重庆西门子中国代理商CPU供应商

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矿用隔爆型真空馈电开关（以下简称馈电开关），适用于煤矿井下和其它周围介质中含有爆炸性气体的环境中，在中性点不接地的三相电网中，作为配电总开关或分支开关之用。本文介绍开关采用智能型保护器，性能，动作准确，具有欠压、过载、短路、漏电闭锁、选择性漏电保护功能，并可外接远方分励脱扣按钮。

     目前国内馈电开关产品一般是由分立元器件或单片机组成的控制，结构复杂，安装调试困难；抗干扰能力差，故障率高，元件的分散性对保护的性和稳定性影响很大；显示采用普通数码管或指示灯，不直观。国外同类产品也普遍采用PLC系统组成，工艺水平较国内高。但是，一旦出现故障，维修跟不上，影响生产。另外，国外产品价格高，是国内同类产品的十倍以上。

     针对这种情况，将NA200小型一体化PLC应用于矿用隔爆型真空馈电开关中，根据馈电开关工艺要求，提供了一种降、智能、优化的控制方案。该装置采用技术的工业可编程控制器NA200 PLC 和人机界面（文本显示器及设置键盘），构成智能型综合保护控制器，使配电装置既又。该馈电开关可实时监测井下电网参数，并及时显示和报警过欠压、断相、漏电、过载、短路等故障。

1馈电开关结构及保护原理

馈电开关的隔爆外壳呈长方形，用4只M12的螺栓与撬形底座相连，隔爆外壳上、下两个空腔，分别为接线腔与主腔。接线腔在主腔的上方，它集中了全部主回路与控制回路的进出线端子。主回路电源进线端子上罩有防护板。接线腔两侧各有两个主回路进出线喇叭口，可引入电缆外径为φ68～φ78的电缆。主腔由主腔壳体与前门包容组成，主要装有主体芯架和千伏级电源控制开关，前门采用快开门结构。

交流真空断路器安装在主体芯架左侧上方，三根进线直接接在断路器的进线端子上，三根出线则接在芯架反面的出线端子上。千伏级电源控制开关安装在主腔右侧壁上方，由连接套与主腔外的操作手把相连。过电压吸收装置安装在断路器的下方，控制变压器、电流互感器、零序互感器安装在主体芯架的反面，芯架正面还装有中间继电器、熔断器、电抗器、变压器，及两个插接件用以连接前门、接线腔七芯接线端子过来的插头和插座。

前门上装有观察窗、按钮、试验按钮、保护器整定按钮、保护器、保护器电源、PLC及显示屏等。 前门与外壳之间有的机械联锁，当需要打开馈电开关前门时，须将右侧壁上的电源控制开关的手把打至断开位置（中间位置），断开控制电源，断路器因控制电路失电而自动分闸，然后拧进闭锁杆，使其里端进入电源开关手把的闭锁孔内，将电源开关闭锁与断开位置，其外端才能脱离前门上的限位块解除前门闭锁，此时方能打开前门，前门闭合的方法与打开的程序相反，从而实现了馈电开关前门闭锁后才能进行合闸操作。

该配电开关的线路保护功能需在高压互感器上采集三相电流、三相电压、零序电流、零序电压、一个线电压、绝缘以及相敏等信号。这些信号通过低压互感器，然后经过整流和滤波变成直流的标准信号，后进入PLC 以控制断路器的分闸输出。

PLC 对进入的电压信号进行计算，电压计算结果大于1.2 倍额定电压，显示过压，过压保护5s 内动作；电压计算结果小于0.8 倍额定电压，显示欠压，欠压保护5s 内动作；三相不平衡度计算结果大于0.7，显示断相，10～20s 内保护动作。电流计算结果中任何一相在6～10 倍额定电流范围内，显示短路，短路保护0.08s 内动作；电流计算结果中任何一相在1.2～6 倍额定电流范围内时，显示过载，过载保护按反时限特性动作。若线路发生漏电故障，根据相敏及电压信号漏电保护动作，切断线路。

