矿用隔爆兼本安型多回路组合开关的模块化设计

赵 东 邹胜利 李 鹏

(四川川煤华荣能源公司 铁山南煤矿,四川 达州635024)

目前市场上的组合开关大多采用智能综合保护器或者采用一套可编程控制器实现对多回路的控制方式,智能综合保护器易坏易损且控制程序固定,组合方式固定,可扩展和即时修改性差[1]。本设计采用组合开关专用可编程控制器,每个回路采用一台独立的可编程控制器通过RS485 通讯与主站连接,主站采用一体化可编程控制器具有7 寸显示屏,控制命令由主站下发分站去执行控制输出。所有采集的电压、电流、漏电电阻以及故障记录等信息由主站集中显示和保存。

1 设备连接示意图

多回路组合开关在使用中连接设备的基本示意图如图1所示。

图1 组成框图

电路的设计采用主从模式即一个主站多个分站,各个分站回路相当于一个模块,相互之间没有联系,分站只和主站进行通信,可以通过主站的编程实现分站之间的互锁控制、顺序控制以及逻辑控制等功能。在设计时各个回路使用相同的电气元件,在使用中可以互换使用,分站控制器的地址采用拨码开关进行设定[2]。远程控制按钮通过接线端子直接连接主站,实现被控设备的远程启停控制。

2 主回路设计

多回路组合开关内部主回路电路的设计如图2 所示,进线端采用三组接线柱且同相接线柱进行相连的进线方式,每组通过一个400A 隔离换向开关再分成2 路,每路通过一个200A 的真空交流接触器与出线端接线柱进行连接,每个主回路可通过最大电流为200A,总的进线电流最大1200A[3]。

3 分站回路设计

多回路组合开关内部电路的分站控制回路如图3 所示,可编程控制器模块采用的是由淮南市万维机电有限公司独立研发设计的一款专用于组合开关的PLC 控制模块,性能可靠稳定。采用该控制器电路设计简单,只有保险、阻容、变压器等少量元件,将传统使用的中间继电器集成在可编程控制器模块中,电气元件的减少也就意味着故障率的减少。安装、检修、维护等方便快捷,降低了检修维护人员工作量。可编程控制器模块的控制程序采用梯形图进行编写,方便快捷,可根据使用人员要求随时进行修改和完善,通过编程实现对被控设备的过载、短路、断相、漏电闭锁等保护功能[1],并通过RS485 通讯接口将采集的电流、漏电电阻、故障信息等数据实时传送给主站,并在主站显示屏进行实时显示。

图2

4 主站电路设计

多回路组合开关内部电路的主站控制回路如图4 所示。

CPU 主控制器采用的是一体式控制器,将7 寸显示屏和PLC 集成在一起,具有体积小、功能全、安装方便等优点。换向开关可以是主回路中的任意一个换向开关,主控制器是可编程控控制器和人机界面一体式控制器,M0～M3 作为人机界面的翻页、参数设定、故障查询的按键,M4～M7 是各回路的进控按钮,通过设定可以实现同一个启动(停止)按钮控制不同回路的启动(停止)。外部独立远控按钮直接与控制器的输入点连接实现各个回路的远程启动、停止功能。1-RS485 通讯接口用于主站的控制程序和人机界面组态画面的下载,2-RS485 通讯接口用于与各个分站回路进行通讯,3-RS485 通讯接口为预留接口,通过该接口可以将组合开关内部所有的数据进行上传实现远程电脑端的监控功能。系统的电压检测通过输入的20V 电压进行线性转化为相应的系统电压,并将该电压通过RS485 传送给各个分站。

图3 分站控制回路

5 人机界面的设计

人机界面的监控主页如图5 所示,在主界面主要显示系统状态及各个分站的系统电压、三相电流、漏电电阻、回路状态、运行状态、故障信息等信息。

系统状态显示内容为系统的实时状态,只有在显示系统正常时才可启动各个回路。系统电压显示实时采集到的系统工作电压,腔内温度显示内容为开关内部的实时温度。三相电流显示控制设备工作时的三相电流值,设备未启动时显示0。漏电电阻值显示开关启动前的漏电闭锁检测的漏电电阻值,当检测电阻大于999K 时显示999K,小于999K 时显示实时检测值。运行状态显示各个回路的实时状态,无故障时显示开关分闸,正常运行时显示开关合闸,故障时显示回路出现的故障内容,按复位键可复位故障。运行状态显示本回路的启动停止状态,当停止时显示停止,启动时显示启动。

图4 主站控制回路

故障信息主要包括电源缺相：3 相供电中,有1 相或2 相没有电流。电流不平衡：3 相供电中,三相电流最大相与最小差别过大。负载欠流：设备运行时,工作电流小于最小电流。1.2 倍过载：工作电流大于额定电流的1.2 倍。1.5 倍过载：工作电流大于额定电流的1.5 倍。6 倍过载：工作电流大于额定电流的6 倍。负载短路：负载发生短路故障。电源过压：当前电压超过额定电压的上限。电源欠压：当前电压低于额定电压的下限。接触器不吸合：当启动开关时,接触器没有运行反馈信号。接触器粘合：开关没有运行时,解除器有运行反馈信号。真空泄露：接触器发生真空泄露。漏电闭锁：线路与地之间的电阻低于额定电阻值。上电启动：开关送电即启动。

图5 主监控界面

各个分站的参数设置界面如图6 所示,互感器的变比设定根据本回路的额定电流进行设定,额定电路及短路倍数根据实际使用情况进行设定。控制方式用于设定本回路是采用远控按钮还是使用自带按钮进行控制。被控设定用于设定本回路是独立运行还有具有其他互锁、顺序等控制方式[2]。现场试验部分用于对分站回路的保护功能的检测。

图6 参数设定界面

6 结论

本文主要简述了矿用隔爆兼本安型多回路组合开关的模块化设计思路及电路设计的基本构成,分站及主站均采用可编程控制器实现各种保护功能及数据的可视化显示,功能强大、组合灵活,同时可根据使用需要随时进行修改和完善。