PLC在煤矿井下低压馈电系统中应用.pdf

第 2 9 卷第 1 1 期 2 0 0 8年 1 1 月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y Vo J ． 2 9 N 0 ． U NO V ． 2 008 P L C在煤矿井下低压馈电系统中应用 宋宏 。刘德君 ，弭洪 涛 北华大学 电气工程学院，吉林 吉林 1 3 2 0 2 1 摘要 介绍一种应用于煤矿井下低压供配 电系统的新型隔爆馈 电开关 ， 该智能馈 电开关保 护器 以 P L C为核 心 ， 设 置 了过 载 保护 、 短路 保 护 、 漏 电保 护 、 过 压和 欠压保 护 ， 而且 具 有人 机 对话 和 通信功能， 该装置可大大提 高煤矿供电系统的安全可靠性。 关键词 可编程控制 器；漏电保护 ；低压馈 电开关 中图分类号 T D 6 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 8 1 1 ． 0 1 5 3 ． 0 3 Ap pl i c a t i o n o f P LC i n Lo w Vo l t a g e S u p p l y a n d Di s t r i b u t i o n S y s t e m o f Un d e r g r o u n d M i n e S O N G H o n g ，L I UD e j u n ，MI Ho n g t a o E l e c tr i c E n g i n e e r i n g C o l l e g e o f B e i h u a U n i v e r s i t y ， J i l i n 1 3 2 0 2 1 ，C h i n a Ab s t r a c t A k i n d o f n e w mi n e fla me p r o o f f e e d s wi t c h u s e d i n l o w v o l t a g e s u p p l y a nd d i s t rib u t i o n s y s t e m o f u n d e r g r o u n d mi n e i s i n t r o d u c e d． T h e i n t e l l i g e n t p r o t e c t o r o f flam e p r o o f f e e d s wi t c h i s b a s e d o n p rog r a mma b l e c o n t r o l l e r ．I t h as o v e do a d p r o t e c t i o n，s h o fl c i r c u i t p r o t e c t i o n，l e a k a g e p r o t e c t i o n，l o w v o l t age p r o t e c t i o n a n d o v e r v o l t age p r o t e c t i o n．Ma nma c h i n e c o n v e a t i o n and c o mmu n i c a t i o n f u n c t i o n．T h e d e v i c e i mp r o v e s t h e s e e u rit y o f t h e c o l l i e r y p o we r d i s t rib u t i o n s y s t e m g r e a t l y． Ke y wo r d s p rog r a mma b l e c o n t r o l l e r ；l e akage p rot e c t ；l o w v o l t age f e e d s wit c h 0引言 矿用隔爆馈电开关适用于含有危险环境 的矿井 中， 作为井下配电系统 的关键设备 ， 其性能影响矿井 下的生产安全和生产效率 。随着采煤 自动化技术 的 发展 ， 对矿井供电的连续性 、 可靠性和安全性提出了 越来越高的要求 ， 因此对矿井电网综合保护系统 的 研究具有重要的理论和应用价值。 目前 ， 国产隔爆馈 电开关 主要采用继电器控制 和熔断器保 护。