基于PLC的矿用隔爆兼本安型智能真空组合开关控制系统

基于PLC的矿用隔爆兼本安型智能真空组合开关控制系统X赵洪瑞,孙凡,李仲强,王淼(煤炭科学研究总院沈阳研究院,辽宁沈阳110015)[关键词]任意逻辑组合;组合开关;本安回路[摘要]利用PLC实现矿用隔爆兼本质安全型智能真空组合开关的任意逻辑组合控制。

该控制系统具有单独控制、顺序控制、联动控制、单机双速、双机双速、多种方式混合控制的组合功能,同时具有短路、过载、断相、漏电、过压、欠压、启动失败等综合保护功能,本安回路保障了远方控制和信息传输。

[中图分类号]TD76[文献标识码]A[文章编号]1004-9118(2009)04-0040-04C ontrol System of Intelligent Vac.Unit Sw itch with Flameproof&Intrinsically Safe for Coal Mine Based on PLCZHAO Hong-rui,SUN Fan,LI Zhong-qiang,W ANG Miao(Shenyang Branch o f China Coal Resea rch I nstitute,Liaoning Shenyan g110015) Key words:random logical combination;unit switch;intrinsically safe loopAbstract:It realizes the control by random logical c ombination ac tion based on PLC for Intelligent Vac.Unit switch with the protection types of flameproof and intrinsical safety.This control system has some combined func tions,independent control,sequential control,gang control,double speed for sin-gle,double-speed for two motors,mixed control for multimodel.It also has integrated protection func-tions of short circuit,overload,loss of phase,electrical leaka ge,overvoltage,under-voltage,start-up failure.The intrinsically safe loop ensures to control and data transmission in far distance.0引言矿用隔爆兼本质安全型智能真空组合开关是用来控制煤矿井下采煤、掘进、运输的组合控制设备。

主要用于含有甲烷混合气体、具有煤尘爆炸危险的煤矿井下及各种低压供电线路中,同时完成对采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、乳化液泵、喷雾泵等设备进行启动、停止或顺序控制和联动控制,并能对电动机及供电线路出现过载、短路、漏电、缺相、欠压、过压故障时进行保护。

目前,市场上的组合开关品种繁多,但是大部分的组合开关都具有适用范围小的缺点。

有的回路固定某种设备,例如第一、二回路只能对应采煤机或者掘进机;有的组合方式固定,例如第一、二回路只能采用顺序控制方式,不能实现多种回路、多种控制方式的任意组合。

而这种具有单独控制、顺序控制、联动控制、单机双速、双机双速、多种方式混合的任意逻辑组合控制功能的产品能够更好地满足现场需要。

1系统构成及实现功能1.1系统构成系统可分为管理层、控制层、信号处理层和现场层,如图1所示。

1)系统管理层由10英寸液晶显示器SI MAT-IC MUL TI PANE L E M277组成,当需要接入监控系统时,可连接一台防爆计算机或者监控系统分站。

EM277具有屏幕大、分辨率高、彩色显示等优点,40基于PLC的矿用隔爆兼本安型智能真空组合开关控制系统5电气防爆62009,4X[收稿日期]2009-09-08[作者简介]赵洪瑞,男,1982年生,工程师,硕士,2007年毕业于辽宁工程技术大学,从事矿用电气产品开发工作。

方便现场监控操作。

2)系统控制层采用西门子S7-200系列中CPU226C N 为控制核心,E M221、E M223和E M231作为系统的扩展模块。

通过E M221和EM223采集各个回路的信息,并控制主回路中接触器的启停;通过E M231采集回路中的电流、电压等模拟量信号,并送入C PU 进行运算,通过运算结果自动采取相应的控制和保护措施,同时通过管理层进行状态显示。

3)系统信号处理层由中间继电器、前向通道、本安先导和信号隔离电路构成。

控制层中的数字量输出点控制中间继电器的开关状态,继而控制主回路中接触器的开关状态。

中间继电器起到将控制信号中转的作用。

前向通道主要是将采集到的互感器输出信号,由交流信号按照相应的比例关系转换成PLC 能够接收到的0~10V 直流信号。

本安先导模块主要是将系统的远方控制引出到防爆壳体外部,因此本安先导必须满足本安要求,并能够通过它实现组合开关的远程启动和停止操作,其电路如图2所示。

图1系统原理图图2 本安先导电路信号隔离电路实现通信信号的隔离,从而实现与防爆计算机或者监控分站等监控系统的联网通信,采用RS485型通信方式传输数字信号,通信方式为主从式通信方式,通信电路如图3所示。

415电气防爆6 2009,4 基于PLC 的矿用隔爆兼本安型智能真空组合开关控制系统4)系统现场层主要由主回路接触器、互感器、启动和停止按钮等设备组成,通过现场层的启动和停止按钮向控制系统发出控制命令;通过现场层的接触器等设备来接收控制系统所发出的各种控制命令,并执行相应的动作,从而完成整个系统的运行。

