PLC變頻器接線圖——基于PLC實現(xiàn)變頻器一拖二控制電機改造
[摘要]：本文針對我廠的機泵采用一備一主的運行方式，如果為了節(jié)能或進行自動控制在兩臺電機上都使用變頻器必將造成設(shè)備閑置浪費的情況，基于上述綜合考慮，本文提出了利用PLC搭建控制平臺，實現(xiàn)一臺變頻器對互備的兩臺機泵進行拖動的目的。
[關(guān)鍵詞]：PLC 變頻器 一拖二控制 基于PLC實現(xiàn)變頻器一拖二控制電機改造 徐興 燕山石化煉油廠電工車間 ,PLC,低壓變頻器 ,石化
一、引言
風(fēng)機、泵類等由電機拖動的設(shè)備，其耗電量占據(jù)了我廠總用電量的絕大多數(shù)，從目前我廠此類設(shè)備的運行情況來看，在節(jié)能方面有巨大的潛力可以挖掘。根據(jù)工藝流程特點和需要，我廠區(qū)各裝置中泵類設(shè)計使用上，一般在同一工藝點中均采用兩臺同容量泵(一主泵、一備用泵)。為了節(jié)能和自控的目的，目前針對機泵一開一備的方式可以有兩種解決方案：將主機加裝變頻器;或?qū)⒅鳈C和備機同時加裝變頻器。但是，上述兩種方案都存在不同的弊端，前一種方案當(dāng)備機運行時將不能實現(xiàn)節(jié)能和自控(備機運行時間基本等同與主機);后一種方案則造成設(shè)備的閑置浪費(兩臺變頻器在同一時間內(nèi)只有一臺運行)。
二、解決方案
我們假設(shè)一下，如果能夠用一臺變頻器帶動兩臺電動機運行，并用控制設(shè)備對其操作進行控制，這樣一來，即可發(fā)揮變頻器的優(yōu)勢，又可以節(jié)省資金的投入。變頻器的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，基本型的變頻器都有一拖二甚至更高的功能，但是使用常規(guī)電器搭建控制部分則非常困難，同時因大量使用繼電器、時間繼電器又將造成控制部分的可靠度降低和故障率的升高，因此很少有這樣的設(shè)計方案。可編程控制器(PLC)是近年來發(fā)展極為迅速，應(yīng)用面極廣，它具有功能齊全、使用方便、維護容易、通用性強、可靠性高、性能價格比高等優(yōu)點，已在工業(yè)控制的各個領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用，成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的一種強有力工具。
本設(shè)計正是基于以上背景，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上添加一臺PLC，利用PLC控制，實現(xiàn)變頻器一拖二控制電機改造，用一臺變頻器帶動兩臺電機調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)一機多用，最大限度的提高設(shè)備利用率，挖掘增效潛力。既提高了自動化水平，又節(jié)約電能，一舉兩得。
本方案采用OMRON公司的CPM1A型PLC，輸出形式繼電器，并結(jié)合適當(dāng)?shù)耐鈬O(shè)備搭建控制變頻器的控制系統(tǒng)，具有使用可靠性高、響應(yīng)速度快、動作準(zhǔn)確、功能可擴展性強、外圍設(shè)備少、成本低、抗干擾能力強等特點。所以本文考慮設(shè)備數(shù)量及應(yīng)用場合，選擇CPM1A。因為它具有可靠性高、體積小、擴展方便，使用靈活的特點。選其型號為CPM1A-30CDR-A。I/O點為30點;電源類型為AC型，范圍100V~240V;輸出方式為繼電器輸出型。性能如下：2048程序存儲器;2048數(shù)據(jù)存儲器;18點輸入，12點輸出;可擴展3個模塊;對于大型控制工程，18點輸入不能滿足點數(shù)要求時，可以通過I/O擴展模塊進行行輸入點數(shù)的擴展。CPM1A最多可擴展到54個輸入點。若要增加PLC電源的可靠性，我們可以選擇CPM1A-30CDR-D型機，功能同上，但其電源為直流24V，由另購UPS供電。
三、工藝控制要求及功能
1， 正常的開停泵：系統(tǒng)處于自控狀態(tài)時,正常情況下，電機均由變頻器對其自身變頻調(diào)速，由工藝提供4~20mA電流信號驅(qū)動變頻器對電機調(diào)速(也可以由變頻器設(shè)定)。當(dāng)投入1#電機時，由一段電源供電;當(dāng)投入2#電機時，由二段電源供電。
2， 正常的倒泵：如1#泵運行時需倒入2#泵：按動2#泵啟動按鈕，1#泵自動由變頻運行轉(zhuǎn)到1#泵旁路運行(若在倒泵時，1#泵已經(jīng)旁路運行，則1#泵無切換線路動作)，2#泵由變頻器供電運行。
3， 故障情況下的控制：
1， 變頻器故障：當(dāng)電機正常而變頻器故障時，可自動斷開故障段，同時自動接通本臺電機所在旁路，確保電機正常運行，以滿足工藝生產(chǎn)要求。
2， PLC故障：將控制開關(guān)轉(zhuǎn)至手動控制，此時現(xiàn)場電機控制不經(jīng)過PLC，由常規(guī)電器控制。