      2控制系统

PLC使用南大傲拓公司NA200系列可编程控制器，NA200系列PLC是南大傲拓公司生产的小型一体化PLC。本应用中CPU模块选择本体上集成14 点输入/10点继电器输出的CPU201-2401模块，模拟量输入选择南大傲拓公司特有的漏电保护OPD201-1201模块，它为12 位精度，采集零序电压、零序电流、系统电压和系统电流，同时完成功率计算。本模块能够满足井下比较恶劣环境，能够满足中性点不接地的供配电系统供电保护要求。系统中显示部件选用了南大傲拓公司四行蓝色文本屏，通过串口以Modbus RTU协议与PLC通讯，实时显示采集值。

     3控制功能
     馈电开关控制系统通过软件编程主要完成功能为：
     a) 参数设定
     * 额定电流：额定电流的整定范围为100A----630A。
     * 供电电压：供电电压的整定范围为660V和1140V二挡。
     * 短路倍数：整定范围为3----10倍连续可调。
     b ) 漏电保护
     * 漏电闭锁：1140V系统42K闭锁,50K恢复，660V系统 23K闭锁,28K恢复。
     * 漏电故障：1140V系统23K保护，660V系统12.2K保护。
     c) 过电流保护
按照煤炭行业标准要求，根据不同实际电流/额定电流的比值确定不同的动作时间，为了提高保护准确性和灵敏性，B相与A、C相使用不同精度互感器。
     d) 短路保护
     在短路故障发生时，PLC得到的是一个缓慢上升的电压信号，因为从它发出切断指令到开关真正动作，存在一个故有的“机械动作延时”，为了使动作值 准确，同时满足不大于100 mS的时间要求，PLC的判定值一定要前要求的动作值，从而弥“机械动作延时”所带来的不良后果。
     e) 模块自检保护
     本程序具有模块自检功能，当PLC出现故障时，本装置具有如下保护：
     * PLC自诊断：当扩展模块出现故障时， 有“模块故障”报警画面。
     f) 性能试验功能
     * 漏电试验：是利用继电器外接1K电阻实现的。
     * 短路试验：模拟电流是“额定电流”与“短路倍数”的积送内存单元。
     * 过载试验：为1.9Ie，动作时间为60秒，因为动作时间较长，为此在程序中设置了显示。
     g) 故障记忆功能：
装置能对近50次故障进行记忆，并可分别报出十四种故障，包括动作时间和动作值。进入故障记忆画面和在内进行上下翻页时具有人性化风格，改变了过去的车轱轳转方式。
     h) 开机时间记忆功能：

本装置能记忆“累计带电时间”和“累计吸合时间”
除了上面罗列的基本功能本馈电开关还有漏电电阻、电压、电流以及功率显示功能，瓦斯限、高压据动、低压据动等功能。
结束语
本配电开关的控制系统以我国煤矿电气设备特性为基础，吸纳了的智能化技术和结构形式，使用PLC控制系统代替分立电子元器件或单片机，实现了对井下供电系统的控制、保护和计量，具有性能好、性高、稳定性强和开发等特点

  1、生产线的结构

  ①配料设备  包括溶糖设备和过滤设备，溶糖设备用的多的是夹层锅，而蔗糖是主要原料之一；过滤设备一般用压滤机达到净化的作用。
  ②输送泵  通过离心泵的工作原理不断地吸入、压出液体达到输送液体的目的。
  ③均质机  按照工作原理分为离心式均质机、声波均质机、高压均质机和高剪切均质机等。主要基于剪切、撞击和孔穴三种作用，使高速液体被破碎为1µm左右的微粒。
  ④老化设备  也称为物理上的成熟，大多采用间歇式老化缸，内部的搅拌器使冷却温度均匀，老化充分。
  ⑤凝冻设备  凝冻处理是一道为重要的工序，机械设备为凝冻机。操作方式分类繁多，但工作原理基本相同。

