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案例频道随着现代采煤技术的飞速发展，煤炭的产量不断提高，用电量成倍增长，使得用电设备逐渐向大型化、连续化和自动化方向发展，因此对真空电磁启动器的要求越来越高。为了使真空电磁启动器具有智能保护功能、多种控制方式、简单的结构和方便的操作界面，从最初的继电器控制系统到单片机控制系统，人们对真空电磁启动器的控制系统一直在进行改进。近几年来，人们将PLC应用在馈电开关的控制系统中，取得了很好的效果。
本文介绍杭州和利时公司自主研发的HOLLiAS LM系列PLC在六路矿用本质安全型真空电磁启动器中的应用。这种真空电磁启动器主要应用于含有爆炸性气体和煤尘的矿井综合开采工作面，在交流50Hz、额定电压1140V或660V、额定电流400A及以下的线路中，作为低压供电系统的启动器。采用基于HOLLiAS LM系列PLC的控制系统，可以实现过载、短路、缺相、漏电等保护功能，系统的可靠性高，性能稳定，控制方式灵活多样，能够在井下高瓦斯区域安全可靠地驱动电机工作。
电磁启动器控制系统的主要功能
电磁启动器采用以PLC为核心所组成的控制系统，完成信号的采集和控制。根据不同的控制方式，PLC对主回路的通断进行控制。当故障发生时，PLC控制系统可以实现综合保护，并显示故障状态。
6路电磁启动器具有6个真空交流接触器（CKJ），将其组合成3个系统，每个系统的控制方式分为单台控制、延时控制、单回路双速控制、相互组合双回路双速控制等4种情况。再将这3个系统的控制方式根据需要进行组合，这样，电磁启动器的控制方式一共有71种。根据这71种控制方式的不同，PLC控制主回路的通断。
实现综合保护功能的电路主要包括漏电闭锁电路，以及粘管、过载、短路、断相等保护电路。漏电闭锁电路主要由检测电源板、漏电闭锁继电器和传感器等组成。电磁启动器将漏电检测信号送入模拟量输入模块，完成漏电检测。当设备绝缘水平下降到漏电闭锁动作值时，PLC产生并输出闭锁信号，闭锁启动器。传感器将电流互感器采集的三相线电流信号送入模拟量输入模块，PLC判断该电流信号的大小，对电动机进行过载、短路、断相等保护。当开关停止时，或真空接触器的真空管发生三相触头粘连不能断开时，PLC在2秒钟内会发出信号，使上级馈电开关跳闸。
PLC控制系统硬件选型
在6路矿用本质安全型真空电磁启动器控制系统中，根据24个电流传感器和1个电压传感器所采集到的模拟信号的变化，并结合不同的控制方式，可以控制6个主接触器，并对故障、闭锁、开车预警等继电器的通断进行控制，使得电机能够安全、准确地运行。
根据统计，PLC控制系统的I/O点共有61个，其中开关量输入点17个，开关量输出点19个，模拟量输入点25个，没有模拟量输出点。根据输入和输出的要求，本系统的控制器选用和利时公司具有自主知识产权的HOLLiAS LM系列PLC，I/O点分配表如表1所示。
表1 PLC控制系统的I/O点分配表
|
信号类型 |
PLC地址 |
描述 |
|
开关量输入 （17点） |
%IX0.0至%IX0.5 |
本安1至本安6 |
|
%IX0.6，%IX0.7 |
电机1，2温度 | |
|
%IX1.0 |
电机3温度 | |
|
%IX1.1，%IX1.2 |
停止1，停止2 | |
|
%IX1.3至%IX1.5 |
一号接触器至三号接触器的返回信号 | |
|
%IX2.0至%IX2.2 |
四号接触器至六号接触器的返回信号 | |
|
开关量输出 （19点） |
%QX0.0 |
开车预警继电器 |
|
%QX0.1至%QX0.6 |
主接触点1至主接触点6 | |
|
%QX0.7 |
漏电闭锁继电器1 | |
|
%QX1.0，%QX1.1 |
漏电闭锁继电器2，3 | |
|
%QX2.0至%QX2.2 |
漏电闭锁继电器4，5，6 | |
|
%QX2.3 |
故障报警继电器 | |
|
%QX4.0 |
粘管停馈电 | |
|
%QX4.1 |
漏电试验继电器 | |
|
%QX4.2，%QX4.3，%QX4.4 |
1，2，3号本安组件自保 | |
|
模拟量输入 （25点） |
%IW16，%IW18，%IW20，%IW22 |
CKJ1的3相电流输入，漏电检测 |
|
%IW24，%IW26，%IW28，%IW30 |
CKJ2的3相电流输入，漏电检测 | |
|
%IW32，%IW34，%IW36，%IW38 |
CKJ3的3相电流输入，漏电检测 | |
|
%IW40，%IW42，%IW44，%IW46 |
CKJ4的3相电流输入，漏电检测 | |
|
%IW48，%IW50，%IW52，%IW54， |
CKJ5的3相电流输入，漏电检测 | |
|
%IW56，%IW58，%IW60，%IW62， |
CKJ6的3相电流输入，漏电检测 | |
|
%IW64 |
电压输入 |
根据输入和输出点的统计，本控制系统的模拟量输入比较多。由于大部分品牌的小型PLC只有4通道模拟量输入模块，如果采用4通道模拟量输入模块，则至少需要7个模块，那么就很有可能超过一个CPU模块所能支持的扩展模块的数量。这样，就必须采用两个CPU模块，从而增加了系统硬件的数量，提高了系统集成的成本。
但是，在和利时公司HOLLiAS LM系列PLC的系列产品中，有8通道模拟量输入模块，因此上面的这个问题就变得简单了。考虑到此系统需要一定的备用I/O点，CPU模块选择带有24点开关量的LM3107，其它扩展模块的选择如表2所示。PLC的人机界面选用HITECH触摸屏。这些配置完全能够满足系统的要求[1][2]。
表2 PLC控制系统的模块选型
|
模块类型 |
模块型号 |
模块数量 |
规格描述 |
|
CPU模块 |
LM3107 |
1 |
AC220V供电，自带24点I/O， DI 14×DC24V，DO 10×继电器 |
|
开关量 扩展模块 |
LM3231 |
1 |
DI 4×DC24V，DO 4×继电器 |
|
LM3222 |
1 |
DO 8×继电器 | |
|
模拟量 扩展模块 |
LM3313 |
3 |
AI 8（4～20mA/0～20mA/0～10V可选） |
|
LM3310 |
1 |
AI 4（4～20mA/0～20mA/0～10V可选） |
PLC控制系统软件设计
PLC控制系统的可以对电磁启动器进行智能控制与显示，具有过载、短路、漏电闭锁、断相和真空管粘连等保护功能，可以进行状态参数的设定、保存和统计，对于故障参数可以显示和记忆。从控制系统的主要功能出发，为了增加程序的可读性，减少程序代码，PLC程序采用主程序调用子程序和功能块的程序结构。PLC程序由1个主程序、9个子程序和7个功能块组成，其调用关系如图1所示，各个子程序和功能块所实现的功能如表3所示。程序代码所占用的内存空间为55K。
图1 程序调用关系图
表3 子程序和功能块所实现的功能
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