隨著現(xiàn)代采煤技術(shù)的飛速發(fā)展，煤炭的產(chǎn)量不斷提高，用電量成倍增長，使得用電設(shè)備逐漸向大型化、連續(xù)化和自動(dòng)化方向發(fā)展，因此對真空電磁啟動(dòng)器的要求越來越高。為了使真空電磁啟動(dòng)器具有智能保護(hù)功能、多種控制方式、簡單的結(jié)構(gòu)和方便的操作界面，從最初的繼電器控制系統(tǒng)到單片機(jī)控制系統(tǒng)，人們對真空電磁啟動(dòng)器的控制系統(tǒng)一直在進(jìn)行改進(jìn)。近幾年來，人們將PLC應(yīng)用在饋電開關(guān)的控制系統(tǒng)中，取得了很好的效果。

本文介紹杭州和利時(shí)公司自主研發(fā)的HOLLiAS LM系列PLC在六路礦用本質(zhì)安全型真空電磁啟動(dòng)器中的應(yīng)用。這種真空電磁啟動(dòng)器主要應(yīng)用于含有爆炸性氣體和煤塵的礦井綜合開采工作面，在交流50Hz、額定電壓1140V或660V、額定電流400A及以下的線路中，作為低壓供電系統(tǒng)的啟動(dòng)器。采用基于HOLLiAS LM系列PLC的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)過載、短路、缺相、漏電等保護(hù)功能，系統(tǒng)的可靠性高，性能穩(wěn)定，控制方式靈活多樣，能夠在井下高瓦斯區(qū)域安全可靠地驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。

電磁啟動(dòng)器控制系統(tǒng)的主要功能

電磁啟動(dòng)器采用以PLC為核心所組成的控制系統(tǒng)，完成信號的采集和控制。根據(jù)不同的控制方式，PLC對主回路的通斷進(jìn)行控制。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，PLC控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)綜合保護(hù)，并顯示故障狀態(tài)。

6路電磁啟動(dòng)器具有6個(gè)真空交流接觸器（CKJ），將其組合成3個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)的控制方式分為單臺(tái)控制、延時(shí)控制、單回路雙速控制、相互組合雙回路雙速控制等4種情況。再將這3個(gè)系統(tǒng)的控制方式根據(jù)需要進(jìn)行組合，這樣，電磁啟動(dòng)器的控制方式一共有71種。根據(jù)這71種控制方式的不同，PLC控制主回路的通斷。

實(shí)現(xiàn)綜合保護(hù)功能的電路主要包括漏電閉鎖電路，以及粘管、過載、短路、斷相等保護(hù)電路。漏電閉鎖電路主要由檢測電源板、漏電閉鎖繼電器和傳感器等組成。電磁啟動(dòng)器將漏電檢測信號送入模擬量輸入模塊，完成漏電檢測。當(dāng)設(shè)備絕緣水平下降到漏電閉鎖動(dòng)作值時(shí)，PLC產(chǎn)生并輸出閉鎖信號，閉鎖啟動(dòng)器。傳感器將電流互感器采集的三相線電流信號送入模擬量輸入模塊，PLC判斷該電流信號的大小，對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載、短路、斷相等保護(hù)。當(dāng)開關(guān)停止時(shí)，或真空接觸器的真空管發(fā)生三相觸頭粘連不能斷開時(shí)，PLC在2秒鐘內(nèi)會(huì)發(fā)出信號，使上級饋電開關(guān)跳閘。