  2、系统设计

  2.1 PLC选型  本系统采用由南大傲拓科技有限公司的NA-200系列小型PLC作为控制系统的控制器。NA-200在工业领域和生活领域都有较大的应用范围，在这个系列中有多种不同的配置结构，包括CPU主机及IO扩展模块都具有组装灵活、功能强大的优点。在这个系统中采用CPU201-4001加扩展模块DXM201-1601，CPU4001的扩展能力得到改进，具有较强的模拟量处理能力，适用于点数较多、控制要求较高的、控制过程比较复杂的系统中；按照IO总点数及系统冗余10%量的要求，我们选用DXM1601的扩展模块，8点输入/8点输出，余量为5点输入/5点输出。

  NA系列PLC在模块扩展的设置方面操作比较简单，通过将排线插入到对应的插槽中，模块的硬件扩展就完成了，在软件方面主要涉及IO口的地址命名，只须按照编址规则就能完成地址的编号，使用简单方便。

  2.3软件流程设计

  软件流程设计参见图2

  此外系统还包括浇注机及机械手的工作程序流程图，需要详细了解工艺过程或有意交流其他技术细节的，可至电南大傲拓科技江苏有限公司技术支持部。

  3 系统设计、安装、调试中的问题及解决办法

  3.1硬件方面的问题

  在生产线的设计中，由于只有台设备即配料机，其容器内设置了传感器，因此在设备的容量的选择上，就要以配料机的容量为标准，后续工序上的设备通常选择同等容量或者容量大于配料机的15%左右。其次在光电开关的位置选择及PLC外围硬件连接方面要考虑方便操作，包括安装，调试和维修。

  3.2软件方面的问题

  程序编写完成后，需要在计算机上对程序进行软件，可以利用NAPro自带的软件。主要检查是否存在笔误、元件编号错误等。然后通过硬件模拟的方式检查程序，主要检查在运行态下是否存在逻辑上的错误。NAPro编程软件拥有强大的在线编辑功能，大的方便了调试过程中对程序的修改。

  4 结束语

  本章详解了浇模型冰淇淋生产线的设计过程。该系统采用了傲拓科技NA200系列PLC，通过按钮、各类限位开关、触摸屏等，对电动机、继电器和汽缸等设备和其他相关的机械结构进行控制，利用定时器和计数器实现较长时间的定时控制。该项目已经通过调试，系统运行稳定，PLC工作状况良好。通过该项目充分展示了傲拓科技NA系列PLC在包装行业机电一体化应用的技术能力。

染色工序在纺织品生产中占有重要地位，染色质量直接决定了纺织品的色泽、外观，甚至还影响纺织品的生产成本。在染色工序中，影响染色的因素主要有染液浓度、温度、液位等，其中温度控制是很重要而又复杂的控制过程。染色过程实际上是执行由工艺人员针对不同织物的一条温度曲线，每个工艺对染色的温度、升降温过程都有严格的要求，否则，容易使织物产生色差、缸差、条痕等疵点，造成复染率上升，生产成本的增加。针对染色过程温度控制的复杂性，设计了基于PLC 的染色机温度控制系统，实现对染色过程温度的控制，从而减少织物疵点，提高生产效率，降低生产成本。

2、系统控制要求

1）温度曲线存储要求对于不同的染色品种，其对温度的要求是不同的，因此对应的温度工艺曲线也是不同的，本系统通过触摸屏的组态配方设计将多种染色工艺及每一套工艺中的不同阶段的数据存储在触摸屏中，从而方便的让工艺人员去操作，工艺人员可以随时修改工艺参数，并保存，这个数据将保持在触摸屏中，将工艺人员设定的不同的温度工艺曲线，全部由工作人员在触摸屏上输入，控制器根据接收的温度工艺曲线进行温度控制。控制器和触摸屏都具有断电长期保存当前数据的功能。

