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摘要  通過對主回路、控制回路及PLC程序設計，可以實現(xiàn)異步電動機變頻調(diào)速一拖二控制功能。 

0 引言

變頻調(diào)速在工業(yè)電力拖動系統(tǒng)中的應用日益廣泛，通過可編程控制器PLC、變頻器、繼電器等有機組合，可實現(xiàn)交流電動機的自動控制、調(diào)速。

我公司化工生產(chǎn)中多數(shù)動力設備運行方式是一開一備（一臺運行、一臺備用），而且工藝要求介質(zhì)流量調(diào)整較頻繁，通過調(diào)整閥門開度來調(diào)節(jié)流量比較麻煩，也不易實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化控制。若采用變頻器控制，因其起動特性軟、調(diào)速平滑方便等優(yōu)點，能滿足工藝控制要求。若用兩臺變頻器分別拖動兩臺電機，則很不經(jīng)濟。如果采用一臺電動機變頻運行，另一臺電動機作備用；當變頻器故障時能切換至工頻運行，通過調(diào)節(jié)閥門開度調(diào)節(jié)流量，滿足工藝要求的方案也不理想。為此考

慮采用一臺西門子變頻器帶兩臺電機，并與西門子S7-200系列PLC、繼電器配合實現(xiàn)電動機的起動、調(diào)速、切換控制，即變頻一拖二控制。通常情況下，一臺電機變頻運行，另一臺作備用。一般，變頻故障切換旋鈕在投入位置，當變頻器故障時，當前運行的電機能自動切換到工頻運行；這時變頻控制回路可以退出，方便了維修。

為了達到生產(chǎn)過程自動化的要求，根據(jù)公司電氣設備現(xiàn)狀，擬將兩臺110 kW 電機控制系統(tǒng)進行改造。采用一臺變頻器分別拖動兩臺電機，并與可編程控制器PLC、繼電器有機組合，實現(xiàn)自動控制（變頻一拖二控制）。

1 設計原理

1.1 主回路設計方案

如圖1，兩臺110 kW 異步電動機MA、MB，每臺電機有工頻、變頻兩種運行方式，兩臺電機共用一臺變頻器。正常運行時為一開一備，一臺電機變頻運行，另一臺電機作備用?？傠娫撮_關QF出口分兩路,一路供工頻電，又分支兩路(二、三回路)分別供電機MA、MB 工頻控制;另一路供變頻器，其輸出也分支兩路(一、四回路)分別供電機MA、MB。由于變頻器自身具有熱保護功能，所以變頻一、四回路不再外接熱過載繼電器，而在工頻二、三回路加設電動機保護器FH。并在電機MA、MB回路裝電流互感器CT，外接電流表以監(jiān)測電機的運行電流?？紤]到從變頻器到電機電纜線路較長，變頻器運行時將產(chǎn)生較強的高次諧波，對電機運行不利。因此，在變頻器主出線側裝電抗器來抑制諧波的

影響。

由于電機一般運行在變頻狀態(tài)下，工頻狀態(tài)只是在變頻器故障時運行。從安全運行的角度考慮，控制回路電源取自工頻空氣開關2QF、3QF 下口較為理想，如圖示La、Lb。這樣在變頻回路故障、檢修停電更換元器件時，控制電源不受影響，確保工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。同理，在變頻電源側裝一只400 A的隔離開關GK，保證在變頻器故障下能斷開變頻側主回路電源，以便變頻器維修而不影響電機工頻運行。

我公司使用的變頻器類型較多，有西門子、ABB、施耐德、日產(chǎn)、國產(chǎn)的等。由于對西門子變頻器的原理、參數(shù)、技術特性、故障處理較為熟悉，并且西門子變頻器質(zhì)量較好、運行較為穩(wěn)定，因此變頻器選型為西門子ECO1-110K/3 型。其端子5、9 接“變頻器起?！毙盘?，端子19、20 為“變頻器故障”繼電器5K輸出端，端子21、22 為“變頻器運行”繼電器6K 輸出端,端子3、4 接模擬量輸入（4～20 m A）, 端子12、13接模擬量輸出。并且保證變頻器可靠接地。

1.2 控制回路設計方案

1.2.1 MA電機控制回路

如圖2 所示，控制回路電源采用AC 220 V，MA電機有變頻、工頻兩套回路，停止按鈕共用，啟動按鈕各自設置。并保證變頻回路（變頻器、PLC 等）故障時能啟動工頻回路運行。

變頻回路為了實現(xiàn)自動控制，選用中間繼電器1K，作MA電機的啟動信號。將1K的常開接點引至PLC輸入端。為了保證安全運行，MA 變頻回路須與MB 回路互鎖，即接入2 KM、4 KM 接觸器動斷輔助觸點。當CPU檢測到MA變頻啟動各信號正常時，中間繼電器3K 得電，其動合接點閉合，MA變頻接觸器1KM閉合。

工頻回路MA 工頻控制回路須與MA 變頻回路互鎖，即串接1KM一常閉接點。在啟動按鈕兩端并接工頻接觸器2KM 一組常開接點，作為自鎖保護。可直接工頻啟動MA 電機。在啟動按鈕兩側再并接繼電器7K 一動合接點，可實現(xiàn)PLC 程序控制啟動MA工頻回路。

以上回路必須保證各回路間的互鎖，確保只有一臺電機在一種狀態(tài)下運行。

1.2.2 MB電機控制回路

如圖3，控制回路與MA控制回路相似。

工頻回路MB工頻控制回路須與MB變頻回路互鎖，即串接4KM一常閉接點。在啟動按鈕兩端并接工頻接觸器3KM一組常開接點，作為自鎖保護?？芍苯庸ゎl啟動MB電機。在啟動按鈕兩側再并接繼電器8K一動合接點，可實現(xiàn)PLC 程序控制啟動MB工頻回路。