PLC控制系統(tǒng)硬件選型

在6路礦用本質(zhì)安全型真空電磁啟動(dòng)器控制系統(tǒng)中，根據(jù)24個(gè)電流傳感器和1個(gè)電壓傳感器所采集到的模擬信號的變化，并結(jié)合不同的控制方式，可以控制6個(gè)主接觸器，并對故障、閉鎖、開車預(yù)警等繼電器的通斷進(jìn)行控制，使得電機(jī)能夠安全、準(zhǔn)確地運(yùn)行。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，PLC控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)共有61個(gè)，其中開關(guān)量輸入點(diǎn)17個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn)19個(gè)，模擬量輸入點(diǎn)25個(gè)，沒有模擬量輸出點(diǎn)。根據(jù)輸入和輸出的要求，本系統(tǒng)的控制器選用和利時(shí)公司具有自主知識產(chǎn)權(quán)的HOLLiAS LM系列PLC，I/O點(diǎn)分配表如表1所示。

根據(jù)輸入和輸出點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)，本控制系統(tǒng)的模擬量輸入比較多。由于大部分品牌的小型PLC只有4通道模擬量輸入模塊，如果采用4通道模擬量輸入模塊，則至少需要7個(gè)模塊，那么就很有可能超過一個(gè)CPU模塊所能支持的擴(kuò)展模塊的數(shù)量。這樣，就必須采用兩個(gè)CPU模塊，從而增加了系統(tǒng)硬件的數(shù)量，提高了系統(tǒng)集成的成本。

但是，在和利時(shí)公司HOLLiAS LM系列PLC的系列產(chǎn)品中，有8通道模擬量輸入模塊，因此上面的這個(gè)問題就變得簡單了。考慮到此系統(tǒng)需要一定的備用I/O點(diǎn)，CPU模塊選擇帶有24點(diǎn)開關(guān)量的LM3107，其它擴(kuò)展模塊的選擇如表2所示。PLC的人機(jī)界面選用HITECH觸摸屏。這些配置完全能夠滿足系統(tǒng)的要求[1][2]。

PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)的可以對電磁啟動(dòng)器進(jìn)行智能控制與顯示，具有過載、短路、漏電閉鎖、斷相和真空管粘連等保護(hù)功能，可以進(jìn)行狀態(tài)參數(shù)的設(shè)定、保存和統(tǒng)計(jì)，對于故障參數(shù)可以顯示和記憶。從控制系統(tǒng)的主要功能出發(fā)，為了增加程序的可讀性，減少程序代碼，PLC程序采用主程序調(diào)用子程序和功能塊的程序結(jié)構(gòu)。PLC程序由1個(gè)主程序、9個(gè)子程序和7個(gè)功能塊組成，其調(diào)用關(guān)系如圖1所示，各個(gè)子程序和功能塊所實(shí)現(xiàn)的功能如表3所示。程序代碼所占用的內(nèi)存空間為55K。

本系統(tǒng)采用HITECH觸摸屏作為人機(jī)界面。出于對安全的考慮，觸摸屏被封裝在鐵柜中，只能通過金屬按鈕操作觸摸屏上固定位置的功能鍵，這樣難免要增加一些選擇頁面。本系統(tǒng)觸摸屏程序頁面共有130多頁。圖2和圖3是系統(tǒng)的兩個(gè)主界面，其中圖2是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)顯示的主界面，圖3是系統(tǒng)操作時(shí)顯示的主界面。

結(jié)論

采用傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)真空電磁啟動(dòng)器的控制，由于機(jī)械接觸點(diǎn)很多，接線復(fù)雜，參數(shù)調(diào)整不方便，而且機(jī)械接觸點(diǎn)的工作頻率低，容易損壞，可靠性差，安全系數(shù)低。采用單片機(jī)控制器雖然可以減少接線，可靠性和安全性有所提高，但由于單片機(jī)本身的抗干擾能力差、不易聯(lián)網(wǎng)、信息集成度不高和分級分步式結(jié)構(gòu)的局限性，因此，越來越不能滿足復(fù)雜多變的智能控制要求。在本文中，將和利時(shí)公司HOLLiAS LM系列PLC應(yīng)用于真空電磁啟動(dòng)器的控制系統(tǒng)中，增加了許多附加功能，達(dá)到了智能控制的目的，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，同時(shí)降低了產(chǎn)品的成本。