摘 要： 組合開關(guān)通常使用可編程控制器（PLC）作為其核心控制和保護(hù)元件，但通用PLC在組合開關(guān)應(yīng)用時(shí)由于無法克服的交流信號(hào)直接采樣問題，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的保護(hù)性能和可靠性無法滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。針對(duì)以上問題，和利時(shí)開發(fā)出專用PLC，對(duì)組合開關(guān)進(jìn)行了量身定制，在為用戶產(chǎn)品帶來更高性能的同時(shí)降低了用戶的使用成本。本文詳細(xì)地介紹了和利時(shí)組合開關(guān)專用PLC的方案和產(chǎn)品。
Abstract：Combination switch usually use the PLC as the core of control and protection devices, but universal PLC can’t overcome the problem of sampling AC signal, which leading the problem of protection performance and reliability . Hollysys special PLC,which designed on the customized combined switch, can Improve the performance of the product with the lower cost. This paper introduces in detail the application of combination switch for PLC solutions and products.
關(guān)鍵詞： 組合開關(guān) 可編程控制器 交流采集
Key Word： combination switch Programmable Logic Controller AC sampling
1.引言
礦用組合開關(guān)具有簡(jiǎn)化電纜連接、減少設(shè)備空間、降低線路電壓損耗、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)，在煤礦有著廣泛的應(yīng)用。
由于礦用組合開關(guān)使用場(chǎng)合復(fù)雜、組合種類繁多，而且每種開關(guān)的生產(chǎn)量都不夠大，相對(duì)于使用固定程序的單片機(jī)控制器，組合開關(guān)更適合使用可編程控制器（PLC）作為其核心控制和保護(hù)元件。PLC在組合開關(guān)上的使用，不僅提高了設(shè)備的可靠性，更使得用戶可以靈活地改變程序邏輯來適應(yīng)客戶和現(xiàn)場(chǎng)各種各樣的控制需求。
目前國(guó)內(nèi)的主流組合開關(guān)廠家在選擇PLC時(shí)，主要有兩種選擇：選擇和利時(shí)獨(dú)創(chuàng)的組合開關(guān)專用PLC或選擇通用PLC，比如西門子S7-200系列。
和利時(shí)專用PLC針對(duì)通用PLC的不足，對(duì)組合開關(guān)進(jìn)行了量身定制，在為用戶產(chǎn)品帶來更高性能的同時(shí)降低了用戶的使用成本，已經(jīng)成為組合開關(guān)的首選控制器。
本文詳細(xì)地介紹了和利時(shí)組合開關(guān)專用PLC的方案和產(chǎn)品，并與通用PLC進(jìn)行了比較。
2. 專用方案
組合開關(guān)保護(hù)與控制系統(tǒng)采用和利時(shí)公司可編程控制器，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，并完成漏電閉鎖、過載、短路、斷相、欠壓和過壓等保護(hù)功能；具有智能化高、性能穩(wěn)定、動(dòng)作可靠等特點(diǎn)。人機(jī)界面選用和利時(shí)HT6000系列觸摸屏，具有良好的人機(jī)對(duì)話功能。
本方案采用和利時(shí)LM小型PLC作為控制系統(tǒng)的主控制器。接收先導(dǎo)回路起動(dòng)信號(hào)，及控制方式設(shè)定；采集每一個(gè)回路的參數(shù)并進(jìn)行保護(hù)，各回路工作參數(shù)和故障信息；根據(jù)設(shè)定控制方式采取相應(yīng)的起動(dòng)和停止方式；輸出起停信號(hào)給操作機(jī)構(gòu)，通過控制中間繼電器的分合來控制真空接觸器的分?jǐn)嗪臀希唤邮照婵战佑|器輔助觸點(diǎn)的反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)回路的閉環(huán)控制；給人機(jī)界面提供顯示信息，包括：工作狀態(tài)、故障參數(shù)和設(shè)定信息。所有參數(shù)都可以在觸摸屏上進(jìn)行顯示和設(shè)定， PLC通過以RS-232串口和觸摸屏進(jìn)行通訊，并預(yù)留RS-485通信口和上一級(jí)通訊分站進(jìn)行通訊。
系統(tǒng)整體性能具有如下特點(diǎn)：
l 控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的LM3316B，LM3313K模塊直接進(jìn)行交流采樣，省去變送設(shè)備，提高采集速度，增加可靠性，降低了成本。
l 組合方式靈活，可根據(jù)客戶的不同要求編制不同的程序，實(shí)現(xiàn)不同的功能，滿足井下各種負(fù)荷組合。
