基于PLC在矿用隔爆型馈电开关控制系统中的应用

一、系统概述

矿用隔爆型真空馈电开关(以下简称馈电开关)主要用于煤矿井下，在交流50Hz、电压至1140V，额定电流分别为400A、500A、630A、800A的线路中，作为供电系统的总开关、分支开关，或作为矿用隔爆型移动变电站用馈电开关(打开后盖板与移动变电站对接)，也可作为大容量电动机不频繁起动之用。具有过载、短路、欠压、漏电保护(选择性漏电保护)及漏电闭锁等功能。产品可应用在矿用隔爆型真空馈电开关等煤矿安全用电监测系统中。

二、系统配置与功能实现

1、KBZ630Z控制系统硬件配置

显示屏： 防护等级达到IP65的4行汉字文本显示屏 一块，

可编程控制器： UN200系列CPU224Q UN 214-1AF23-0XB0 一块

扩展模块： 三相交流电及漏电监测模块UN 231-0BH22-0XA0 一块

(注：KBZ800Z型需要两块三相交流电及漏电监测模块)

2、系统架构

该系统由一套UniMAT PLC+文本屏构成的控制系统和真空断路器构成的执行系统构成。如图所示。其中CPU进行一些逻辑控制，矿用模块主要是采集AC电压、电流和漏电电阻等信号，从而实现系统监测监控并完成漏电闭锁、过载、短路、断相、欠压和过压等保护功能，具有智能化程度高、性能稳定、动作可靠等优点。

3、系统难点

系统主要是要保证漏电保护动作时间小于50ms和短路保护动作的时间小于100ms，所以要保证CPU的采集处理运行速度很快，UniMAT PLC采用高频微处理器，指令处理速度比普通PLC提升3-10倍，采用UniMAT UN200 PLC的采集与控制周期时间是12ms,加上外围的设备时间30ms,共42ms，达到了设备的标准要求。

4、监控功能设计

采用文本显示屏，配合UniMAT UN200系列小型PLC，实现对馈电开关的工作状态、参数和故障类型显示和记忆，并可对具体参数进行修改调整，友好的用户界面，具有良好的人机对话功能，可大大提高判断故障和排除故障的效率。

所有模拟信号全部处理为数字信号，具有抗干扰能力强、接线简洁、信息量大、控制可靠准确等特点。

具有完备的自检、自诊断和故障模拟实验功能，可方便地检查保护和控制系统正常与否。

5、系统功能实现

该馈电开关充分考虑煤矿井下的工作环境，集机械制造、自动化、测控技术与仪器仪表、计算机应用科学技术等学科于一身，其主要技术指标如下：

电压等级：1140V/660V;频率：50HZ;

总额定电流：800A、1200A，单台工作电流可达到400A;

漏电闭锁保护：附加直流检测，1140V-40K欧、660V-22K欧;

漏电保护动作：1140V-20K欧、660V-11K欧;

短路保护：为额定电流的3-10倍;

过压和欠压保护：0.75Ue

超温保护和超限保护;

开关设备有漏电试验和过流试验按钮，可随时检测馈电开关保护功能;

目前国内大多数馈电开关采用西门子+变送器+漏电保护器控制的方案，尽管该方案能达到系统要求，但是在控制功能上有很大局限性。采用此方案替代上述方案后可以对整个馈电开关的工艺参数如电流、电压等参数进行在线检测。降低了客户的成本，保证了工艺条件的稳定、提高了产品的响应速度。采用文本显示屏，利用显示屏反应出来的报警信息，工作人员很容易排除故障。提高了生产效率。

6、系统亮点

该系统所采用的三相交流电及漏电监测模块UN 231-0BH22-0XA0是一大亮点，该模块通过交流互感器能够实现对交流电信息的采集，配合CPU的运算和控制，可以实现过压、欠压、过载、短路、漏电、三相不平衡保护等功能;能够对电网绝缘电阻进行监测;具有零序电压和零序电流采集功能。该产品是UN200PLC的一个扩展模块，具体见下图和接线图：

该模块技术指标如下表示：

该模块还可以应用于多种电源监测控制类产品上去，比如各种电气控制的配电系统监测，小型变电站的监测系统以及其他组合开关等。

三、使用效果分析

本控制系统在馈电开关系统中实现了预期目的，根据馈电开关系统在实用中的重要程度选择深圳亿维自动化的UN200系列PLC和三相交流电及漏电监测模块，提高了系统稳定性，达到了系统的响应要求，简化了配线施工，降低了维护难度，由于该系列PLC和西门子S7-200PLC完全兼容，降低了工程师的开发难度，又在一定程度上节省了系统成本。该系统在投入运行后状态良好，还应用于多条自动化控制系统的电源屏监控，有较好的行业应用前景。