變頻回路為實現(xiàn)自動控制，選用中間繼電器2K，作MB 電機的啟動信號。將2K的常開接點引至PLC 輸入端。為了保證安全運行，MB變頻回路須與MA 回路互鎖，即接入1KM、3KM接觸器動斷輔助觸點。當CPU檢測到MB變頻啟動各信號正常時，中間繼電器4K得電，其動合接點閉合，MB 變頻接觸器4KM閉合。

1.2.3 可編程控制器PLC選型及設計方案

如圖4 所示，可編程控制器（PLC）選型為西門子S7-200 系列，CPU 為224，它具有15 路直流24V 輸入，9 路繼電器（~220V）輸出，能滿足設計要求。原理接線如圖5 所示。I0. 0~I0. 7、I1.

0~I1.5 為輸入端子，Q0.0~Q0.7、Q1.0、Q1.1 為輸出端子。

I0.0 接1KM 啟動信號（中間繼電器1K的動合觸點）;

1）MA變頻I0.1 接4KM 啟動信號（中間繼電器2K 的動合觸點）;

2）MB變頻I0.2 接1KM 閉合信號（接觸器1KM 的動合觸點）;

3）MA變頻I0.3接4KM閉合信號（接觸器4KM的動合觸點）;

4）MB變頻轉(zhuǎn)換開關1SA作為A 泵變頻故障時自動切換至A泵工頻運行信號，正常運行時取其常開接點，接至I0.4。

轉(zhuǎn)換開關2SA作為B泵變頻故障時自動切換至B泵工頻運行信號，正常運行時取其常開接點，接至I0.5。

I1.0接2KM閉合信號（接觸器2KM的動合觸點）1)MA工頻I1.0接4KM 閉合信號（接觸器4KM

的動合觸點）;

2)MB工頻端子I1.0、I1.1 分別接變頻器故障信號（繼電器5K的動合接點）、變頻器運行信號（繼電器6K的動合接點）。

直流24V電源采用CPU224的內(nèi)置直流24V電源。

輸出端子Q0.0接繼電器3K, 控制MA 電機1KM變頻啟動。Q0.1接紅色指示燈3HD，作為A泵故障切

換指示。Q0.2接繼電器7K ,控制MB電機2KM工頻啟動。同理，輸出端子Q0.4、Q0.5、Q0.6 分別接繼電器4K、指示燈4HD、繼電器8K，作為MB 電機變頻、工頻啟動控制。

端子Q0.7、3L分別接變頻器端子5、9 ，作為變頻器起?？刂菩盘?。

1.2.4 變頻一拖二控制原理

為了保證變頻器的安全運行，電機在變頻啟動時，應先使變頻器下口回路接通（接觸器吸合），然后再使變頻器起停置位，變頻運行。電機在變頻停機時，應先停變頻器，再斷開接觸器。

1) MA電機變頻過程

(1)啟動　按下啟動按鈕1QA或3QA，中間繼電器1K 得電吸合，同時控制回路通過1K動合接點自鎖。獲得1KM 啟動信號，PLC I0.0 輸入其常開接點閉合，PLC檢測到無MA 工頻運行信號、MB 變頻運行信號、變頻故障信號，且有正跳沿觸發(fā)時，Q0.0 置位輸出，繼電器3K 得電吸合，其常開觸點閉合，接觸器1KM 線圈得電吸合,MA變頻啟動。此時若變頻器無故障，PLC輸出端Q0.7 置位，即“變頻起?！敝梦?，頻率升至設定值，電機MA變頻運行開始。

(2)停機　按下停止按鈕TA,繼電器1K 失電1KM啟動信號消失。PLC檢測到負跳沿時，“變頻起?！睆臀唬l率逐漸降為零。接通內(nèi)部定時器T37延時1s后，輸出端Q0.0復位，3K失電，接觸器1KM 斷開，MA變頻停機。

(3) 電機MA 變頻故障自動切換工頻過程檢測　到變頻器故障信號（5K 閉合I0.3 置位）、MA自動切換信號(1SA 閉合I0.4 置位)、1KM 閉合信號（I0.2 置位）或啟動信號（I0.0置位）時，存儲器M0.0置位、輸出Q0.7復位（變頻起停復位）、Q0.0 復位1KM 斷開，MA 變頻停機。A泵切換指示燈3HD亮，Q0.2置位、繼電器7K 吸合接通MA 工頻控制回路、接觸器2KM 吸合，MA工頻運行。將轉(zhuǎn)換開關SA旋至斷開位置，Q0.1 復位3HD燈滅。

（4）MA 變頻故障自動停機PLC 檢測到變頻器故障信號、有1KM 啟動或閉合信號、無MA 變頻故障自動切換信號時，Q0.7變頻起停復位，Q0.0 復位，1KM斷開，MA故障停機。

2）MA電機工頻過程

若接觸器1KM未吸合,則按下啟動按鈕2QA，MA工頻控制回路接通，接觸器2KM 吸合，同時2KM 一組常開輔助觸點閉合自鎖，MA工頻直接起動、運行。按下停止按鈕TA或電機保護器1FH動作，控制回路斷開，接觸器2KM斷開，MA工頻停機。

MB電機變頻、工頻過程與MA電機類似，具體控制過程在PLC 主程序及程序說明中亦有詳細的論述，在此不在贅述。

2 結語

通過對變頻一拖二控制系統(tǒng)設計，將變頻器、可編程控制器、繼電器等有機結合，并通過合理的程序控制來滿足生產(chǎn)工藝操作要求。此系統(tǒng)運行維護安全、操作簡便，適于在電力拖動系統(tǒng)推廣應用。