淺析PLC在煤礦排水電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、淺析PLC在煤礦排水電控系統(tǒng)中的應(yīng)用【摘 要】本文提出了PLC作為主機(jī)、高壓軟啟動(dòng)（電抗器備用）方案應(yīng)用于煤礦排水電控系統(tǒng) ，與常規(guī)繼電器控制系統(tǒng)不同之處在于本系統(tǒng)采用了PLC，PLC克服了繼電器體積龐大、可靠性不高、改變控制程序麻煩、維護(hù)量大等缺點(diǎn)?！娟P(guān)鍵詞】PLC；排水；晶閘管;高壓軟啟動(dòng)0.緒論煤礦在建設(shè)和生產(chǎn)中，不斷有地下水涌入礦井，為保證入井人員正常工作和安全生產(chǎn)。必須考慮排水問(wèn)題，在建設(shè)與生產(chǎn)中要不間斷的排水工作。正確選擇與使用水泵，合理配制主排水系統(tǒng)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于煤礦企業(yè)節(jié)能提效有著十分重要的意義。1.排水設(shè)備1.1選擇水泵工作和備用水泵的總能力，能在20小時(shí)內(nèi)排出

2、礦井24小時(shí)的最大涌水量，根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，“必須有工作、備用和檢修的水泵”。1.2管路選擇煤礦安全規(guī)程規(guī)定，井下排水“工作水管的能量應(yīng)能配合工作水泵在20小時(shí)內(nèi)排出礦井24小時(shí)的正常涌水量。工作和備用水管的總能力，應(yīng)能配合工作和備用水泵在20小時(shí)內(nèi)排出礦井24小時(shí)的最大涌水量。2.電控設(shè)備2.1采用軟啟動(dòng)方案系統(tǒng)采用一臺(tái)軟起動(dòng)裝置起動(dòng)三臺(tái)水泵電機(jī)簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，另用一臺(tái)起動(dòng)電抗器作備用改善起動(dòng)性能，完善保護(hù)性能。軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)方式:斜坡恒流軟啟動(dòng)。啟動(dòng)初始階段,啟動(dòng)電流按設(shè)定的上升速率(斜率)逐漸增大,到達(dá)設(shè)定值后,保持恒流狀態(tài)直至啟動(dòng)完畢。啟動(dòng)電流的上升率可根據(jù)負(fù)載需要進(jìn)行調(diào)整,電流上升

3、速率高,則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,啟動(dòng)時(shí)間可在230s之間調(diào)整。該啟動(dòng)方式適是實(shí)際應(yīng)用最多的軟啟動(dòng)方式(井下6kV高壓排水泵采用該啟動(dòng)方式) 。2.2 晶閘管選型晶閘管元件參數(shù)的選擇，主要是選擇它的額定電壓等級(jí)和額定電流等級(jí)。就是說(shuō)，選擇正、反向重復(fù)峰值電壓URM (即UDRM和URRM兩者的較小值)和通態(tài)平均電流IT(AV)。本課題所研究的軟起動(dòng)裝置型號(hào)為QJR-400/1140,其額定電流為400A，額定電壓為1140V， 故所選晶閘管的額定電壓為4000V。由于雙向晶閘管通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值來(lái)表示其額定電流值，根據(jù)現(xiàn)代實(shí)用電子技術(shù)手冊(cè)所選的晶閘管型號(hào)為KP80040D。2.3

4、三相同步信號(hào)采集與脈沖觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路本裝置中共用到三只雙向晶閘，管其中每只雙向晶閘管中的兩個(gè)單向晶閘管觸發(fā)次序相差180o。晶閘管觸發(fā)需滿足兩個(gè)條件：有觸發(fā)脈沖、端電壓為正。控制器經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)控制信號(hào)，經(jīng)觸發(fā)電路，產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的脈沖去驅(qū)動(dòng)晶閘管。由于本系統(tǒng)是通過(guò)晶閘管的相控調(diào)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，故必須對(duì)供電電源進(jìn)行同步檢測(cè)，并由此確定晶閘管的觸發(fā)順序和觸發(fā)角的大小。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，晶閘管觸發(fā)器的同步信號(hào)的提取，首先通過(guò)同步變壓器提取出三相動(dòng)力電源中三相的相位，這樣產(chǎn)生的三相觸發(fā)同步信號(hào)穩(wěn)定，準(zhǔn)確的與電網(wǎng)保持一致，保證晶閘管觸發(fā)的可靠進(jìn)行。本課題所研究與開(kāi)發(fā)的電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置中

