基于plc的矿用隔爆负荷中心的设计

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1、基于PLC的矿用隔爆负荷中心的设计：设计了一种基于西门子S7-300PLC的矿用隔爆负荷中心，讨论了其总体结构的设计思路，介绍其主要的工作模式、控制方式、监测和保护功能参数与人机界面显示等内容。　　关键词：矿用隔爆负荷中心控制方式工作模式　　0引言　　矿用隔爆型负荷中心适用于含有甲烷等混合气体、且有煤尘爆炸危险的煤矿井下。该设备为可移动式，可以实现多种运行模式，可以实现对各回路的综合保护。可以完成向综采工作面的采煤、运输、支护的设备供/变电，并提供完善可靠的控制与保护，低压侧多电压多回路组合开关（简称组合开关），可通过连接法兰与变压器连为

2、一体，也可独立使用。　　1工作模式　　本负荷中心的工作模式有三种：单机模式、程控模式、双速模　　式。　　1.1单机模式　　在单机模式下，12组开关回路相互独立，各自单独控制相应电动机的运行，启动和停机都是以手动模式操控的。多用于如破碎机、水泵等的控制。　　1.2程控模式　　在主控单元接收到启动命令后，即可以按照预定的顺序和时间间隔（0~40s），由CPU发出启动指令给参与这次启动的电动机所在回路的开关。在启动完成后，电动机正常运行过程中，任意一台电动机发生故障，则将其上一级电动机立即停止，其余电动机按启动顺序逆向停止。采区采煤机、刮板运输

3、机、破碎机、转载机等设备若处于程控模式控制下时，则需依“逆煤流启动，顺煤流停车”的原则。　　1.3双速模式　　双速模式是指煤矿井下设备启动过程中，为了减小双速电动机的启动电流，先是启动低速运行模式，达到高速启动条件后，则立刻停止低速运行模式，同时投入到高速运行模式。　　系统判定何时切换到高速运行模式的标准有两种：　　一是按“时间原则”，即预先设定一个时间间隔t，在低速运行启动后，经过时间间隔t，系统即认为达到了高速启动条件；　　二是“电流原则”，即通过检测电动机的启动电流是否降到了预先设定的1.1或1.2倍的额定电流值。如果达到了，系统则

4、认为满足了高速运行模式的启动条件。　　双速模式包括单机双速、双机双速、三机双速3种工况。以刮板运输机的双机双速工况为例，由于刮板运输机的机头、机尾两台双速电动机要求协调工作，且在低速启动前由于其链条多数是处于松弛状态，故需要机头的电动机首先按低速运行模式运行，以便拉紧链条，延时3~5s后，再启动机尾电动机的低速运行模式；当两台电动机均达到高速运行条件后，机头、机尾电动机同时切断低速运行，并同时切换到高速运行模式。不论在启动过程还是正常运行后，任意一台电动机发生故障或启动失败，其他电动机都将立即停机。　　不论是单机双速、双机双速还是3机双速

5、的工况，本系统在编程时均使用了模块化编程设计方法，使得其低压侧的12个回路可以任意组合以构成各类双速回路。　　2监测与保护参数设计　　根据《煤炭安全规程》第四百五十五条规定，设计的负荷中心具有短路、过载、断相、漏电闭锁、过电压、欠电压等多种保护功能。其中，各保护功能：短路保护，过载保护，断相保护与漏电保护。　　对绝缘电阻的检测采用的是附加直流的测量原理，即给电X与地之间施加一个直流电压信号。这样，在电X、大地与绝缘电阻之间形成了一个电流信号，系统通过信号检测电路可得到能反映绝缘电阻大小的直流电流信号。此信号再与漏电闭锁动作值相比较，从而确

6、定是否漏电故障。　　系统根据井下低压电X的漏电闭锁动作值设计，参数如表1所示：　　表1　　电压监视：系统中通过对输入电X电压，经采样、滤波平滑处理，再经过隔离放大处理后，输入至PLC进行数值处理和比较。其动作值的出厂设定：　　过电压：>115%Ue　　欠电压：<75%Ue（可以按需要在系统参数进行设置）　　3人机界面显示　　本系统的人机界面显示系统采用西门子TP177color触摸屏设计，具有交互性好、可靠性高、编程简单以及与PLC连接简便等优点。触摸屏上显示有多个页面。其中，主页面显示控制回路和照明回路的电压、电流、漏电阻状态以及当前控

7、制方式和时间日期，历史故障记录页面可以记录和存储50条的故障信息。参数设置页面可以显示各类参数的设置，其中包括对各个回路控制模式的设置、保护参数的整定、保护试验以及时间的整定、系统参数的整定等。　　系统正常工作时，系统会显示主页面各个回路的工作状态信息。若某处发生故障，显示页面会自动跳转到故障页面，显示其相应回路的故障信息，以便及时发现、处理。根据工作实际工况需要，可以通过参数设置界面，设定某回路的工作模式，包括单机、单机双速、双机双速、3机双速、程控模式等。其中，在双速模式设定时，操作人员可以按需要在12个控制回路中任意组合使用。　　4

8、结语　　矿用隔爆负荷中心是在考虑了煤矿井下实际工况需要的情况下设计的。该系统提供了智能化的工作模式、完善可靠的综合保护功能，提高了煤矿生产的自动化程度，提高了生产效率。友好直观的人机显示界面，