1.引言

   礦用組合開(kāi)關(guān)具有簡(jiǎn)化電纜連接、減少設備空間、降低線(xiàn)路電壓損耗、使用維護方便等特點(diǎn)，在煤礦有著(zhù)廣泛的應用。

   由于礦用組合開(kāi)關(guān)使用場(chǎng)合復雜、組合種類(lèi)繁多，而且每種開(kāi)關(guān)的生產(chǎn)量都不夠大，相對于使用固定程序的單片機控制器，組合開(kāi)關(guān)更適合使用可編程控制器（PLC）作為其核心控制和保護元件。PLC在組合開(kāi)關(guān)上的使用，不僅提高了設備的可靠性，更使得用戶(hù)可以靈活地改變程序邏輯來(lái)適應客戶(hù)和現場(chǎng)各種各樣的控制需求。
目前國內的主流組合開(kāi)關(guān)廠(chǎng)家在選擇PLC時(shí)，主要有兩種選擇：選擇和利時(shí)獨創(chuàng )的組合開(kāi)關(guān)專(zhuān)用PLC或選擇通用PLC，比如西門(mén)子S7-200系列。

   和利時(shí)專(zhuān)用PLC針對通用PLC的不足，對組合開(kāi)關(guān)進(jìn)行了量身定制，在為用戶(hù)產(chǎn)品帶來(lái)更高性能的同時(shí)降低了用戶(hù)的使用成本，已經(jīng)成為組合開(kāi)關(guān)的首選控制器。

   本文詳細地介紹了和利時(shí)組合開(kāi)關(guān)專(zhuān)用PLC的方案和產(chǎn)品，并與通用PLC進(jìn)行了比較。

  2. 專(zhuān)用方案

   組合開(kāi)關(guān)保護與控制系統采用和利時(shí)公司可編程控制器，對系統進(jìn)行監測控制，并完成漏電閉鎖、過(guò)載、短路、斷相、欠壓和過(guò)壓等保護功能；具有智能化高、性能穩定、動(dòng)作可靠等特點(diǎn)。人機界面選用和利時(shí)HT6000系列觸摸屏，具有良好的人機對話(huà)功能。

   本方案采用和利時(shí)LM小型PLC作為控制系統的主控制器。接收先導回路起動(dòng)信號，及控制方式設定；采集每一個(gè)回路的參數并進(jìn)行保護，各回路工作參數和故障信息；根據設定控制方式采取相應的起動(dòng)和停止方式；輸出起停信號給操作機構，通過(guò)控制中間繼電器的分合來(lái)控制真空接觸器的分斷和吸合；接收真空接觸器輔助觸點(diǎn)的反饋信號，實(shí)現對多個(gè)回路的閉環(huán)控制；給人機界面提供顯示信息，包括：工作狀態(tài)、故障參數和設定信息。所有參數都可以在觸摸屏上進(jìn)行顯示和設定， PLC通過(guò)以RS-232串口和觸摸屏進(jìn)行通訊，并預留RS-485通信口和上一級通訊分站進(jìn)行通訊。

   系統整體性能具有如下特點(diǎn)：
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   控制系統采用先進(jìn)的LM3316B，LM3313K模塊直接進(jìn)行交流采樣，省去變送設備，提高采集速度，增加可靠性，降低了成本。
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   組合方式靈活，可根據客戶(hù)的不同要求編制不同的程序，實(shí)現不同的功能，滿(mǎn)足井下各種負荷組合。
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   控制系統在嚴格的工業(yè)環(huán)境下長(cháng)期、穩定地運行。系統組件的的設計符合真正的工業(yè)等級，滿(mǎn)足國內、國際的安全標準。并且易配置、易接線(xiàn)、易維護、隔離性好，結構堅固，抗腐蝕，適應較寬的溫度變化范圍。
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   系統具備良好的電磁兼容性，能夠承受工業(yè)環(huán)境的嚴格要求，平均無(wú)故障間隔時(shí)間（MTBF） 1×105小時(shí)。

