张东
淮北矿业集团公司朔石矿业东部井，安徽淮北 235053
摘要:本文浅析多路组合开关的技术改进。
关键词:井下；组合开关；PLC；改进
引言:煤矿技术的发展，PLC控制技术也已应用到各自动化控制领域。井下恶劣的工作环境与安全生产条件，迫使所应用的设备要具有更高的安全性和可靠性。随着采煤自动化程度的提高，综合机械化应用也更为普及，这就要求控制设备的性能更加优良。针对井下的多路组合开关而言，其开关自身还存在一些问题，亟待进行改进，以提高使用性能。
1.多路组合开关存在的问题
多路组合开关在使用的过程中，发现存在一些问题，主要集中在以下几点：①路数多。该开关内部组合路数较多，大小功率不等的接触器都有。大功率的为主驱动，启动电流大，在运行中因负荷电流变化较大，接触器发热量大，温度所造成的接触器故障率也多。器件拥挤，造成整体温度过高，稳定性能差，特别对保护电路影响更大。②器件多。器件多，处理故障不方便，耗时长；易对其它控制设备的运行造成影响。③共用腔室。一个共用腔室不管哪路电器环节发生短路爆炸现象，都影响整台开关。④开关置于一旁。通常都把备用开关放在旁边，只要能正常运行即可。运行开关只要有问题，就换到备用开关上。⑤电缆接线较多。较多接线比较麻烦，主电缆又粗又硬，非常不便。接线用时长，容易影响生产。
2.多路组合开关的改进思路
现用组合开关存在诸多问题，需要技术更先进、功能齐全、性能稳定、运行可靠、操作简单和维护方便的改进。在此提出一种隔爆兼本质安全型快捷式改进组合开关，以满足皮带机、刮板机、破碎机、转载机、喷雾泵、乳化液泵和水泵等设备的集中控制。若某侧控制系统出现故障，这能快速切换到另侧，从而保证工作的连续性和可靠性。测控系统采用SIEMENS公司生产的CPU226、EM223、EM231、EM232作控制中心，运用TP-7触摸屏作人机界面。如此有极强的抗干扰能力，还具备完善的保护功能和故障快速转换功能等特点。
3.多路组合开关的改进技术方法
3.1 组合开关集控系统改进
1)改进功能分析。组合开关内两个腔体中分别安装两个30针转插头X111和X212（见图1）。其中X111A为转插头的底座，进线都是本腔体的信号线，X212A也是插头底座，进线来自异腔体的信号线，X111B为转插头的头。组合开关两个腔体内的控制系统同时工作时，则两套系统独立。X111B插到各自的X111A上，需采用两路独立的1140/660V电源给供电。在互为备用时，只需用一路独立电源为开关腔体供电。若并行腔体1为工作腔，而控制负荷的远控按钮都接在其腔体端子排上。正常时腔体1中的X111B插到本腔的X111A上，若本腔控制系统发生故障，将其X111B插到X212A上，电源和负载线接到并行腔体2上，这可利用并行腔体1中的按钮控制腔体2所带的设备，从而实现故障快速转换目的。
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2）改进控制原则。①一个腔体的控制方式：a.单回路独立控制：按下启动按钮，电机起动；按下停止按钮，停车。运行中发生故障时，可根据故障类型瞬时或延时停车。b.多回路联合控制：多电机联合工作时的控制，在启动时运用程序设定时间间隔，按设定顺序电机会依次启动，需要正常停机时，按动停止按钮，电机会按设定时间间隔逆序逐个停止。发生意外时，如中间一台电机出故障，在该电机之前启动的会得到指令立即停止，后启动的电机，则按提前设定的时间间隔自动停机。②双腔体的配合方式: a.各自独立运行：采用2路独立1140/660V电源供电，可控制6台负荷。b.互为备用方式：只用一路独立1140/660V电源为腔体供电，控制负荷的远控按钮都接在此腔体端子排上。工作腔控制系统发生故障时，只需将电源和负载线接到备用腔体上，即可实现异腔的先导控制按钮控制对方腔体的负荷，以保证设备连续工作。
