基于PLC的矿用照明信号综合保护插件保护器检测装置

2021-07-13杨旭彬

煤 2021年7期

关键词：保护器低电平高电平

杨旭彬

(潞安化工集团王庄煤矿，山西长治 046031)

1 概述

ZBZ-4.0(2.5)矿用隔爆型照明信号综合保护装置适用于具有爆炸性气体和煤尘爆炸性危险的煤矿井下，为井下照明、控制信号提供电源，“ZBZ-4.0(2.5)矿用隔爆型照明信号综合保护装置”是其全称，简称为照明信号综保(以下使用简称)。

照明信号综保主要由两大部分组成，一个是降压变压器(主变压器)，另一个是真空断路器。常见照明信号综保的降压变压器有4 kVA 和 2.5 kVA两种；常见的型号有ZXB-2.5和ZXB-4，型号中后边的数字2.5和4是指变压器的容量。

照明信号综保的短路、过载、漏电保护功能是靠“插件保护器”来实现的，插件保护器位于照明信号综保隔爆外壳内，通过插座与照明信号综保的其他部件实现电连接。

由于井下使用条件恶劣，插件保护器经常损坏。插件保护器作为备件在使用前，需要先测试其好坏。检测时，需要用专用仪器测试插件保护器，由于电参数较多，所以步骤繁琐，通常会耗费较多的人工和测试时间，检测正常后才能投入使用。

2 研制方案

2.1 设计思路

PLC具有运行速度快且工作稳定的特点，用其来制作一种能快速检测插件保护器的装置。PLC的输入接口电路将按钮、行程开关或传感器等产生的电信号输入CPU；PLC的输出接口电路将CPU向外输出的电信号转换成可以驱动外部执行元件的电信号，以便控制接触器线圈等电气元件的通、断电。

利用PLC主机的输出接口配合外围电路给插件保护器输入电流、电压信号；再利用PLC主机的输入接口配合外围电路接收插件保护器的输出信号，检测其能否正常工作，随后PLC主机输出判定信号，即“合格”或“不合格”。

2.2 技术方案

基于PLC的ZBZ-4.0(2.5)矿用隔爆型照明信号综合保护插件试验装置包括：PLC主机、变压器T、继电器1J、2J及数字电路等电子元件。电路图如图1所示。

图1 装置电气原理

变压器T有两个低压绕组，分别输出AC20 V给插件保护器提供电源、AC30 V给PLC主机提供电源，DC24 V电源由外部直流电源供给。

继电器1J、2J供电电压为DC24 V，由PLC主机的两个接口DO7、DO8脚控制其接通、断开；二极管D1、D2为两个继电器的续流二极管。继电器1J的常开接点1J1控制保护插件的17脚与18、19、20脚实现接通、断开。继电器2J的常开接点2J1在插件保护器的4脚与15脚线路之间，线路中接1个电阻器R7，2J1可控制该线路的接通、断开。

外围数字电路由两个或非门电路、1个与非门电路组成。或非门电路选用CD4001芯片，与非门电路选用CD4011芯片。与非门电路的输出端通过限流电阻R8与三极管V连接，三极管V的发射极通过限流电阻R9与DC24 V连接，三极管V的集电极与PLC主机的接口DI1连接。

4个发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4分别通过限流电阻R1、R2、R3、 R4与PLC主机4个接口的DO1、DO2、DO3、DO4连接。4个发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4灯亮时分别代表照明信号综保装置的“照明短路、信号短路、漏电保护、漏电闭锁”保护动作。

发光二极管LED5、LED6分别通过限流电阻R5、R6与PLC主机的接口DO5、DO6连接。发光二极管LED5灯亮时表示该插件保护器“合格”；发光二极管LED6灯亮时表示该插件保护器“不合格”。

2.3 工作原理及使用说明

如图1所示，合上开关K1变压器T得电，低压绕组AC20 V电源通过插件保护器插座的6、7脚为插件保护器内部电路供电，插件保护器得电开始工作。

合上开关K2，PLC主机开始工作，首先控制DO7脚变为低电平，继电器1J吸合，常开点1J1吸合，将插件保护器的17脚与18、19、20脚电接通，插件保护器内部电路工作，插件保护器的9、10脚输出低电平，通过或非门1电路输出高电平至与非门输入端；PLC主机接口DO1、DO2输出高电平，发光二极管LED1、LED2点亮，表示插件保护器的“照明短路、信号短路”保护动作。

随后，PLC主机控制DO8脚变为低电平，继电器2J吸合，常开点2J1闭合将保护插件的4脚15脚通过试验电阻R7实现电联接，插件保护器内部电路工作，插件保护器的1、3脚输出低电平；通过或非门2电路输出高电平至与非门输入端；PLC主机的接口DO3、DO4输出高电平，发光二极管LED3、LED4点亮，表示插件保护器的“漏电保护、漏电闭锁”保护动作。

如果插件保护器是合格的，可以正常工作时，插件保护器的9、10、1、3脚同时输出低电平，则或非门1、2的两个输出端都输出高电平，与非门输出低电平，此时三极管V导通(三极管V工作在开关状态)。PLC主机的接口DI1端为高电平，PLC主机的接口DO5输出高电平，发光二极管LED5点亮(绿灯)，表示该插件保护器“合格”。

如果插件保护器不能正常工作时，其9、10、1、3脚必有一脚不能输出低电平，则或非门1、2的两个输出端也不能同时输出高电平，则与非门输出高电平，三极管V不导通，PLC主机的DI1为低电平，PLC主机控制DO6输出高电平，发光二极管LED6点亮(红灯)，表示该插件保护器“不合格”。

至此，这个实验过程完毕，用时大约5 s。