这 2种保护元件因本身的离散性 ， 加之整定 、 更换和检修不便 ， 可靠性较低 ， 线路复杂 ， 当被保护系统发生短路 、 断相 、 过载等故障时 ， 其有 效保护的结果都将作用于跳闸 、 切断电源 ， 而不能判 断出故障类型， 给技术人员带来 了很多不便 ， 难以适 应煤矿生产 的需 要。本文设计 以 P L C为 中央控 制 单元的新型矿用隔爆 型低压侧配电系统。该系统具 有人机显示界面、 短路保 护 、 过载保 护 、 过电压保 护 和欠 电压保护及漏电保护等功能。 1 硬件组成及功能 系统主要 由 P L C主机、 A ／ D模块 、 人机显示屏 、 电压 、电流 、 漏电检测 电路组成。采用的 P L C型号 为 K 7 MD R 1 4 U E ， A ／ D模块的型号为 K 7 MA D 2 A， 人机显 示屏 的型号为 M A S T E RK 2 0 0 S ，系统如 图 1 。 为 了提高 电流 的检测精度 、 降低检测 电路 的电 流和减小非线性影 响， 电流检测 电路如 图 2 。电路 的工作过程为 首先通过 8 0 0 A ／ 1 A的电流互感器将 大电流信号 变成 小 电流信 号 ， 再通 过 电流变换 器 7～l A ／ 1 0 mA 进一步变为更小 的电流信 号， 然后 通过整流 、 滤波 、 电流／ 电压转换 、 分压 ， 送到 A I D转 换电路。该变换电路特点是 电路功耗小， 线性度 高 ， 不宜发热或产生 电火花 ， 适宜做易燃 、 易爆场合 的电流变换 电路。 写 _l 、 0石 ； ． ＼ _- 、 _l 、 扮 ＼ 石 I ＼ ＼ 写 ．＼ 写 有轻微锈蚀时 ， 容易出现上述现象 。为此 ， 在被水浸 蚀 的钢丝绳通过时 ， 往摩擦轮绳槽 内浇注机油 ， 可以 大大缓解此种现象。 4结语 s Q系列无极绳绞车是一种适合 中国国情 的优 良的辅助运输系统 ， 安全实用 ， 易于操作 。建议厂家 对其不足之处予以改进 ， 使其更加趋于完善 ， 为井下 运输 安全 做 出贡献 。 参 考文献 [ 1 ] 潘英． 矿山提升机械设计[ M] ． 徐州 中国矿业大学出版社， 2 0 0 1 ． [ 2 ] 洪晓华． 矿井运输提升[ M] ． 2 版． 徐州 中国矿业大学出版社， 2 0 0 5． [ 3 ] 滕孝来 ， 肖兴 明 ， 胡明 ， 等 ． 多绳摩 擦提升 钢丝绳 张力动态 无线监 测 [ J ] ． 煤矿 机械 ， 2 0 0 8 ， 2 9 5 2 0 72 0 8 ． 作者 简介 霍松山 1 9 5 7一 ， 兰州永登 人 ， 高级 工程 师， 1 9 8 2年 毕业于西安矿业学院煤矿机械化专业 ， 一直从事煤矿机 电技术工作 ， 电子信箱 h u o s o n g s h a n 1 6 3 ． c o rn． 1 53 - 收稿 日期 2 0 0 8 ． 0 6 。 1 7 P L C在煤矿井下低压馈电系统中应用宋宏 ， 等 第 2 9 卷第 1 1 期 电流 感 器 图 1 系统组成框图 整 流 坼 授器 图 2电流检测变换电路 漏电检测电路如图 3 。采用附加直流方法进行 检测 ， 图中 K为 1 1 4 0～6 6 0 V转换开关 。漏电取样 电压越大， 则反映接地电阻越小 ， 通过检测该 电压的 大小可以间接检测接地电阻的大小。 j 7 4 【 R K 。_ 士 。_ _ ] 去 r_ i I I I { 0 I I } 路 ， 送人 P L C的 A ／ D通道。经 A ／ D转换后送入 P L C 内部的寄存器。P L C在每个扫描周期 内将该寄存器 内数据与设定值进行 比较。当取样电压低于设定电 压的 7 5 ％时 ， 或高于设定值的 1 2 5 ％时， P L C向高压 侧发出信号 ， 断开高压真空断路器 。低压侧人机显 示屏显示低压侧过压或欠压故障画面。 4 漏电保护及漏电闭锁当图 3中开关 K拨到 6 6 0 V 1 1 40 V 侧 ， 如果在合闸前接地电阻 1 1 k l 2 R2 2 k i 2 2 0 k l 2 R40 k a ， 则进入漏 电闭锁 ， 禁 止高压侧合闸； 如果在工作过程中， 发生接地电阻小 于 1 1 k l 2 小于 2 0 k I 2 ， 漏 电保护动作 ， 向高压侧发 出信号 ， 在 0 ． 2 S 内断开高压真空断路器 ， 低压侧人 机显示屏显示低压侧漏 电故障画面。 2 P L C软件设计及测试数据 系统软件流程如 图 4 。