浅析PLC在煤矿排水电控系统中的应用

来源:用户上传      作者: 陈维钦

　　 【摘 要】本文提出了PLC作为主机、高压软启动（电抗器备用）方案应用于煤矿排水电控系统 ，与常规继电器控制系统不同之处在于本系统采用了PLC，PLC克服了继电器体积庞大、可靠性不高、改变控制程序麻烦、维护量大等缺点。
　　 【关键词】PLC；排水；晶闸管;高压软启动
　　 0.绪论
　　煤矿在建设和生产中，不断有地下水涌入矿井，为保证入井人员正常工作和安全生产。必须考虑排水问题，在建设与生产中要不间断的排水工作。正确选择与使用水泵，合理配制主排水系统，提高系统运行的经济性，对于煤矿企业节能提效有着十分重要的意义。
　　 1.排水设备
　　1.1选择水泵
　　工作和备用水泵的总能力，能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量，根据《煤矿安全规程》规定，“必须有工作、备用和检修的水泵”。
　　1.2管路选择
　　《煤矿安全规程》规定，井下排水“工作水管的能量应能配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。
　　 2.电控设备
　　2.1采用软启动方案
　　系统采用一台软起动装置起动三台水泵电机简化系统结构，另用一台起动电抗器作备用改善起动性能，完善保护性能。
　　软启动器的启动方式:斜坡恒流软启动。启动初始阶段,启动电流按设定的上升速率(斜率)逐渐增大,到达设定值后,保持恒流状态直至启动完毕。启动电流的上升率可根据负载需要进行调整,电流上升速率高,则启动转矩大,启动时间可在2～30s之间调整。该启动方式适是实际应用最多的软启动方式(井下6kV高压排水泵采用该启动方式) 。
　　2.2 晶闸管选型
　　晶闸管元件参数的选择，主要是选择它的额定电压等级和额定电流等级。就是说，选择正、反向重复峰值电压URM (即UDRM和URRM两者的较小值)和通态平均电流IT(AV)。
　　2.2.1晶闸管电压等级的选择
　　本课题所研究的软起动装置型号为QJR-400/1140,其额定电流为400A，额定电压为1140V， 故所选晶闸管的额定电压为4000V。
　　2.2.2晶闸管电流等级的选择
　　由于双向晶闸管通常用在交流电路中，因此不用平均值而用有效值来表示其额定电流值，根据现代实用电子技术手册所选的晶闸管型号为KP800―40D。
　　2.3三相同步信号采集与脉冲触发驱动电路
　　本装置中共用到三只双向晶闸，管其中每只双向晶闸管中的两个单向晶闸管触发次序相差180o。晶闸管触发需满足两个条件：有触发脉冲、端电压为正。控制器经过分析计算，产生一个触发控制信号，经触发电路，产生足够强度的脉冲去驱动晶闸管。
　　2.3.1 三相同步信号采集
　　由于本系统是通过晶闸管的相控调压来实现电动机的软起动，故必须对供电电源进行同步检测，并由此确定晶闸管的触发顺序和触发角的大小。在整个控制系统中，晶闸管触发器的同步信号的提取，首先通过同步变压器提取出三相动力电源中三相的相位，这样产生的三相触发同步信号稳定，准确的与电网保持一致，保证晶闸管触发的可靠进行。
　　2.3.2 脉冲触发驱动电路
　　本课题所研究与开发的电动机软起动装置中的晶闸管的触发，采用了高频脉冲序列的方式，以此来提高触发的可靠性，并且减少脉冲变压器的体积。采用这种技术后，无论动力电源线的相序如何，都能够给出正确的每相晶闸管的触发脉冲。为了提高晶闸管触发的可靠性和抗干扰能力，本课题中采用了六相高频互补对称脉冲技术。由触发脉冲模块产生的触发脉冲通过一个达林顿驱动器（ULN2003)和开关三极管与脉冲变压器的一次侧相连，实现标准低电压数字逻辑电路与变压器线圈之间的接口。
　　 3.PLC系统设计
　　本系统主要有高压软启动柜、切换柜、隔离柜、电抗器柜、PLC柜、水泵、抽真空设备等。工作时首先将前级电源柜中断路器合上，在起动时切换柜中的起动断路器1QF、3QF、5QF、由PLC发出信号启动，紧接软起动装置（电抗器）完成水泵电机的起动过程，起动完成后断开的起动断路器而合上运行断路器使电机运行在额定工作状态。
　　在启动过程中及正常运行中系统短路保护由电源柜及切换柜完成，运行后过流保护由切换换柜完成PLC自动控制逻辑。本系统中水泵电机控制，各开关柜间配合及系统运行状态均由PLC自动完成。
　　工作步骤如下：
　　开泵前准备：(1)根据蓄水池水位和人为的要求控制起动或停止指定的水泵电机；(2)检测相应隔离开关是否已合到位（软起时应合上GL1用电抗器起动时应合上GL2）。
　　启动过程：按下任一台泵的起动按钮，此时真空泵启动，待几秒钟后检测真空度信号是否正常，正常则输出PLC，PLC检测到真空信号后，启动此台泵的启动断路器，为软启动（电抗器）做好了准备。
　　软起动过程:启动断路器合闸后发出返回信号给PLC，紧接PLC发出指令给高压软启动，软起动按要求完成软起过程，然后传出软启完成返回信号给PLC，PLC又控制运行断路器合闸、启动断路器分闸、真空泵停止运行，水泵完成启动过程，进入正常运行阶段。
　　停机：停止指定水泵电机，关上指定水泵闸板阀，运行断路器分闸，水泵停止运转。
　　 4.运行总结
　　采用PLC控制的晶闸管软起动装置实现的电动机降压起动相比于其它控制方式，具有起动平滑、稳定的突出优点，尤其在中大功率的场合，能使电动机的起动性能大大改善。
　　本装置的主要优点表现在以下几个方面：
　　(1)此软起动装置体积小，性价比高。
　　(2)可减小电动机起动电流，因此减小了配电容量，避免增容投资。
　　(3)降低起动机械应力，对电动机提供了平滑的渐进的起动过程，降低了设备。
　　(4)的振动和噪声，延长了电动机及相关机械设备的寿命。
　　(5)起动参数可根据负载调整，达到最佳起动效果。
　　(6)电动机的起动电流、冲击转矩显著降低。起动转矩电流、电压、时间等多。
　　(7)种起动模式，可按负载不同灵活设定，取得最佳的电流冲击和最佳的转矩控制特性及保护功能，易于改善工艺、保护设备。
　　(8)采用微机控制技术，使整个系统运行的智能化、自动化程度大大提高。
　　(9)动机的控制界面更直观，系统的操作仅需操作人员通过面板按键给定参数及起动命令即可，实现了全数字化，大大降低了操作人员的工作强度。
　　(10)具有多种功能外接控制接口，可方便实现异地控制或自动控制。
　　(11)高度集成的微处理器控制系统，控制方式灵活多样，性能可靠。
　　(12)大电流无触点无级调压调压，范围宽、过载能力强。
　　
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