一、引言 　　風(fēng)機(jī)、泵類等由電機(jī)拖動(dòng)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(yùn)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(diǎn)和需要，我廠區(qū)各裝置中泵類設(shè)計(jì)使用上，一般在同一工藝點(diǎn)中均采用兩臺(tái)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(duì)機(jī)泵一開一備的方式可以有兩種解決方案：將主機(jī)加裝變頻器；或?qū)⒅鳈C(jī)和備機(jī)同時(shí)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(jī)運(yùn)行時(shí)將不能實(shí)現(xiàn)節(jié)能和自控（備機(jī)運(yùn)行時(shí)間基本等同與主機(jī)）；后一種方案則造成設(shè)備的閑置浪費(fèi)（兩臺(tái)變頻器在同一時(shí)間內(nèi)只有一臺(tái)運(yùn)行）。 二、解決方案 　　我們假設(shè)一下，如果能夠用一臺(tái)變頻器帶動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，并用控制設(shè)備對(duì)其操作進(jìn)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(shí)因大量使用繼電器、時(shí)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(jì)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(hù)容易、通用性強(qiáng)、可靠性高、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)，已在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的一種強(qiáng)有力工具。 本設(shè)計(jì)正是基于以上背景，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上添加一臺(tái)PLC，利用PLC控制，實(shí)現(xiàn)變頻器一拖二控制電機(jī)改造，用一臺(tái)變頻器帶動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)一機(jī)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(dòng)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(dòng)作準(zhǔn)確、功能可擴(kuò)展性強(qiáng)、外圍設(shè)備少、成本低、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。所以本文考慮設(shè)備數(shù)量及應(yīng)用場合，選擇CPM1A。因?yàn)樗哂锌煽啃愿?、體積小、擴(kuò)展方便，使用靈活的特點(diǎn)。選其型號(hào)為CPM1A-30CDR-A。I/O點(diǎn)為30點(diǎn)；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(chǔ)器；2048數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；18點(diǎn)輸入，12點(diǎn)輸出；可擴(kuò)展3個(gè)模塊；對(duì)于大型控制工程，18點(diǎn)輸入不能滿足點(diǎn)數(shù)要求時(shí)，可以通過I/O擴(kuò)展模塊進(jìn)行行輸入點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展。CPM1A最多可擴(kuò)展到54個(gè)輸入點(diǎn)。若要增加PLC電源的可靠性，我們可以選擇CPM1A-30CDR-D型機(jī)，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(shí),正常情況下，電機(jī)均由變頻器對(duì)其自身變頻調(diào)速，由工藝提供4~20mA電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)變頻器對(duì)電機(jī)調(diào)速(也可以由變頻器設(shè)定)。當(dāng)投入1#電機(jī)時(shí)，由一段電源供電；當(dāng)投入2#電機(jī)時(shí)，由二段電源供電。 2， 正常的倒泵：如1#泵運(yùn)行時(shí)需倒入2#泵：按動(dòng)2#泵啟動(dòng)按鈕，1#泵自動(dòng)由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)到1#泵旁路運(yùn)行（若在倒泵時(shí)，1#泵已經(jīng)旁路運(yùn)行，則1#泵無切換線路動(dòng)作），2#泵由變頻器供電運(yùn)行。 3， 故障情況下的控制： 1， 變頻器故障：當(dāng)電機(jī)正常而變頻器故障時(shí)，可自動(dòng)斷開故障段，同時(shí)自動(dòng)接通本臺(tái)電機(jī)所在旁路，確保電機(jī)正常運(yùn)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(dòng)控制，此時(shí)現(xiàn)場電機(jī)控制不經(jīng)過PLC，由常規(guī)電器控制。 3， 電機(jī)故障：無論系統(tǒng)處于自動(dòng)控制還是手動(dòng)控制，均可切斷電機(jī)電源進(jìn)行保護(hù)。 四、系統(tǒng)控制原理 由控制器運(yùn)算并控制執(zhí)行器件進(jìn)行合分閘動(dòng)作，且由電流繼電器、VWF的輔助觸點(diǎn)等器件反饋信號(hào)，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。 