  3. 產(chǎn)品介紹

   目前大部分組合開(kāi)關(guān)應用的PLC保護控制系統，雖然可以完成電動(dòng)機的過(guò)載、短路、漏電閉鎖和絕緣監測等保護功能，但是需要在PLC外圍加上由分立元件和小規模集成元件組成的保護電路，不僅增加了空間，而且元件的分散性和對保護的可靠性和穩定性影響很大。主要原因是：
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  由于普通PLC信號輸入都是直流輸入，組合開(kāi)關(guān)中采集電壓和電流信號都需要轉換成直流信號，這樣增加了成本，而且還降低了可靠性，在使用中也發(fā)現，組合開(kāi)關(guān)故障多發(fā)生在信號變送裝置；
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   組合開(kāi)關(guān)一般都是給大功率的三相異步電機供電，對短路保護要求比較靈敏，而要求短路保護時(shí)間短，就要求PLC處理速度快，同時(shí)減少信號采集時(shí)間，普通的直流采集無(wú)法滿(mǎn)足保護的時(shí)間要求；
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   在部分需要顯示交流電量（電壓、電流、功率）的場(chǎng)合，用戶(hù)無(wú)法使用現有的PLC模塊來(lái)完成，必須另外購買(mǎi)單獨的電量采集模塊通過(guò)串口接入系統，影響了系統的性能和協(xié)調性。

   針對以上問(wèn)題，和利時(shí)公司開(kāi)發(fā)出了6路交流電流直接輸入的模擬量處理模塊LM3316A、7路超前漏電檢測\1路交流電壓輸入模塊LM3313K和LM3317交流電量采集模塊。

   LM3316A采用交流采集芯片，采集信號時(shí)間在毫秒量級，完成6路交流電流的測量與過(guò)流判斷，并提供2路繼電器保護輸出。6路交流電流分成2組，每組對應三相交流電流輸入，量程0~8A(有效值)。用戶(hù)可分別設定每組的過(guò)流門(mén)限值，LM3316A模塊采集電流量并與門(mén)限值進(jìn)行比較，若發(fā)生過(guò)流則完成保護動(dòng)作，從過(guò)流事件發(fā)生到模塊完成保護動(dòng)作完成，響應時(shí)間約為100ms。

  LM3313K在正常8路模擬量輸入模塊的基礎上，7通道超前漏電檢測增加運算放大器，產(chǎn)生一個(gè)需要檢測漏電電阻用的附加直流電源，這樣直接在通道上直接加上一個(gè)電阻，就可以直接產(chǎn)生一個(gè)10V以?xún)鹊闹绷麟妷汗┠K采集計算。1路交流電壓通道用來(lái)測量組合開(kāi)關(guān)的系統電壓，系統電壓通過(guò)變壓器變成220V以?xún)鹊慕涣麟妷?，這路通道通過(guò)半波整流將220V變?yōu)?~10V的直流電壓，供模塊采集計算。

   LM3317可完成三相交流電壓和電流的測量，并可進(jìn)行過(guò)流判斷，提供1路繼電器保護輸出。用戶(hù)設定電流信號的過(guò)流門(mén)限值后，LM3317模塊采集電流并與門(mén)限值進(jìn)行比較，若發(fā)生過(guò)流則完成保護動(dòng)作，響應時(shí)間約為100ms。

   以六組合為例，采用和利時(shí)PLC為控制系統的核心，完成對主回路的通斷控制，當線(xiàn)路出現漏電、過(guò)流、過(guò)載、三相不平衡等故障時(shí)，由相應的程序進(jìn)行保護，使啟動(dòng)器分斷，并給予故障顯示。主回路設三臺隔離換向開(kāi)關(guān)，稱(chēng)為三個(gè)系統。每個(gè)系統控制方式可分為單臺控制、延時(shí)控制、單回路雙速控制、雙回路雙速控制等，達到了相互組合，混合控制的目的，再將三個(gè)系統控制方式進(jìn)行組合，根據控制方式的不同，PLC控制主回路的通斷，每一回路之間可任意組合。

   4.結束語(yǔ)

  和利時(shí)在2010年推出組合開(kāi)關(guān)專(zhuān)用PLC，創(chuàng )造性地把電力保護和可編程技術(shù)結合在一起，解決了通用PLC在組合開(kāi)關(guān)應用時(shí)無(wú)法克服的交流信號直接采樣問(wèn)題，提高了產(chǎn)品的性能、減少了安裝空間、降低了使用成本。

  三年多的現場(chǎng)使用使得該產(chǎn)品積累了大量的使用經(jīng)驗，實(shí)踐表明該產(chǎn)品具有良好的抗干擾能力和可靠性，適合于在煤礦井下環(huán)境使用。