5、的晶閘管的觸發(fā)，采用了高頻脈沖序列的方式，以此來(lái)提高觸發(fā)的可靠性，并且減少脈沖變壓器的體積。采用這種技術(shù)后，無(wú)論動(dòng)力電源線的相序如何，都能夠給出正確的每相晶閘管的觸發(fā)脈沖。為了提高晶閘管觸發(fā)的可靠性和抗干擾能力，本課題中采用了六相高頻互補(bǔ)對(duì)稱脈沖技術(shù)。由觸發(fā)脈沖模塊產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖通過(guò)一個(gè)達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器（ULN2003)和開(kāi)關(guān)三極管與脈沖變壓器的一次側(cè)相連，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)低電壓數(shù)字邏輯電路與變壓器線圈之間的接口。3.PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要有高壓軟啟動(dòng)柜、切換柜、隔離柜、電抗器柜、PLC柜、水泵、抽真空設(shè)備等。工作時(shí)首先將前級(jí)電源柜中斷路器合上，在起動(dòng)時(shí)切換柜中的起動(dòng)斷路器1QF、3QF、5QF、由PL

6、C發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)，緊接軟起動(dòng)裝置（電抗器）完成水泵電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程，起動(dòng)完成后斷開(kāi)的起動(dòng)斷路器而合上運(yùn)行斷路器使電機(jī)運(yùn)行在額定工作狀態(tài)。在啟動(dòng)過(guò)程中及正常運(yùn)行中系統(tǒng)短路保護(hù)由電源柜及切換柜完成，運(yùn)行后過(guò)流保護(hù)由切換換柜完成PLC自動(dòng)控制邏輯。本系統(tǒng)中水泵電機(jī)控制，各開(kāi)關(guān)柜間配合及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)均由PLC自動(dòng)完成。工作步驟如下：開(kāi)泵前準(zhǔn)備：(1)根據(jù)蓄水池水位和人為的要求控制起動(dòng)或停止指定的水泵電機(jī)；(2)檢測(cè)相應(yīng)隔離開(kāi)關(guān)是否已合到位（軟起時(shí)應(yīng)合上GL1用電抗器起動(dòng)時(shí)應(yīng)合上GL2）。啟動(dòng)過(guò)程：按下任一臺(tái)泵的起動(dòng)按鈕，此時(shí)真空泵啟動(dòng)，待幾秒鐘后檢測(cè)真空度信號(hào)是否正常，正常則輸出PLC，PLC檢測(cè)到真空信

7、號(hào)后，啟動(dòng)此臺(tái)泵的啟動(dòng)斷路器，為軟啟動(dòng)（電抗器）做好了準(zhǔn)備。軟起動(dòng)過(guò)程:啟動(dòng)斷路器合閘后發(fā)出返回信號(hào)給PLC，緊接PLC發(fā)出指令給高壓軟啟動(dòng)，軟起動(dòng)按要求完成軟起過(guò)程，然后傳出軟啟完成返回信號(hào)給PLC，PLC又控制運(yùn)行斷路器合閘、啟動(dòng)斷路器分閘、真空泵停止運(yùn)行，水泵完成啟動(dòng)過(guò)程，進(jìn)入正常運(yùn)行階段。停機(jī)：停止指定水泵電機(jī)，關(guān)上指定水泵閘板閥，運(yùn)行斷路器分閘，水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。4.運(yùn)行總結(jié)采用PLC控制的晶閘管軟起動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)相比于其它控制方式，具有起動(dòng)平滑、穩(wěn)定的突出優(yōu)點(diǎn)，尤其在中大功率的場(chǎng)合，能使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能大大改善。本裝置的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)此軟起動(dòng)裝置體積小，

8、性價(jià)比高。(2)可減小電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流，因此減小了配電容量，避免增容投資。(3)降低起動(dòng)機(jī)械應(yīng)力，對(duì)電動(dòng)機(jī)提供了平滑的漸進(jìn)的起動(dòng)過(guò)程，降低了設(shè)備。(4)的振動(dòng)和噪聲，延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)及相關(guān)機(jī)械設(shè)備的壽命。(5)起動(dòng)參數(shù)可根據(jù)負(fù)載調(diào)整，達(dá)到最佳起動(dòng)效果。(6)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流、沖擊轉(zhuǎn)矩顯著降低。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩電流、電壓、時(shí)間等多。(7)種起動(dòng)模式，可按負(fù)載不同靈活設(shè)定，取得最佳的電流沖擊和最佳的轉(zhuǎn)矩控制特性及保護(hù)功能，易于改善工藝、保護(hù)設(shè)備。(8)采用微機(jī)控制技術(shù)，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的智能化、自動(dòng)化程度大大提高。(9)動(dòng)機(jī)的控制界面更直觀，系統(tǒng)的操作僅需操作人員通過(guò)面板按鍵給定參數(shù)及起動(dòng)命令即可，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，大大降低了操作人員的工作強(qiáng)度。(10)具有多種功能外接控制接口，可方便實(shí)現(xiàn)異地控制或自動(dòng)控制。(11)高度集成的微處理器控制系統(tǒng)，控制方式靈活多樣，性能可靠。(12)大電流無(wú)觸點(diǎn)無(wú)級(jí)調(diào)壓調(diào)壓，范圍寬、過(guò)載能力強(qiáng)?！緟⒖嘉墨I(xiàn)