ⅰ） 可以應(yīng)用繼電器控制來實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)是價(jià)格便宜，電路簡單，但是由于受外界環(huán)境的影響較嚴(yán)重，壽命短易誤動(dòng)作，且不易維護(hù)。以前工業(yè)中多采用此方案。 ⅱ） 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(jī)地將微型機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)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(qiáng)，性能可靠。ＰＬＣ高可靠性、能適應(yīng)惡劣環(huán)境、運(yùn)行時(shí)間長、速度極快，可直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境具有很強(qiáng)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(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)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(jì) 1、系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)流程圖說明 啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，若預(yù)將啟動(dòng)電機(jī)M1，按SB1-1啟動(dòng)——KM1-1吸合——VWF啟動(dòng)。此時(shí)流程分兩種路徑：第一種，若PLC檢測到VWF運(yùn)行且無故障——KM1-2吸合——電機(jī)M1經(jīng)過VWF所在的主回路完成啟動(dòng)；第二種，若PLC檢測到VWF運(yùn)行且有故障——KM1-1斷開——KM1-3吸合——電機(jī)M1通過旁路啟動(dòng)。 若PLC接收到當(dāng)電機(jī)M1啟動(dòng)過程中或正常運(yùn)行后出現(xiàn)的故障，則PLC按順序依次斷開或停止電機(jī)M1運(yùn)行回路的所有接觸器及VWF。啟動(dòng)電機(jī)M2同理。 倒泵時(shí)，若欲將1#泵倒入2#泵（即停止M1，啟動(dòng)M2），此時(shí)流程分兩種路徑，若之前MI運(yùn)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(shí)完成M1運(yùn)行回路的自動(dòng)切換使其旁路運(yùn)行。在PLC給KM1-3發(fā)送接通指令的同時(shí)，延時(shí)0.2S啟動(dòng)電機(jī)M2，當(dāng)M2正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，按SB1-2停止M1，完成整個(gè)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(jì) 本設(shè)計(jì)選用CPM1A-30EDR-A 型PLC，輸出形式繼電器形。 1、I/O點(diǎn)分配 輸入點(diǎn) 作用 輸出點(diǎn) 作用 00000 M1啟動(dòng)輸入（KA1常開點(diǎn)） 01000 KM1-1 00001 M1停止輸入（KA1常閉點(diǎn)） 01001 KM1-2 00002 M2啟動(dòng)輸入（KA2常開點(diǎn)） 01002 KM1-3 00003 M2停止輸入（KA2常閉點(diǎn)） 01003 KM2-1 00004 1QF空開常開點(diǎn) 01004 KM2-2 00005 2QF空開常開點(diǎn) 01005 KM2-3 00006 VWF狀態(tài)點(diǎn)常開S3 01006 VWF啟動(dòng)S1 00007 VWF故障點(diǎn)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(jī)M1出現(xiàn)電纜端，電流繼電器KI3和KI4接在電機(jī)M2出現(xiàn)電纜端，作用檢測電機(jī)是否過流，發(fā)信號(hào)。 2、PLC硬件接線圖 3、應(yīng)用程序 根據(jù)流程圖設(shè)計(jì)的系統(tǒng)梯形圖 七、變頻器接線圖 結(jié)論 本文針對(duì)我廠的機(jī)泵采用一備一主的運(yùn)行方式，提出了利用PLC搭建控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)變頻器對(duì)互備的兩臺(tái)機(jī)泵進(jìn)行拖動(dòng)的目的。用 PLC和變頻器搭建的程控系統(tǒng)，不但實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)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(jì)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(jià)值。本設(shè)計(jì)只是對(duì)PLC與變頻器搭建系統(tǒng)基本功能的初步探討，在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還可以增加其它自動(dòng)的控制功能，如兩段進(jìn)線，其中一段低電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)相互備自投，此外還可以進(jìn)行通訊等，這些功能在不額外的增加硬件設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)。 謝詞 在設(shè)計(jì)和查找資料過程中，胡單明、宋建立、唐立敏主任，牟連輝書記給予了大力的技術(shù)支持和幫助，在此真誠感謝！ 參考資料 方承遠(yuǎn)主編.工廠電氣控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 宮淑貞等編 .可編程控制器原理及應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，2002 ATV71變頻器使用說明書