基于UniMAT PLC的礦用隔爆饋電開關智能控制系統

　　摘要：針對礦用隔爆型饋電開關控制系統的特點，UniMAT億維公司開發了專用礦用三相交流電及漏電監測模塊，用于三相電測量，可實現相電壓、電流，零序電壓，零序電流和漏電電阻等指標的測量。結果表明采用UniMAT CPU224+礦用三相交流電及漏電監測模塊的方式不僅降低了成本，而且達到了國標所要求的漏電保護標準，簡化了配置方案，優化了程序設計，并且很容易的將方案從基本的KBZ630Z型升級到更高要求的KBZ800Z和KBZ1000Z等型號，拓展開去，三相交流電及漏電監測模塊可以應用于各種交流電的監測系統中去，在各種場合發揮更大作用。

　　關鍵詞：三相交流電監測，UniMAT PLC，CPU224，EM231，饋電開關

　　一、系統概述

　　礦用隔爆型真空饋電開關(以下簡稱饋電開關)主要用于煤礦井下，在交流50Hz、電壓至1140V，額定電流分別為400A、500A、630A、800A的線路中，作為供電系統的總開關、分支開關，或作為礦用隔爆型移動變電站用饋電開關(打開后蓋板與移動變電站對接)，也可作為大容量電動機不頻繁起動之用。具有過載、短路、欠壓、漏電保護(選擇性漏電保護)及漏電閉鎖等功能。產品可應用在礦用隔爆型真空饋電開關等煤礦安全用電監測系統中。

　　二、系統配置與功能實現

　　1、KBZ630Z控制系統硬件配置

　　顯示屏： 防護等級達到IP65的4行漢字文本顯示屏 一塊，

　　可編程控制器： UN200系列CPU224Q UN 214-1AF23-0XB0 一塊

　　擴展模塊： 三相交流電及漏電監測模塊UN 231-0BH22-0XA0 一塊

　　(注：KBZ800Z型需要兩塊三相交流電及漏電監測模塊)

　　2、系統架構

　　該系統由一套UniMAT PLC+文本屏構成的控制系統和真空斷路器構成的執行系統構成。如圖所示。其中CPU進行一些邏輯控制，礦用模塊主要是采集AC電壓、電流和漏電電阻等信號，從而實現系統監測監控并完成漏電閉鎖、過載、短路、斷相、欠壓和過壓等保護功能，具有智能化程度高、性能穩定、動作可靠等優點。

　　3、系統難點

　　系統主要是要保證漏電保護動作時間小于50ms和短路保護動作的時間小于100ms，所以要保證CPU的采集處理運行速度很快，UniMAT PLC采用高頻微處理器，指令處理速度比普通PLC提升3-10倍，采用UniMAT UN200 PLC的采集與控制周期時間是12ms,加上外圍的設備時間30ms,共42ms，達到了設備的標準要求。

　　4、監控功能設計

　　采用文本顯示屏，配合UniMAT UN200系列小型PLC，實現對饋電開關的工作狀態、參數和故障類型顯示和記憶，并可對具體參數進行修改調整，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。

　　所有模擬信號全部處理為數字信號，具有抗干擾能力強、接線簡潔、信息量大、控制可靠準確等特點。

　　具有完備的自檢、自診斷和故障模擬實驗功能，可方便地檢查保護和控制系統正常與否。

　　5、系統功能實現

　　該饋電開關充分考慮煤礦井下的工作環境，集機械制造、自動化、測控技術與儀器儀表、計算機應用科學技術等學科于一身，其主要技術指標如下：

　　電壓等級：1140V/660V;頻率：50HZ;

　　總額定電流：800A、1200A，單臺工作電流可達到400A;

　　漏電閉鎖保護：附加直流檢測，1140V-40K歐、660V-22K歐;

　　漏電保護動作：1140V-20K歐、660V-11K歐;

　　短路保護：為額定電流的3-10倍;

　　過壓和欠壓保護：0.75Ue

　　超溫保護和超限保護;

　　開關設備有漏電試驗和過流試驗按鈕，可隨時檢測饋電開關保護功能;

　　系統原理圖

　　目前國內大多數饋電開關采用西門子+變送器+漏電保護器控制的方案，盡管該方案能達到系統要求，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對整個饋電開關的工藝參數如電流、電壓等參數進行在線檢測。降低了客戶的成本，保證了工藝條件的穩定、提高了產品的響應速度。采用文本顯示屏，利用顯示屏反應出來的報警信息，工作人員很容易排除故障。提高了生產效率。

　　6、系統亮點

　　該系統所采用的三相交流電及漏電監測模塊UN 231-0BH22-0XA0是一大亮點，該模塊通過交流互感器能夠實現對交流電信息的采集，配合CPU的運算和控制，可以實現過壓、欠壓、過載、短路、漏電、三相不平衡保護等功能;能夠對電網絕緣電阻進行監測;具有零序電壓和零序電流采集功能。該產品是UN200PLC的一個擴展模塊，具體見下圖和接線圖：

　　該模塊技術指標如下表示：

　　該模塊還可以應用于多種電源監測控制類產品上去，比如各種電氣控制的配電系統監測，小型變電站的監測系統以及其他組合開關等。

　　三、使用效果分析

　　本控制系統在饋電開關系統中實現了預期目的，根據饋電開關系統在實用中的重要程度選擇深圳億維自動化的UN200系列PLC和三相交流電及漏電監測模塊，提高了系統穩定性，達到了系統的響應要求，簡化了配線施工，降低了維護難度，由于該系列PLC和西門子S7-200PLC完全兼容，降低了工程師的開發難度，又在一定程度上節省了系統成本。該系統在投入運行后狀態良好，還應用于多條自動化控制系統的電源屏監控，有較好的行業應用前景。