3）改进保护功能。①电流整定:对PLC的漏电检查，则要对电流互感器进行档位匹配，保证电流互感器在线性允许范围内，低档电流整定范围30～199A，高档200～400A。②漏电闭锁:主要为保证主回路在启动前安全所进行的前期工作，通过与直流电源组成闭合回路，检查回路中是否有漏电。检测中会采用1140V和660V两种电压，回路中与之匹配的漏电闭锁动作值分别40kΩ和22kΩ。③电流保护:跟随故障类型的不同而设置，均采用鉴幅式保护原理。一般电流保护有三相短路、过载、断相保护，前二属对称故障，后一种属不对称故障。按反应时间的不同划分，三相短路反应时间为瞬时动作，过载保护采用反时限动作原理，断相保护采用定时限动作原理。④电压保护:有稳态过电压、欠压保护和暂态过电压。稳态过电压和欠电压保护采用鉴幅式保护原理，暂态过电压由阻容吸收装置完成保护。通过电压保护最大程度地防止了因电压过高而损坏电机绝缘和电压过低烧坏电机。
4）改进显示系统。操作人员与控制系统间要有可靠便捷的过度系统，为能在此间建立良好的人机界面，一般系统会设计触摸屏液晶显示系统。①系统状态显示:合闸前显示电流电压整定是否正确和电网对地绝缘状况。运行中显示电机的运转方向和电压是否正常，触摸屏通过读取CPU内部存取单元的值，决定每个显示单元的状态。②故障状态显示:故障跳闸后显示故障类型和参数。③系统运行时间显示:实时显示日期与时间，便于记录故障。④系统参数显示:合闸前显示电流整定值大小，运行中显示电机的工作电流和系统工作电压。触摸屏通过PC/PPI电缆与CPU通讯，CPU在每个扫描期都要响应通讯请求处理，并完成指定存储单周元的读/写操作，进行相应的输出控制。
3.2 测控系统软件改进设计
1）对主程序改进设计。主程序设计是指令实现的基础，功能是控制PLC系统按提前设计的方式运转、完成操作人员与机器间的对话、信号远程指令控制等，目标任务是系统功能自检、初始化、有效条件触发响应和其它子程序的调用。它采用作业顺序调度结构设计，系统初始化后，主程序按提前设定的调节指令控制系列子程序。当电机接到主程序的启动指令时，CPU完成整定判别、过流试验、漏电试验、漏电信号和电压信号的循环检测，判断是否满足合闸条件。一旦电机接到信号指令脉冲时，CPU将根据控制信号，逐项调用系统的电流检测功能模块、非线性补偿功能模块、断相检测功能模块等，对系统各物理量进行检测、计算、分析、判断与处理（监控程序流程图略）。
2）对辅助子程序改进设计。主程序设定后，系统主要功能确定，各子程序的功能到整体定位。系统中子程序是为辅助主程序实现来发挥作用的各独立单元组合。主程序实现需要多个子任务有机组合，明确任务后，功能模块程序设计应尽量包含同类型的任务，减少模块程序的数量和存储空间。同时，各功能模块子程序要有灵活性和通用性。子程序功能模块要有硬件自检模块、系统初始化模块、额定参数读取和计算模块、系统试验操作模块、各台电机的控制模块、故障处理模块、状态和参数显示模块等。如此配合方可。
结束语：改造后的快捷式组合开关，与备用形成一体化，有效杜绝了故障原因所造成现场接线的繁琐性和不安全性，确保了生产的连续性。同时，在多台开关情况下也可互换使用，形成统一配置，不至于开关故障停电影响其它设备。PLC控制的矿用隔爆兼本质安全型组合开关，也能防止生产过程中因人为误操作引入的自动控制系统，进而减小意外事故损失。
参考文献：
[1]孙建领.矿用隔爆兼本质安全型双回路真空组合开关的研制[J].工矿自动化，2006(5)：71-74.
[2]董建华.PLC控制的矿用隔爆兼本安型组合开关的设计[J].山西焦煤科技，2011，8：45-48.