l 控制系統(tǒng)在嚴(yán)格的工業(yè)環(huán)境下長(zhǎng)期、穩(wěn)定地運(yùn)行。系統(tǒng)組件的的設(shè)計(jì)符合真正的工業(yè)等級(jí)，滿足國(guó)內(nèi)、國(guó)際的安全標(biāo)準(zhǔn)。并且易配置、易接線、易維護(hù)、隔離性好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，抗腐蝕，適應(yīng)較寬的溫度變化范圍。
l 系統(tǒng)具備良好的電磁兼容性，能夠承受工業(yè)環(huán)境的嚴(yán)格要求，平均無故障間隔時(shí)間（MTBF） 1×105小時(shí)。
3. 產(chǎn)品介紹
目前大部分組合開關(guān)應(yīng)用的PLC保護(hù)控制系統(tǒng)，雖然可以完成電動(dòng)機(jī)的過載、短路、漏電閉鎖和絕緣監(jiān)測(cè)等保護(hù)功能，但是需要在PLC外圍加上由分立元件和小規(guī)模集成元件組成的保護(hù)電路，不僅增加了空間，而且元件的分散性和對(duì)保護(hù)的可靠性和穩(wěn)定性影響很大。主要原因是：
l 由于普通PLC信號(hào)輸入都是直流輸入，組合開關(guān)中采集電壓和電流信號(hào)都需要轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，這樣增加了成本，而且還降低了可靠性，在使用中也發(fā)現(xiàn)，組合開關(guān)故障多發(fā)生在信號(hào)變送裝置；
l 組合開關(guān)一般都是給大功率的三相異步電機(jī)供電，對(duì)短路保護(hù)要求比較靈敏，而要求短路保護(hù)時(shí)間短，就要求PLC處理速度快，同時(shí)減少信號(hào)采集時(shí)間，普通的直流采集無法滿足保護(hù)的時(shí)間要求；
l 在部分需要顯示交流電量（電壓、電流、功率）的場(chǎng)合，用戶無法使用現(xiàn)有的PLC模塊來完成，必須另外購(gòu)買單獨(dú)的電量采集模塊通過串口接入系統(tǒng)，影響了系統(tǒng)的性能和協(xié)調(diào)性。
針對(duì)以上問題，和利時(shí)公司開發(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(cè)\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(hào)時(shí)間在毫秒量級(jí)，完成6路交流電流的測(cè)量與過流判斷，并提供2路繼電器保護(hù)輸出。6路交流電流分成2組，每組對(duì)應(yīng)三相交流電流輸入，量程0~8A(有效值)。用戶可分別設(shè)定每組的過流門限值，LM3316A模塊采集電流量并與門限值進(jìn)行比較，若發(fā)生過流則完成保護(hù)動(dòng)作，從過流事件發(fā)生到模塊完成保護(hù)動(dòng)作完成，響應(yīng)時(shí)間約為100ms。
LM3313K在正常8路模擬量輸入模塊的基礎(chǔ)上，7通道超前漏電檢測(cè)增加運(yùn)算放大器，產(chǎn)生一個(gè)需要檢測(cè)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以內(nèi)的直流電壓供模塊采集計(jì)算。1路交流電壓通道用來測(cè)量組合開關(guān)的系統(tǒng)電壓，系統(tǒng)電壓通過變壓器變成220V以內(nèi)的交流電壓，這路通道通過半波整流將220V變?yōu)?span lang="EN-US">0~10V的直流電壓，供模塊采集計(jì)算。
LM3317可完成三相交流電壓和電流的測(cè)量，并可進(jìn)行過流判斷，提供1路繼電器保護(hù)輸出。用戶設(shè)定電流信號(hào)的過流門限值后，LM3317模塊采集電流并與門限值進(jìn)行比較，若發(fā)生過流則完成保護(hù)動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間約為100ms。
以六組合為例，采用和利時(shí)PLC為控制系統(tǒng)的核心，完成對(duì)主回路的通斷控制，當(dāng)線路出現(xiàn)漏電、過流、過載、三相不平衡等故障時(shí)，由相應(yīng)的程序進(jìn)行保護(hù)，使啟動(dòng)器分?jǐn)啵⒔o予故障顯示。主回路設(shè)三臺(tái)隔離換向開關(guān)，稱為三個(gè)系統(tǒng)。每個(gè)系統(tǒng)控制方式可分為單臺(tái)控制、延時(shí)控制、單回路雙速控制、雙回路雙速控制等，達(dá)到了相互組合，混合控制的目的，再將三個(gè)系統(tǒng)控制方式進(jìn)行組合，根據(jù)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(jié)束語(yǔ)
和利時(shí)在2010年推出組合開關(guān)專用PLC，創(chuàng)造性地把電力保護(hù)和可編程技術(shù)結(jié)合在一起，解決了通用PLC在組合開關(guān)應(yīng)用時(shí)無法克服的交流信號(hào)直接采樣問題，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(xiàn)場(chǎng)使用使得該產(chǎn)品積累了大量的使用經(jīng)驗(yàn)，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。
