楊旭彬

(潞安化工集團(tuán) 王莊煤礦，山西 長治 046031)

1 概 述

ZBZ-4.0(2.5)礦用隔爆型照明信號綜合保護(hù)裝置適用于具有爆炸性氣體和煤塵爆炸性危險(xiǎn)的煤礦井下，為井下照明、控制信號提供電源，“ZBZ-4.0(2.5)礦用隔爆型照明信號綜合保護(hù)裝置”是其全稱，簡稱為照明信號綜保(以下使用簡稱)。

照明信號綜保主要由兩大部分組成，一個是降壓變壓器(主變壓器)，另一個是真空斷路器。常見照明信號綜保的降壓變壓器有4 kVA 和 2.5 kVA兩種；常見的型號有ZXB-2.5和ZXB-4，型號中后邊的數(shù)字2.5和4是指變壓器的容量。

照明信號綜保的短路、過載、漏電保護(hù)功能是靠“插件保護(hù)器”來實(shí)現(xiàn)的，插件保護(hù)器位于照明信號綜保隔爆外殼內(nèi)，通過插座與照明信號綜保的其他部件實(shí)現(xiàn)電連接。

由于井下使用條件惡劣，插件保護(hù)器經(jīng)常損壞。插件保護(hù)器作為備件在使用前，需要先測試其好壞。檢測時，需要用專用儀器測試插件保護(hù)器，由于電參數(shù)較多，所以步驟繁瑣，通常會耗費(fèi)較多的人工和測試時間，檢測正常后才能投入使用。

2 研制方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

PLC具有運(yùn)行速度快且工作穩(wěn)定的特點(diǎn)，用其來制作一種能快速檢測插件保護(hù)器的裝置。PLC的輸入接口電路將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的電信號輸入CPU；PLC的輸出接口電路將CPU向外輸出的電信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行元件的電信號，以便控制接觸器線圈等電氣元件的通、斷電。

利用PLC主機(jī)的輸出接口配合外圍電路給插件保護(hù)器輸入電流、電壓信號；再利用PLC主機(jī)的輸入接口配合外圍電路接收插件保護(hù)器的輸出信號，檢測其能否正常工作，隨后PLC主機(jī)輸出判定信號，即“合格”或“不合格”。

2.2 技術(shù)方案

基于PLC的ZBZ-4.0(2.5)礦用隔爆型照明信號綜合保護(hù)插件試驗(yàn)裝置包括：PLC主機(jī)、變壓器T、繼電器1J、2J及數(shù)字電路等電子元件。電路圖如圖1所示。

圖1 裝置電氣原理

變壓器T有兩個低壓繞組，分別輸出AC20 V給插件保護(hù)器提供電源、AC30 V給PLC主機(jī)提供電源，DC24 V電源由外部直流電源供給。

繼電器1J、2J供電電壓為DC24 V，由PLC主機(jī)的兩個接口DO7、DO8腳控制其接通、斷開；二極管D1、D2為兩個繼電器的續(xù)流二極管。繼電器1J的常開接點(diǎn)1J1控制保護(hù)插件的17腳與18、19、20腳實(shí)現(xiàn)接通、斷開。繼電器2J的常開接點(diǎn)2J1在插件保護(hù)器的4腳與15腳線路之間，線路中接1個電阻器R7，2J1可控制該線路的接通、斷開。

外圍數(shù)字電路由兩個或非門電路、1個與非門電路組成?；蚍情T電路選用CD4001芯片，與非門電路選用CD4011芯片。與非門電路的輸出端通過限流電阻R8與三極管V連接，三極管V的發(fā)射極通過限流電阻R9與DC24 V連接，三極管V的集電極與PLC主機(jī)的接口DI1連接。

4個發(fā)光二極管LED1、LED2、LED3、LED4分別通過限流電阻R1、R2、R3、 R4與PLC主機(jī)4個接口的DO1、DO2、DO3、DO4連接。4個發(fā)光二極管LED1、LED2、LED3、LED4燈亮?xí)r分別代表照明信號綜保裝置的“照明短路、信號短路、漏電保護(hù)、漏電閉鎖”保護(hù)動作。

