

5）組合開關(guān)內(nèi)的自動診斷功能能夠在設(shè)備運(yùn)行時對開關(guān)的各個部件進(jìn)行檢查，可通過人工模擬故障來判斷開關(guān)是否正常運(yùn)行[3-5]。

4 PLC 集控智能型組合開關(guān)應(yīng)用效果

2019 年8 月，在大同煤礦集團(tuán)虎龍溝煤礦2201巷掘進(jìn)期間應(yīng)用PLC 集控智能型組合開關(guān)，截止2020 年11 月，通過3 個月的應(yīng)用效果來看，PLC 集控智能型組合開關(guān)與傳統(tǒng)組合開關(guān)相比簡化了開關(guān)內(nèi)部接線繁瑣工序，蓋開關(guān)在使用過程中故障率低，可對各類故障進(jìn)行保護(hù)動作，在使用期間未發(fā)生開關(guān)動作保護(hù)失靈出現(xiàn)供電系統(tǒng)故障，保證了掘進(jìn)巷道供電安全，全年可節(jié)約設(shè)備維修成本費(fèi)用達(dá)40 萬元。