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基于PLC的组合开关控制系统研究

作　者: 丁云岗
导　师: 张国钧
学　校: 太原理工大学
专　业: 信息工程
关键词: 组合开关基于附加直流式漏电检测本安回路剔峰均值滤波法双速电机
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 4次
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内容摘要

随着井下采煤工作面自动化程度的不断提高和微机控制技术的不断发展，对采煤设备的控制已经由单一的开关发展到了组合开关。组合开关又称负荷控制中心，是由多个真空接触器及其驱动器组成的多功能开关，是一种具有高可靠性、智能型集中控制的隔爆型电器设备，它能控制的主要设备有：采煤机、刮板运输机、转载机、破碎机、胶带运输机、掘进机及液压泵站等防爆型电气设备，既可以实现对多台单速电机的顺序控制，也可以实现对双速电机的切换控制。此外组合开关还有过流保护功能、短路保护功能、漏电闭锁、漏电保护功能、断相闭锁、断相保护功能和相不平衡保护功能。组合开关的控制功能和保护功能均由微机实现，虽然现在有多种计算机控制方法，但考虑到井下工作环境的复杂性，选取了抗干扰能力强的PLC作为实现微机保护的主要元件。随着井下采煤设备功率的不断提高，我国采煤工作面的供电系统已由原来的1.14kV上升到3.3kV，现有的1.14kV的组合开关已经不能适应生产要求，国内3.3kV的组合开关已经开始研制，但其智能性不是很高，国外的组合开关虽然设备先进，但存在着价格昂贵，维修困难的现象。同时，有大量的1.14kV的组合开关被3.3kV组合开关取代的趋势，市场前景很是广阔，基于此，本文对井下3.3kV的组合开关的设计进行了的大量的研究工作。与现有的1.14kV组合开关相比，3.3kV的组合开关又增加了断相闭锁、防按钮误操作和相不平衡保护功能，同时对一些保护功能和控制功能的实现提出了新的处理方法。课题的研究主要包括漏电检测电路、断相检测电路、防按钮误操作本安电路、过载保护、短路保护、相不平衡保护、缺相保护、多回路控制功能及人机界面设计。在总隔离开关合闸前，先要对各回路进行漏电检测和断相检测，有故障发生时，不允许该回路接触器吸合，正常工作时突然发生漏电断相故障，要对回路进行保护动作，即具备漏电闭锁漏电保护断相闭锁断相保护功能。远程按钮与组合开关内部PLC输入端构成的回路要进行防误操作的本安电路设计。这些电路的设计在硬件电路设计部分得到了解决。除信号采集外，各种故障保护功能和控制功能属于软件功能设计部分。在过载保护中，提出一种考虑了过电流的热效应随时间累积的计算公式，对过载实行反时限特性保护，在第五章，对该公式的可靠性进行了验证。按照煤炭工业的国家标准，过载倍数达到8-10倍时，即认为发生短路故障，进行保护动作。相不平衡保护功能从相不平衡率角度给出了判断依据。在控制功能中，主要包括2-6回路的任意组合设计和对双速电机两绕组的切换。人机界面采用工业触摸屏实现，主要用于监视各回路状态及组合开关工作模式设置。在功能上应具备显示、参数设置和故障查询等功能。由于煤矿井下特殊的生产环境，因此设计系统结构时，触摸屏将被安置在组合开关防爆壳内靠近舱门位置，以便操作人员可通过门板上的专用视窗和控制键对其进行操作。此外，抗干扰也是该课题研究所关注的，提出了实际可行的硬件抗干扰和软件抗干扰措施。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-24
  1.1 课题研究的背景  14-15
  1.2 采煤工作面供电系统发展概况  15-17
    1.2.1 供电系统的发展状况  15-16
    1.2.2 国内外高产综采工作面供电系统的差距  16-17
    1.2.3 国内外综采工作面的发展  17
  1.3 组合开关介绍  17-21
  1.4 中性点不接地系统  21-22
  1.5 本论文所做工作  22-24
第二章硬件电路设计部分  24-41
  2.1 漏电检测电路设计  24-33
    2.1.1 漏电故障的基本概念及危害  24-25
    2.1.2 多种漏电检测原理简介  25-27
    2.1.3 基于附加直流电源的漏电检测原理  27-29
    2.1.4 主回路漏电检测电路设计  29-33
  2.2 本安电路设计  33-37
    2.2.1 电气设备的防爆原理  33-34
    2.2.2 PLC输入端子安全火花接口电路  34-37
  2.3 断相检测电路设计  37-38
  2.4 硬件抗干扰及其防护措施  38-39
  2.5 本章小结  39-41
第三章软件功能程序实现部分  41-72
  3.1 可编程控制器  41-48
    3.1.1 可编程序控制器的产生及特点  41-42
    3.1.2 PLC控制系统的电气隔离技术  42-45
    3.1.3 FX2N系列PLC简介  45-48
    3.1.4 FX2N-8AD扩展模块特点  48
  3.2 电流信号的流入及数据处理  48-54
    3.2.1 数字滤波技术  48-53
    3.2.2 标度变换  53-54
  3.3 过载电流、断相电流、短路电流和相不平衡电流保护程序实现  54-67
    3.3.1 过载电流判断原理及程序设计  55-60
    3.3.2 短路电流判断原理及程序实现  60-63
    3.3.3 断相、不平衡电流判断原理及程序设计  63-67
  3.4 组合开关多种控制功能程序设计  67-71
    3.4.1 单速电机顺序控制  68-69
    2.4.2 双速电机和单速电机混合控制  69-71
  3.5 本章小结  71-72
第四章人机界面设计部分  72-80
  4.1 触摸屏分类  72-73
  4.2 MT500系列触摸屏  73-74
  4.3 组合开关人机界面设计  74-79
    4.3.1 人机界面系统描述  74-75
    4.3.2 人机界面设计  75-79
  4.4 本章小结  79-80
第五章 PLC选型及程序实现  80-87
  5.1 PLC硬件配置  80-81
  5.2 程序实现  81-87
第六章总结及展望  87-89
  6.1 总结  87-88
  6.2 展望  88-89
参考文献  89-92
附录  92-118
致谢  118-119
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  119

基于PLC的组合开关控制系统研究

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