一種應(yīng)用PLC的鐵路防災(zāi)雙電源箱

凌 震 （安徽智行建設(shè)工程有限公司，安徽 合肥 231100）

1 引言

隨著我國(guó)高速鐵路的不斷發(fā)展，高速鐵路的安全運(yùn)行“責(zé)任重于泰山”。由于我國(guó)幅員遼闊，地理環(huán)境多變，因此決定了高速鐵路的運(yùn)行環(huán)境常常受到大風(fēng)、雨雪、泥石流、地震等自然災(zāi)害以及其他外界破壞因素的威脅，而通過技防做好風(fēng)險(xiǎn)防控工作是確保高鐵安全運(yùn)行的有效手段。

鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)建立了完整的高速鐵路外界環(huán)境監(jiān)控平臺(tái)，可提前預(yù)警，成為確保列車可靠運(yùn)行的重要基礎(chǔ)裝備之一。鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，決定了對(duì)防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行可靠供電成為了關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文通過PLC技術(shù)在鐵路防災(zāi)雙電源箱的應(yīng)用，探討解決了可靠供電的一種方法。

2 防災(zāi)電源供電系統(tǒng)和控制要求

鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)有2套UPS電源設(shè)備進(jìn)行冗余供電，引入兩路AC220V工頻交流電源。為提高供電可靠性，需設(shè)置帶自動(dòng)切換功能的雙電源箱對(duì)其進(jìn)行供電。防災(zāi)雙電源箱接入的兩路低壓交流電源應(yīng)相對(duì)獨(dú)立，由于鐵路防災(zāi)設(shè)備機(jī)房與鐵路通訊機(jī)房合建，所以其兩路電源一般由通訊電源防雷箱電源側(cè)并聯(lián)接引。

防災(zāi)設(shè)備電源箱的一次供電系統(tǒng)見圖1所示。

圖1 鐵路防災(zāi)設(shè)備雙電源供電系統(tǒng)圖

防災(zāi)雙電源投入運(yùn)行時(shí)，1-3QF低壓斷路器及1-2QA低壓負(fù)荷開關(guān)都處于閉合位。當(dāng)兩路電源都正常時(shí)，電源接觸器1-2KM得電閉合，聯(lián)絡(luò)接觸器3KM失電斷開，兩路電源分別對(duì)防災(zāi)系統(tǒng)的2套UPS電源設(shè)備獨(dú)立供電。

當(dāng)其中一路電源失電時(shí)，故障電源接觸器（1KM或2KM）斷開后，聯(lián)絡(luò)接觸器3KM得電吸合,另一路正常電源同時(shí)對(duì)防災(zāi)系統(tǒng)的2套UPS電源設(shè)備進(jìn)行供電。當(dāng)電源故障消除后，聯(lián)絡(luò)接觸器3KM失電斷開，先前斷開的故障電源接觸器（1KM或2KM）又得電吸合，恢復(fù)兩路交流電源獨(dú)立供電。

當(dāng)負(fù)荷故障造成低壓斷路器（1QF或2QF）保護(hù)跳閘時(shí)，閉鎖聯(lián)絡(luò)接觸器3KM得電動(dòng)作，不使故障負(fù)荷造成另一路電源保護(hù)跳閘,從而不擴(kuò)大供電故障，確保了防災(zāi)UPS電源系統(tǒng)的冗余供電。

3 電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)

3.1 二次控制原理

防災(zāi)雙電源投切控制須滿足以下的技術(shù)要求：

①手自動(dòng)控制方式可選，自動(dòng)控制采用自投自復(fù)方式；

②接觸器1KM-3KM間應(yīng)具有可靠電氣聯(lián)鎖，防止電源合環(huán)；

③檢測(cè)2路電源的電氣參數(shù)，可設(shè)定保護(hù)功能和參數(shù)，滿足供電質(zhì)量要求；

④負(fù)荷故障造成電源失壓時(shí)，閉鎖聯(lián)絡(luò)回路不自投。

根據(jù)上述技術(shù)要求，設(shè)計(jì)的二次電氣控制線路：

防災(zāi)雙電源的投切控制分為“手動(dòng)”和“自動(dòng)”2種工作狀態(tài)，通過手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA來(lái)選擇。自動(dòng)狀態(tài)在正常工作時(shí)使用，采用PLC編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能；手動(dòng)狀態(tài)為檢修、調(diào)試及故障應(yīng)急工作時(shí)，人工現(xiàn)場(chǎng)控制使用。

2路電源和聯(lián)絡(luò)接觸器的投切由獨(dú)立的二次回路分別控制，接觸器1KM-3KM間設(shè)電氣聯(lián)鎖，具有“3合2”邏輯關(guān)系。在“手動(dòng)”工作狀態(tài)時(shí)，通過手動(dòng)旋鈕1SB-3SB，控制接觸器1KM-3KM動(dòng)作；在“自動(dòng)”工作狀態(tài)，通過PLC邏輯控制的1KA-3KA中間繼電器動(dòng)作，控制接觸器1KM-3KM自動(dòng)進(jìn)行投切動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)雙電源雙負(fù)荷的自動(dòng)供電。指示燈顯示電源的工作狀態(tài)。

3.2 電源參數(shù)檢測(cè)

對(duì)2路電源的電氣參數(shù)檢測(cè)，采用專用的電源保護(hù)繼電器。其具有過欠壓、相序、缺相、三相電壓不平衡等檢測(cè)功能，其檢測(cè)參數(shù)、保護(hù)功能投切可人工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定，并有故障記錄功能可供查詢。相比普通繼電器，具有功能完善、檢測(cè)可靠、簡(jiǎn)化接線等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 雙電源狀態(tài)檢測(cè)原理圖

電源故障時(shí)，電源保護(hù)繼電器提供保護(hù)動(dòng)作輸出的開關(guān)量信號(hào),可接入PLC作為電源狀態(tài)輸入信號(hào)。

3.3 自動(dòng)控制PLC的選擇

根據(jù)上述硬件電路的控制要求，PLC輸入點(diǎn)8個(gè)，輸出點(diǎn)6個(gè)，采用小型PLC編程即可滿足自動(dòng)控制要求。本次選擇西門子公司的S7-200系列小型PLC為例。

PLC的工作電源取自2路電源切換出的AC220V聯(lián)絡(luò)回路控制電源，其控制接線見圖3所示。

圖3 PLC控制原理圖

PLC的I/0分配地址見下表。

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4 PLC控制程序設(shè)計(jì)

4.1 程序流程圖

①主程序流程圖，見圖4所示。

圖4 主程序流程圖

②子程序1流程圖，見圖5所示。

圖5 子程序1流程圖

③子程序2流程圖，見圖6所示。

圖6 子程序2流程圖

4.2 PLC邏輯控制程序

5 結(jié)語(yǔ)

采用繼電器控制雙電源投切，控制方式固定，存在切換不夠快速、可靠性差、維護(hù)量大，很大程度上影響著供電的可靠性。而基于PLC控制的雙電源投切，可以在不改變二次控制的接線，而根據(jù)不同的使用控制要求，編寫相應(yīng)的控制程序?qū)懭隤LC即可；其可靠性高、操作方便、動(dòng)作迅速、外部接線簡(jiǎn)單，還可以設(shè)置邏輯閉鎖和故障判斷功能。

此鐵路防災(zāi)雙電源箱在安徽合肥南環(huán)線防災(zāi)系統(tǒng)得到應(yīng)用。2014年投運(yùn)至今，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，滿足了鐵路防災(zāi)系統(tǒng)電源的使用要求。