3、系统的硬件构成

本系统采用南大傲拓公司推出的NA200小型PLC作为现场控制器，NA系列可编程控制器是南大傲拓科技有限公司新研制出的具有水平的新一代控制装置，它采用

了工业控制领域的一系列新成果 ，选取了崭新的软硬件平台，具有快速的处理能力、强大的抗干扰性能、灵活的可扩展功能，对于任何复杂环境及处理要求，皆能游刃有余，应付自如。二十多年自动化产品的开发经验和数百个项目的现场考验，铸就了南大傲拓PLC的品质，产品已经通过了CE认证 、船级社(CCS)认证以及电力工业电力系统自动化设备质量检验测试的严格测试和检验 ，各项性能指标均达到或过相关标准要求，于同类产品。 选用CPU2002 主机模块；通过RS232口modbus-rtu协议连接触摸屏。现场控制器扩展了一块智能温度数据采集模块RTD输入模块2通道，该模块带有2 个模拟输入点，不再需要外部变送器，一个模块就能完成数据采集及数据处理功能。系统的温度信号的检测采用铂电阻PT100，铂电阻具有测量精度高、性能稳定的特点，在工业上广泛用于-200℃～+500℃之间的温度测量。

另外如果需要可以通过RS485接口，MODBUS-RTU将PLC同工厂监控相连，实现远程操作与监控。

控制系统部分配置一块CPU2002（南大傲拓）、一块RTD输入模块2通道（南大傲拓）、触摸屏7寸（南大傲拓）。

4、系统的软件设计

由图 1 可知，染色工艺可以分为几个曲线段，不同的曲线段对应不同的目的温度、升降温时间、保温时间。对染色过程的温度控制主要是对染槽升温、保温、降温，结合生产的实际要求又将升温分为直接升温到温度和按斜率准确地升温到温度；同理，降温也分为直接降温到温度和根据斜率准确地降温到温度。因此温度控制分为五个子程序：直接升温、按斜率升温、保温、直接降温、按斜率降温。直接升温还是斜率升温、直接降温还是斜率降温根据实际需要通过中控机设定，而后由现场控制器PLC 的主程序调用相应子程序。由于染缸体积较大，加热管道相对较小，造成比较大的温度惯性，一般可将其认为是一种具有纯滞后大惯性的被控对象，因而在升/降温段采用趋势判断补偿法，如果是升温，则在温度到达T 设定值目标温度-△Ti 时停止升温，其中△Ti为补偿温度。PLC 的主程序中，根据接收到的来自触摸屏的数据进行判别，再执行相应的程序。在下传的数据中包括目标温度、斜率、保温时间等，因而PLC 可以根据这些数值判断升温、保温、还是降温。但是判断升温、降温、保温，光凭目标温度、斜率、保温时间不能得到的判断，因而使用曲线段的目标温度辅助进行判断。

下面以斜率升温为例，说明 PLC 的温控过程。在斜率升温时，将升温段曲线按时间分成若干个相等的小间隔，因而工艺曲线的升温段可以用阶梯性表示。只要每一间隔的时间足够小，则计算的每一间隔的温度给定值与理想值的偏差就可忽略。

由于温度的大滞后性，当实际温度T接近设定温度时，这个时候做一个余热升温设定，从而保证在升温到保温阶段不会出现温度出过高的现象。

另外由于PT100温度的测量只有染槽的一个点，导致了温度测量并不一定是终杯内染液的温度，所以设定了温度补偿△Ti，从而好的满足工艺要求。

原来系统中多块SDC控制仪表出现故障，在维修中采用 PLC 对原系统做替换改造。原来控制系统完成对洁净房室内温度、湿度、室内外压差进行检测并控制。室内空气要求为 100 级。空气经过过滤后成为洁净空气，满足生产线对空气洁净度、温湿度的要求。

一． 系统工作原理

新风机鼓入的新风经加热交换器、制冷交换器、加湿器进入房间。房间内有温度、湿度、差压检测器测的信号反馈给控制器。由反馈信号通过数字控制仪来控制加热、制冷交换器控制室内温度。当湿度低时，由加湿器输出蒸汽；湿度高时，制冷交换器要降温以使空气温度降低，达到目的。原来的湿度、温度信号还要经过高选处理。当温度信号高时，以温度控制；当湿度信号高时，以湿度控制。原来仪表调试比较繁杂，调试不容易满足要求。加热、制冷、加湿器的控制信号是 4-20mA 信号。压力系统原来是由变频器控制。本次改造并没有涉及。