图3 信号隔离电路1.2 逻辑控制功能1)顺控可以实现组合开关内部任意个回路的顺控功能,8个回路可以任意设定顺序。

合闸顺序按设置依次合闸,若中间某回路分闸或合闸失败,那么该回路下级回路随即断开并闭锁,前面回路不受影响。

例如,组合方式设定为顺控时间为5s,那么合闸顺序为:3#合闸,5s 后,6#合闸,以下依次是4、1、7顺序合闸。

断开顺序:若4#分闸,则1#、7#都跟随分闸并闭锁,3#、6#不受影响。

2)联控可以实现组合开关内部任意个回路的联控功能。

与顺控功能区别在于,当中间某回路分闸或合闸失败,那么前面回路按照设定时间依次断开。

3)单机双速可以实现组合开关内部任意两个回路组成单机双速,切换原则有时间原则和电流原则两种。

4)双机双速可以实现组合开关内部任意四个回路组成双机双速。

1.3 综合保护功能通过前向通道采集各个回路中的电流、电压等信号,经CPU 对所采集到的信号进行运算处理后,将结果和预定值进行比较,从而判断出各个回路的运行状态和故障情况,进而实现整个系统的短路、过载、漏电、断相、欠压和过压等自动保护。

2 程序框架管理层中采用Wincc flexible 组态软件组成人机界面,通过RS485实时与控制层进行通讯。

在整个控制系统中,核心控制器CP U226CN 通过硬件电路采集各种信号,利用用户程序来完成对各种信号的处理,并将处理结果送入输出模块,从而完成整个系统的控制过程。

用户程序在整个控制系统中起到至关重要的作用,是整个系统的关键。

PLC 中程序框架如图4所示。

图4 程序框架在整个程序当中,通过主程序对各个子程序的调用实现整个系统的各项逻辑控制和各种保护功能。

首先调用/组合方式判断0程序,从而判断出人机界面中所设定的逻辑组合方式,为按照设定好的逻辑组合方式操作做好准备。

然后通过调用/逻辑控制方式0子程序实现任意逻辑组合方式的控制。

经过/输出程序0、/反馈程序0和组合方式的综合判断后将变量值输出到相应的输出映像寄存器中,进一步控制外部电路。

通过调用/保护程序0子程序来完成对各个回路的电流和电压等数据采集和数学运算,判断得出各个回路的运行状态,从而实现各个回路的故障报警和自动保护。

通过/通讯程序0设置好相应的特殊存储器的相应参数,为通讯的顺利进行提供软件支持。

本系统中通过调用用户程序中的/键盘程序0来改变人机界面中相应变量的数据,从而实现操作员利用键盘设定参数的目的。

3 结束语矿用隔爆兼本质安全型智能真空组合开关控42基于PLC 的矿用隔爆兼本安型智能真空组合开关控制系统 5电气防爆6 2009,4信息中国电器工业协会防爆电机分会第二届二次会员大会召开中国电器工业协会防爆电机分会第二届二次会员大会于2009年10月13~15日在天津召开,共52个单位63名代表参加了会议,中国电器工业协会邢玉久常务副会长出席了会议。

10月14日上午会议隆重召开,分会秘书长吴建国主持会议。

分会理事长魏华钧致开幕词,他指出:现代经济要求企业仅有竞争理念是不够的,同时还要树立竞合理念,也就是竞争与合作结合,才能使市场运作更加理性和合理发展。

行业各企业应根据市场发展趋势和自身状况,在细分市场的基础上,准确进行自己的企业定位、市场定位、产品定位,找到适合自身生存发展的空间,充分发挥自身独立优势,与同行既竞争又合作,在行业内部形成共生共荣、和谐互补的良好状态,实现共赢、多赢的局面。

另外,还提出在新形势下防爆电机行业要做好下面工作:1.化危为机。

把危机化作创新管理、提升素质的机遇,眼睛向内,苦练内功,推进企业品牌、质量、生产、技术管理上台阶,提高企业的核心竞争力,提高经济运行质量;2.危中求机。

密切关注国家宏观政策调整的方向,关注节能减排、生态环境保护重点工程建设等产业政策,注重从变化的形势中扑捉和把握难得的发展机遇,在逆境中发现和培养有利因素;3.强力推进技术进步,做大市场蛋糕。

以市场为导向,加大行业产品开发,加强现有产品的升级换代,提升产品技术档次,满足用户对高效防爆电机等高新技术产品的需求,培育新的经济增长点;4.分会要以服务全行业企业为己任,及时提供行业有关信息,搭建国际交流与合作的平台,与国际先进企业进行技术与经济交流。

中国电器工业协会常务副理事长邢玉久作了重要讲话,他精辟分析了当前我国的经济发展形势,指出了防爆电机行业在经济危机中应采取的应对措施。

他还对今后分会工作提出了要求和指导性意见,希望全体会员团结一致协商大事,共谋行业发展大计,为广大用户做好服务,赶超世界先进装备的技术水平,为国家建设和安全生产作出更大贡献。

南阳防爆电气研究所所长、分会常务副理事长王军做了分会工作总结报告,报告对防爆电机分会二届一次会议以来的工作做了简要回顾,总结了一年来为促进行业发展所做的工作,提出了行业所面临的形势及进一步做好行业工作的思路。