礦用隔爆兼本安型多回路組合開關的模塊化設計

趙 東 鄒勝利 李 鵬

(四川川煤華榮能源公司 鐵山南煤礦,四川 達州635024)

目前市場上的組合開關大多采用智能綜合保護器或者采用一套可編程控制器實現對多回路的控制方式,智能綜合保護器易壞易損且控制程序固定,組合方式固定,可擴展和即時修改性差[1]。本設計采用組合開關專用可編程控制器,每個回路采用一臺獨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分站去執行控制輸出。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 設備連接示意圖

多回路組合開關在使用中連接設備的基本示意圖如圖1所示。

圖1 組成框圖

電路的設計采用主從模式即一個主站多個分站,各個分站回路相當于一個模塊,相互之間沒有聯系,分站只和主站進行通信,可以通過主站的編程實現分站之間的互鎖控制、順序控制以及邏輯控制等功能。在設計時各個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進行設定[2]。遠程控制按鈕通過接線端子直接連接主站,實現被控設備的遠程啟停控制。

2 主回路設計

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

3 分站回路設計

多回路組合開關內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維機電有限公司獨立研發設計的一款專用于組合開關的PLC 控制模塊,性能可靠穩定。采用該控制器電路設計簡單,只有保險、阻容、變壓器等少量元件,將傳統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、維護等方便快捷,降低了檢修維護人員工作量。可編程控制器模塊的控制程序采用梯形圖進行編寫,方便快捷,可根據使用人員要求隨時進行修改和完善,通過編程實現對被控設備的過載、短路、斷相、漏電閉鎖等保護功能[1],并通過RS485 通訊接口將采集的電流、漏電電阻、故障信息等數據實時傳送給主站,并在主站顯示屏進行實時顯示。

圖2

4 主站電路設計

多回路組合開關內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、安裝方便等優點。換向開關可以是主回路中的任意一個換向開關,主控制器是可編程控控制器和人機界面一體式控制器,M0～M3 作為人機界面的翻頁、參數設定、故障查詢的按鍵,M4～M7 是各回路的進控按鈕,通過設定可以實現同一個啟動(停止)按鈕控制不同回路的啟動(停止)。外部獨立遠控按鈕直接與控制器的輸入點連接實現各個回路的遠程啟動、停止功能。1-RS485 通訊接口用于主站的控制程序和人機界面組態畫面的下載,2-RS485 通訊接口用于與各個分站回路進行通訊,3-RS485 通訊接口為預留接口,通過該接口可以將組合開關內部所有的數據進行上傳實現遠程電腦端的監控功能。系統的電壓檢測通過輸入的20V 電壓進行線性轉化為相應的系統電壓,并將該電壓通過RS485 傳送給各個分站。

圖3 分站控制回路

5 人機界面的設計

人機界面的監控主頁如圖5 所示,在主界面主要顯示系統狀態及各個分站的系統電壓、三相電流、漏電電阻、回路狀態、運行狀態、故障信息等信息。

系統狀態顯示內容為系統的實時狀態,只有在顯示系統正常時才可啟動各個回路。系統電壓顯示實時采集到的系統工作電壓,腔內溫度顯示內容為開關內部的實時溫度。三相電流顯示控制設備工作時的三相電流值,設備未啟動時顯示0。漏電電阻值顯示開關啟動前的漏電閉鎖檢測的漏電電阻值,當檢測電阻大于999K 時顯示999K,小于999K 時顯示實時檢測值。運行狀態顯示各個回路的實時狀態,無故障時顯示開關分閘,正常運行時顯示開關合閘,故障時顯示回路出現的故障內容,按復位鍵可復位故障。運行狀態顯示本回路的啟動停止狀態,當停止時顯示停止,啟動時顯示啟動。

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。負載欠流：設備運行時,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。負載短路：負載發生短路故障。電源過壓：當前電壓超過額定電壓的上限。電源欠壓：當前電壓低于額定電壓的下限。接觸器不吸合：當啟動開關時,接觸器沒有運行反饋信號。接觸器粘合：開關沒有運行時,解除器有運行反饋信號。真空泄露：接觸器發生真空泄露。漏電閉鎖：線路與地之間的電阻低于額定電阻值。上電啟動：開關送電即啟動。

圖5 主監控界面

各個分站的參數設置界面如圖6 所示,互感器的變比設定根據本回路的額定電流進行設定,額定電路及短路倍數根據實際使用情況進行設定。控制方式用于設定本回路是采用遠控按鈕還是使用自帶按鈕進行控制。被控設定用于設定本回路是獨立運行還有具有其他互鎖、順序等控制方式[2]。現場試驗部分用于對分站回路的保護功能的檢測。

圖6 參數設定界面

6 結論

本文主要簡述了礦用隔爆兼本安型多回路組合開關的模塊化設計思路及電路設計的基本構成,分站及主站均采用可編程控制器實現各種保護功能及數據的可視化顯示,功能強大、組合靈活,同時可根據使用需要隨時進行修改和完善。