二． 改造方案

温度、湿度信号是变送器送出的DC 4-20mA 的信号。输入的信号经过比较判断，当输入的温度信号小于 12mA 时，要执行加热逻辑，当大于 12mA 时，要执行制冷逻辑。当输入的湿度信号小于 12mA 时，要执行加湿逻辑，当大于 12mA 时，要执行逻辑。而制冷和信号中要选大的来控制制冷交换器。由于 PLC 有很好的逻辑判断能力及数据处理能力，改造中选用了信捷 FC 系列 PLC 。 FC 系列是模块式结构，可以根据要求配置不同的模拟模块和数字量模块。由于是改造，我们使用的数字量少，仅用做故障报警。 FC-16R-E CPU 有 8 点输入 /8 点输出。根据我们需求又配置了 FC-4AD 模拟量输入模块和 FC-4DA 模拟量输出模块。

一、海为PLC通讯特点：

1、内置多种通讯协议：Haiwell PLC各种型号的主机都内置Modbus RTU/ASCII协议、自由通讯协议以及海为公司的HaiwellBus高速通讯协议；

2、通讯端口可扩展：Haiwell PLC各种型号的主机均自带2个通讯口（一个为RS-232，另一个为RS-485），用通讯扩展模块可扩展至5个通讯口，每个通讯端口均可用于用于编程和联网，通讯端口相互立，均可作为主站也可作产从站；

3、为便利的通讯指令系统：使您无论使用何种通讯协议都只需一条通讯指令便可完成复杂的通讯功能，编程简单而程序简洁，无须再为通讯端口冲突、发送接收控制、通讯中断处理等问题烦恼，可以在程序中混合使用各种协议轻松完成您所需的各种数据交换；

二、台达变频器通讯协议介绍

台达变频器采用Modbus通讯协议，根据台达变频器说明书与通讯有关的主要参数如下：

P00：频率指令来源设定，默认00，需要设定为03
       00：由数字操作器控制
       01：由模拟信号0~10V控制
       02：由模拟信号4~20mA控制
       03：由RS485通讯控制
       04：由数字操作器控制上的VR控制

P01：运转指令来源设定，默认00，需要设定为03

       00：由数字操作器控制
       01：由外部端子控制，键盘STOP有效
       02：由外部端子控制，键盘STOP无效
       03：由RS485通讯控制，键盘STOP有效
       04：由RS485通讯控制，键盘STOP无效

P88：通讯地址，1~254，默认1

P89：通讯传送速度（波特率），默认01

       00：4800
       01：9600
       02：19200
       03：38400

P92：通讯资料格式，默认00，设定为01

              00：Modbus ASCII <7,N,2>
              01：Modbus ASCII <7,E,1>
              02：Modbus ASCII <7,O,1>
              03：Modbus RTU <8,N,2>
              04：Modbus RTU <8,E,1>
              05：Modbus RTU <8,O,1>

三、海为PLC与台达变频器通讯程序

因为台达变频器采用Modbus通讯协议，所以海为PLC采用Modbus通讯协议与其通讯。

例子完成5项操作命令：

1、  设定运行频率：使用MODW指令（Modbus写）
根据台达变频器说明书，设定运行频率的参数地址为2001H，十进制8193

2、  启动正行：使用MODW指令（Modbus写）
根据台达变频器说明书，运行控制的参数地址为2000H，十进制8192，写入值18（二进制00010010）表示正转。

3、  停止：使用MODW指令（Modbus写）
根据台达变频器说明书，运行控制的参数地址为2000H，十进制8192，写入值1（二进制00000010）表示停止。

4、  启动反行：使用MODW指令（Modbus写）
根据台达变频器说明书，运行控制的参数地址为2000H，十进制8192，写入值34（二进制00100010）表示反转。

5、  读取当前运行频率：使用MODR指令（Modbus读）
根据台达变频器说明书，当前运行频率的参数地址为2103H，十进制8451