發(fā)光二極管LED5、LED6分別通過限流電阻R5、R6與PLC主機(jī)的接口DO5、DO6連接。發(fā)光二極管LED5燈亮?xí)r表示該插件保護(hù)器“合格”；發(fā)光二極管LED6燈亮?xí)r表示該插件保護(hù)器“不合格”。

2.3 工作原理及使用說明

如圖1所示，合上開關(guān)K1變壓器T得電，低壓繞組AC20 V電源通過插件保護(hù)器插座的6、7腳為插件保護(hù)器內(nèi)部電路供電，插件保護(hù)器得電開始工作。

合上開關(guān)K2，PLC主機(jī)開始工作，首先控制DO7腳變?yōu)榈碗娖?，繼電器1J吸合，常開點(diǎn)1J1吸合，將插件保護(hù)器的17腳與18、19、20腳電接通，插件保護(hù)器內(nèi)部電路工作，插件保護(hù)器的9、10腳輸出低電平，通過或非門1電路輸出高電平至與非門輸入端；PLC主機(jī)接口DO1、DO2輸出高電平，發(fā)光二極管LED1、LED2點(diǎn)亮，表示插件保護(hù)器的“照明短路、信號短路”保護(hù)動作。

隨后，PLC主機(jī)控制DO8腳變?yōu)榈碗娖?，繼電器2J吸合，常開點(diǎn)2J1閉合將保護(hù)插件的4腳15腳通過試驗(yàn)電阻R7實(shí)現(xiàn)電聯(lián)接，插件保護(hù)器內(nèi)部電路工作，插件保護(hù)器的1、3腳輸出低電平；通過或非門2電路輸出高電平至與非門輸入端；PLC主機(jī)的接口DO3、DO4輸出高電平，發(fā)光二極管LED3、LED4點(diǎn)亮，表示插件保護(hù)器的“漏電保護(hù)、漏電閉鎖”保護(hù)動作。

如果插件保護(hù)器是合格的，可以正常工作時，插件保護(hù)器的9、10、1、3腳同時輸出低電平，則或非門1、2的兩個輸出端都輸出高電平，與非門輸出低電平，此時三極管V導(dǎo)通(三極管V工作在開關(guān)狀態(tài))。PLC主機(jī)的接口DI1端為高電平，PLC主機(jī)的接口DO5輸出高電平，發(fā)光二極管LED5點(diǎn)亮(綠燈)，表示該插件保護(hù)器“合格”。

如果插件保護(hù)器不能正常工作時，其9、10、1、3腳必有一腳不能輸出低電平，則或非門1、2的兩個輸出端也不能同時輸出高電平，則與非門輸出高電平，三極管V不導(dǎo)通，PLC主機(jī)的DI1為低電平，PLC主機(jī)控制DO6輸出高電平，發(fā)光二極管LED6點(diǎn)亮(紅燈)，表示該插件保護(hù)器“不合格”。

至此，這個實(shí)驗(yàn)過程完畢，用時大約5 s。

3 使用效果

2020年，該裝置在王莊煤礦電氣實(shí)驗(yàn)室投入使用，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

用原來的試驗(yàn)臺檢測1件保護(hù)插件，需要兩個人，其中一人負(fù)責(zé)取放插件、觀察信號燈并監(jiān)督安全操作；另一人負(fù)責(zé)手動調(diào)節(jié)電壓、電流參數(shù)，測試完成后，關(guān)閉所有儀器，完成1次用時5 min。

而使用本裝置檢測，1人操作，合電源，撥動試驗(yàn)按鈕本裝置顯示試驗(yàn)結(jié)果，關(guān)閉電源，3 s完成檢測。

使用本裝置檢測可節(jié)省人員1名，檢測時間大幅縮短，檢測效率大幅提高。