P L C与人机显示屏采用 系统 自带的标准通信接 口协议 ， 系统的各参数可以 通过人机显示屏输入给 P L C ， P L C也可以把系统的 状态送给人机显示屏显示。 图 3漏 电检测 电路 系统主要有 以下功能 1 过 载保护 过载保 护采样 值取 自 A相 电 流 ， 通过变换 电路 ， 把该模拟信号送入 P L C的 A ／ D 通道。经 A ／ D转变后送入 P L C内部 寄存 器。如果 该寄存器内数据大于 P L C内部设定值时， P L C按规 定的反时限特性进行保护， 并向高压侧发出信号， 使 真空断路器跳闸， 低压侧人机显示屏显示低压侧过 负荷故障画面。 2 短路保护 将 B、 C相电流通过 变换 电路 ， 送人 P L C的 A ／ D通道 ， 经 A ／ D转换后送入 P L C的内 部寄存器中。当 B 、 c任一相电流超过速断设定值 时 ， P L C迅速 向高压侧发 出信 号 ， 使 真空断路 器动 作 ， 动作时问 2 0 0 i n s ， 低压侧人机显示屏显示低压 短路故障画面。 3 欠压 、 过压保护 将交流 电压通 过转换 电 一 1 5 4一 图 4 软件框图 第 2 9 卷第 1 1 期 2 0 0 8年 1 1 月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r V 0 1 ． 2 9 No ． 1 1 No v．2O O8 脉冲式射流技术在大直径反循环钻头中的应用* 郝树 青 ，殷琨 ，黄 宏伟 1 ． 同济大学 ，上海 2 0 0 0 9 2 ；2 ． 吉林大学 建设工程学院，长春 1 3 0 0 2 6 摘要在石油钻井 中， 空气正循环钻进技 术应用很广泛， 然而大直径反循环钻进技术的应用 却受到限制， 大直径钻头在钻进过程 中依然无法实现反循环。针对该技 术难题 ， 以 似5 0 IT ll n 钻 头为 例 ， 作者将脉 冲射流技 术应用于钻 头结构设计 中， 并提 出新的钻 头底部 结构 ， 运 用数值模拟与实验 研究相结合的分析 手段 。 对该结构进行优化设计， 通过 实验验证 了其合理性和可行性 。 关键词 大直径反循环钻 头；底部结构 ；脉冲式射流技 术 中图分类号 T P 3 9 9 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 8 1 1 - 0 1 5 5 ． 0 3 Ap p l y o f P u l s e d J e t F l u i d Te c h n o l o g y i n Bi g Di a me t e r Re v e r s e Ci r c u l a t i 0 n Bi t HA O S h uq i n g ，YI N Ku n 2 ，HUANG Ho n gwe i 1 ． T o n g i i U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ， C h i n a ； 2 ． C o ll e g e o f C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g ， J i l i n U n i v e r s i t y ，C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 6 。C h i n a A b s t r a c t I n t h e o i l d ri l l i n g e n n e e fi n g ， a i r r e v e r s e c i r c u l a t i o n t e c h n o l o g y i s a p p l i e d w i d e l y ． H o w e v e r ， t h e r e v e r s e c i r c u l a t i o n d ril l i n g t e c h n o l o g y o f b i g d i a me t e r b i t i s r e s t ric t e d b e c a u s e t h e r e v e r s e c i r c u l a t i o n c a n’ t b e a c ． c o mp l i s h e d i n b i g di am e t e r b i t wh e n d ril l i n g．