基于臺達機電產(chǎn)品的智能防爆組合開關(guān)解決方案

1 引言

　　礦用隔爆兼本質(zhì)安全型六回路電磁起動器簡稱礦用組合開關(guān)。礦用組合開關(guān)在含有爆炸性危險氣體（甲烷）和煤塵的礦井環(huán)境，用于額定電壓為1140V或660V供電線路的單臺或多臺（不超過六臺）三相鼠籠式異步電動機起動停止進行控制和保護。礦用組合開關(guān)是性能可靠、抗干擾能力強、操作方便、人機界面良好的智能化礦用電機專用監(jiān)控系統(tǒng)，礦用組合開關(guān)具有至少一組處于電源與負荷之間的主隔離開關(guān)組及一組輔助隔離開關(guān)組，每組主隔離開關(guān)組包括主隔離開關(guān)、真空接觸器、漏電閉鎖檢測、電壓互感器及電流互感器，輔助隔離開關(guān)組包括輔助隔離開關(guān)、電源變壓器、濾波器、隔離變壓器及電源模塊，還具有數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、控制模塊及先導(dǎo)模塊。智能礦用組合開關(guān)產(chǎn)品如圖1所示。

　　圖1 智能礦用組合開關(guān)

　　2 系統(tǒng)解決方案

　　2.1 硬件配置

　　基于PLC系統(tǒng)的礦用組合開關(guān)控制系統(tǒng)硬件組成如表1所示。

　　表1 硬件組成

　　2.2 系統(tǒng)原理

　　（1）系統(tǒng)架構(gòu)。系統(tǒng)由主輔兩套PLC和臺達觸摸屏構(gòu)成人機操作界面。臺達10.4‘ 高亮度 TFT LCD觸摸屏DOPA10THTD1的3組串行通訊端口，具有同時連接不同的通訊格式控制器能力，本案同時接入兩臺不同品牌的PLC，構(gòu)成異構(gòu)集成自動化系統(tǒng)，如圖2所示。

　　圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

（2）主控制器。組合開關(guān)保護與主控制系統(tǒng)采用德國西門子S7-200 系列PLC， 實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控，并完成漏電閉鎖、過載、短路、斷相、欠壓和過壓等保護功能，具有智能化程度高、性能穩(wěn)定、動作可靠等優(yōu)點。

　?。?）輔控制器。組合開關(guān)的防爆現(xiàn)場數(shù)據(jù)輸入是本案采用雙PLC架構(gòu)的原因。由于防爆現(xiàn)場不允許安裝非防爆電器，因此必須設(shè)計防爆人機單元?？紤]智能組合開關(guān)的數(shù)據(jù)輸入要求，選用4＊4防爆矩陣鍵盤，如圖3所示。

　　圖3 4＊4矩陣防爆鍵盤

　　鍵盤的數(shù)據(jù)讀入選用臺達DVP12SA11T小型PLC,利用矩陣驅(qū)動原理的PLC鍵盤數(shù)據(jù)讀入電路原理如圖4所示。

　　圖 4 PLC鍵盤數(shù)據(jù)輸入原理

　　數(shù)據(jù)顯示畫面案例如圖5所示。

　　圖5 數(shù)據(jù)顯示畫面

　　2.3監(jiān)控功能設(shè)計

　　（1）采用臺達全中文液晶顯示屏，配合臺達小型PLC，實現(xiàn)對組合開關(guān)的工作狀態(tài)、參數(shù)和故障類型顯示和記憶，并可對具體參數(shù)進行修改調(diào)整，友好的用戶界面，具有良好的人機對話功能，可大大提高判斷故障和排除故障的效率。

（2）所有模擬信號全部處理為數(shù)字信號，具有抗干擾能力強、接線簡捷、信息量大、控制可靠準(zhǔn)確等特點。

　?。?）具有完備的自檢、自診斷和故障模擬試驗功能，可方便地檢查保護和控制系統(tǒng)正常與否。

　　2.4 技術(shù)指標(biāo)設(shè)計

　　該組合開關(guān)，充分考慮煤礦井下的工作環(huán)境，集機械制造、自動化、測控技術(shù)與儀器儀表、計算機應(yīng)用科學(xué)技術(shù)等學(xué)科于一身，其主要技術(shù)指標(biāo)如下:

　?。?）電壓等級：1140/660V;頻率為：50Hz

　　（2）總額定電流：800A、1200A，單臺工作電流可達到400A

　　（3）電流整定范圍：30-399A

　?。?）漏電閉鎖保護：附加直流檢測，1140V-40kΩ、660V-22kΩ。

　　（5）先導(dǎo)控制（本質(zhì)安全控制）：Igmax10mA,Idmax15mA。

　?。?）過載保護：反時限。

　?。?）短路保護：鑒幅式（7-10倍），機敏（3-5倍）。

　　（8）斷相保護：負序檢測，定時限;

　　（9）控制方式：單機單速、單機雙速、雙機雙速、程序控制等多種控制方式。

　　3 結(jié)束語

　　此組合開關(guān)應(yīng)用案例，體現(xiàn)了臺達觸摸屏強大的通訊、人機交互功能，以及PLC獨特的鍵盤輸入應(yīng)用特點，大大提高了觸摸屏在井下防爆中的應(yīng)用，替代了以往常規(guī)觸摸屏只能顯示記憶的缺點，在提高勞動生產(chǎn)率，保障井下安全生產(chǎn)的同時，也展示了臺達產(chǎn)品的特色。