3， 電機故障：無論系統(tǒng)處于自動控制還是手動控制，均可切斷電機電源進行保護。
四、系統(tǒng)控制原理
由控制器運算并控制執(zhí)行器件進行合分閘動作，且由電流繼電器、VWF的輔助觸點等器件反饋信號，控制器、執(zhí)行器等共同構(gòu)成控制回路。
原理圖如下：
(原理圖)
目前，就系統(tǒng)控制要求來講。
?、? 可以應(yīng)用繼電器控制來實現(xiàn)。其特點是價格便宜，電路簡單，但是由于受外界環(huán)境的影響較嚴重，壽命短易誤動作，且不易維護。以前工業(yè)中多采用此方案。
?、? 一種是PLC來做控制器。PLC即可編程控制器(Programmable Controller 簡稱PLC或PC)：它以微處理器為核心，有機地將微型機計算機技術(shù)、自動化技術(shù)及通信技術(shù)融為一體。
與以往繼電器控制系統(tǒng)相比，由于PLC具有性能好、環(huán)境適應(yīng)強，性能可靠。PLC高可靠性、能適應(yīng)惡劣環(huán)境、運行時間長、速度極快，可直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境具有很強的的抗干擾能力廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍，這也是區(qū)別一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。所以當(dāng)今大多大數(shù)中型企業(yè)都是使用PLC。
五、系統(tǒng)設(shè)計
1、系統(tǒng)流程圖
系統(tǒng)流程圖說明
啟動電機時，若預(yù)將啟動電機M1，按SB1-1啟動——KM1-1吸合——VWF啟動。此時流程分兩種路徑：第一種，若PLC檢測到VWF運行且無故障——KM1-2吸合——電機M1經(jīng)過VWF所在的主回路完成啟動;第二種，若PLC檢測到VWF運行且有故障——KM1-1斷開——KM1-3吸合——電機M1通過旁路啟動。
若PLC接收到當(dāng)電機M1啟動過程中或正常運行后出現(xiàn)的故障，則PLC按順序依次斷開或停止電機M1運行回路的所有接觸器及VWF。啟動電機M2同理。
倒泵時，若欲將1#泵倒入2#泵(即停止M1，啟動M2)，此時流程分兩種路徑，若之前MI運行在主回路，則依次斷開或停止KM1-2——VWF——KM1-1，之后再使KM1-3吸合，這時完成M1運行回路的自動切換使其旁路運行。在PLC給KM1-3發(fā)送接通指令的同時，延時0.2S啟動電機M2，當(dāng)M2正常運轉(zhuǎn)后，按SB1-2停止M1，完成整個倒泵操作。由2#泵倒入1#泵同理。
2、主回路及控制回路接線圖
六、PLC控制設(shè)計
本設(shè)計選用CPM1A-30EDR-A 型PLC，輸出形式繼電器形。
1、I/O點分配
輸入點 作用 輸出點 作用
00000 M1啟動輸入(KA1常開點) 01000 KM1-1
00001 M1停止輸入(KA1常閉點) 01001 KM1-2
00002 M2啟動輸入(KA2常開點) 01002 KM1-3
00003 M2停止輸入(KA2常閉點) 01003 KM2-1
00004 1QF空開常開點 01004 KM2-2
00005 2QF空開常開點 01005 KM2-3
00006 VWF狀態(tài)點常開S3 01006 VWF啟動S1
00007 VWF故障點常開S4 01007 VWF停止S2
00008 熱元件1FA
00009 熱元件2FA
00010 電流繼電器KI1和KI2常開
00011 電流繼電器KI3和KI4常開
注：電流繼電器KI1和KI2接在電機M1出現(xiàn)電纜端，電流繼電器KI3和KI4接在電機M2出現(xiàn)電纜端，作用檢測電機是否過流，發(fā)信號。
2、PLC硬件接線圖
3、應(yīng)用程序
根據(jù)流程圖設(shè)計的系統(tǒng)梯形圖
七、變頻器接線圖
結(jié)論
本文針對我廠的機泵采用一備一主的運行方式，提出了利用PLC搭建控制平臺，實現(xiàn)一臺變頻器對互備的兩臺機泵進行拖動的目的。用 PLC和變頻器搭建的程控系統(tǒng)，不但實現(xiàn)了設(shè)備運行的自動化管理和監(jiān)控，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，而且提高了企業(yè)經(jīng)濟效益和工作效率。因此，該系統(tǒng)在石化行業(yè)具有一定的工程應(yīng)用和推廣價值。本設(shè)計只是對PLC與變頻器搭建系統(tǒng)基本功能的初步探討，在此設(shè)計的基礎(chǔ)上，還可以增加其它自動的控制功能，如兩段進線，其中一段低電壓時，可實現(xiàn)相互備自投，此外還可以進行通訊等，這些功能在不額外的增加硬件設(shè)備就可以實現(xiàn)。
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