Fo r s o l v i n g t h i s t e c h n i c a l p r o b l e m ，h a v e d e v e l o p e d a n e w s t r u c t u r e o f t h e b i t b o t t o m b y a p p l y i n g t h e p u l s e d j e t fl u i d t e c h n o l o gy i n t h e b i t s t r u c t u r e d e s i g n．T a k i n g b i t w i t h d i am e t e r o f 4 5 0 mm a s a n e x a mp l e，t h e n u me ric a l s i mu l a t i o n a n d e x pe rime n t al me t h o d s a l e u s e d t o o p t i mi z e t h e s t r u c t u r e．Th e r a t i o n a l i t y a n d f e a s i b i l i t y o f t h e n e w s t r u c t u r e a r e t e s t i fie d w i t h e x p e rime n t ． K e y w o r d s b i g d i am e t e r r e v e rs e c i rc u l a t i o n ；b o t t o m s t ruc t u r e ；p u l s e d j e t fl u i d t e c hno l o gy 0 前言 贯通式潜孔锤反循环钻进技术 由于其独特的技 术优势在钻探界受到广泛应用 ， 但该 技术在石油钻 进中的应用依然受到限制 ， 其 中大直 径钻头在形成 反循环时存在很多困难 ， 或者形不成反循环 ， 针对该 *吉林省科技厅科技发展 引导项 目 2 0 0 4 0 5 0 3 3 现场测试 的数据 如表 1 、 表 2和表 3 ， 结果均满 足煤矿安全规定指标。 表 1 过压 、 欠压一时 间表 漏 电保护 单相 系统电压 ／ V 漏电电阻 ／ k I 2 闭锁电阻 ／ k Q 动作时间 6 6 0 ≤ 1 1 ≤ 2 2 ≤ 0． 2 I 1 4 0 ≤ 2 0 ≤4 0 3结语 通过把该配电系统接到防爆变压器上测试 ， 结 技术难题， 作者从以下几方面进行了研究分析， 并提 出解决方案 。 1 大直径钻头难 以形成 反循环 的原 因剖析与解决 思 路 气体在反循环钻进过程中 ， 不仅要携带钻碎的 岩心 样 从中心通道上返 ， 而且要能够冷却钻头 ， 同 时希望有一部分气体对岩石做功 ， 冲击辅助碎岩。 果证明该系统电流、 电压测量精度高， 动作可靠， 整 定灵活 ， 人机界面友好 。在该系统基础上 ， 如果采用 过载 和短路 独立设 置检测变换 电路和 A ／ D转换 电 路 ， 短路动作时间几乎等于断路器的固有动作时间 ， 可 以使短路动作时间降到 0 ． 1 S 以下。 参 考文献 [ 1 ] 李鑫 ， 郭风仪 ， 王国强 ， 等 ．薪型矿用隔爆馈电开关智 能保护器 的 研 究 [ J ] ． 电气应用 ， 2 0 0 5 ， 2 4 1 1 5 35 5 ． [ 2 ] 李海 明 ， 李计 明 ， 梁成贵 ．矿用隔爆型高压真空配 电装置的改造 [ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 1 ， 2 2 1 0 5 8 5 9 ． [ 3 ] 唐德茂， 韩其伟． 矿用智能型真空电磁起动器 [ J ] ． 煤矿自动化， 2 0 0 1 4 2 93 1 ． [ 4 ] 彭延龄， 祝从容． 3 ． 3 k V供电系统用矿用隔爆型移动变电站[ j ] ． 煤矿机 电 ， l 9 9 9 2 l 81 9 ． 作者 简介 宋宏 1 9 5 5 一 ，女， 吉林吉林人 ， 北华 大学 电气信息工 程学院副教授， 毕业于原北京钢铁学院， 主要从事电力电子及智能控制 等方面的研究 ， 电话 0 4 3 23 0 4 1 55 ， 电子信箱 s h 7 6 9 9 1 6 5 1 2 6 ． o 0 n 1 ． 一 1 5 5一 收稿 日期 2 0 0 8 0 5 2 7