(山東華斌集團有限公司設計院，山東濱州256619)
通過設計主電路、控制電路和PLC程序，實現異步電動機變頻調速的控制功能。
關鍵詞:變頻器；PLC變頻；電源頻率；轉變成
0簡介
變頻調速廣泛應用於工業電氣傳動系統中。通過可編程控制器PLC、變頻器和繼電器的有機結合，實現交流電機的自動控制和調速。
在我公司的化工生產中，大部分動力設備的運行方式是壹用壹備(壹用壹備)，工藝需要頻繁調整介質流量。通過調節閥門開度來調節流量比較麻煩，不容易實現生產過程的自動控制。如果用變頻器進行控制，由於其軟啟動特性和平滑方便的調速，可以滿足過程控制的要求。使用兩個逆變器分別驅動兩個電機是不經濟的。如果壹臺電機用於變頻運行，另壹臺電機作為備用；當變頻器出現故障時，可以切換到工頻運行，通過調節閥門開度來滿足工藝要求的方案並不理想。考這個
考慮采用壹臺西門子變頻器配兩臺電機，配合西門子S7-200系列PLC和繼電器實現電機的啟動、調速和切換控制，即壹拖二控制的變頻。通常壹臺電機變頻運行，另壹臺作為備用。壹般情況下，變頻故障開關旋鈕處於輸入位置。當變頻器出現故障時，當前運行的電機可以自動切換到工頻運行。此時可以退出變頻控制回路，方便維修。
為滿足生產過程自動化的要求，根據公司電氣設備現狀，擬改造兩臺110 kW電機控制系統。用壹臺變頻器分別驅動兩臺電機，並與可編程控制器PLC、繼電器有機結合，實現自動控制(變頻-壹驅-二控)。
1的設計原理
1.1主電路設計方案
如圖1，有兩臺110 kW異步電動機MA和MB，每臺電動機有工頻和變頻兩種運行方式，兩臺電動機使用壹臺變頻器。正常運行時，壹臺電機變頻運行，另壹臺電機備用。主電源開關的QF出口分兩路，壹路為工頻供電，另兩路(第二、三回路)分支分別為供電機MA、MB工頻控制；另壹條路徑用於變頻器，其輸出也分成兩條路徑(第壹回路和第四回路)分別供給電機MA和MB。由於變頻器本身具有熱保護功能，變頻的壹、四回路不再外接熱過載繼電器，而是在工頻的二、三回路中增加了電機保護器FH。在電機的MA和MB回路中安裝電流互感器CT，連接電流表監測電機的運行電流。考慮到從變頻器到電機的電纜線較長，變頻器運行時會產生強烈的高次諧波，對電機運行不利。因此，在變頻器的主出口側安裝電抗器來抑制諧波。
影響力。
因為電機壹般運行在變頻狀態，工頻狀態只有在變頻器故障時才運行。從安全操作的角度來看，控制回路的電源最好取自工頻空氣開關2QF和3QF的下端口，如圖1a和1b所示。這樣在變頻電路出現故障時，控制電源不會受到影響，因停電而更換元器件，保證了工業生產的穩定運行。同樣，在逆變器電源側安裝壹個400 A隔離開關GK，保證逆變器故障時可以斷開逆變器側主回路電源，使逆變器在不影響電機工頻運行的情況下得到維護。
我公司使用的變頻器種類很多，有西門子、ABB、施耐德、日產、國產等等。由於本人熟悉西門子變頻器的原理、參數、技術特點和故障處理，且西門子變頻器質量好，運行穩定，所以選用西門子ECO1-110K/3。端子5和9接變頻器的啟動和停止信號，端子19和20是變頻器故障繼電器的5K輸出端子，端子21和22是變頻器操作繼電器的6K輸出端子，端子3和4接模擬輸入(4 ~ 20ma)，端子12和655。並確保變頻器可靠接地。
1.2控制回路設計方案
1.2.1毫安電機控制電路
如圖2所示，控制回路電源采用交流220 V，MA電機有變頻和工頻兩個回路。使用停止按鈕，開始按鈕單獨設置。並確保變頻電路(變頻器、PLC等。)失效時能啟動工頻電路。
為了實現變頻電路的自動控制，選用中間繼電器1K作為MA電機的啟動信號。將1K的常開接點引至PLC的輸入端。為了保證安全運行，MA變頻電路必須與MB電路聯鎖，即2 KM和4 KM接觸器的輔助觸點都要接通。當CPU檢測到毫安變頻啟動信號正常時，中間繼電器3K通電，其動觸頭閉合，毫安變頻接觸器1KM閉合。
工頻回路MA的工頻控制回路必須與MA的變頻回路聯鎖，即串聯壹個1KM的常閉觸點。啟動按鈕兩端並聯壹組2KM工頻接觸器常開觸點作為自鎖保護。MA電機可以直接在工頻下啟動。在啟動按鈕兩側並聯繼電器7K動觸點，可實現PLC程序控制啟動MA工頻電路。
以上回路必須保證回路之間的聯鎖，保證壹個狀態下只有壹臺電機運行。
1.2.2 MB電機控制電路
如圖3所示，控制環路類似於毫安控制環路。
工頻電路MB工頻控制電路必須與MB變頻電路聯鎖，即串聯壹個4KM的常閉觸點。在啟動按鈕兩端並聯壹組3KM工頻接觸器的常開觸點作為自鎖保護。可以在工頻下直接啟動MB電機。在啟動按鈕兩側並聯繼電器8K動觸點，可實現PLC程序控制啟動MB工頻電路。
為了實現變頻電路的自動控制，選用中間繼電器2K作為MB電機的啟動信號。將2K的常開接點引至PLC的輸入端。為了保證安全運行，MB變頻電路必須與MA電路聯鎖，即1KM和3KM接觸器的輔助觸點要連接。當CPU檢測到MB變頻啟動信號正常時，中間繼電器在4K上電，其動觸頭閉合，MB變頻接觸器在4KM處閉合。
1.2.3 PLC選型及設計方案
如圖4所示，可編程控制器(PLC)選用西門子S7-200系列，CPU為224。具有15 DC 24V輸入，9路繼電器(~220V)輸出，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，Q0.0~Q0.7、Q1.0、Q1.1為輸出端。
I0.0接1KM啟動信號(中間繼電器1K的動觸頭)；
1)MA變頻I0.1接4KM啟動信號(中間繼電器2K動觸頭)；
2)MB變頻I0.2接1KM合閘信號(接觸器1KM動觸頭)；
3)MA變頻I0.3接4KM合閘信號(接觸器4KM動觸頭)；
4)MB變頻開關1SA作為信號，在變頻失敗時自動切換到A泵工頻運行。在正常運行期間，取其常開觸點並將其連接到I0.4。
轉換開關2SA作為信號，在變頻失敗時自動切換到B泵的工作頻率，正常工作時取其常開觸點，接至I0.5。
I1.0接2KM合閘信號(接觸器2KM動觸頭)1)MA工頻I1.0接4KM合閘信號(接觸器4KM)
動觸點)；
2)MB工頻端子I1.0和I1.1分別接逆變器故障信號(繼電器5K的動觸點)和逆變器運行信號(繼電器6K的動觸點)。
DC 24V電源采用CPU224內置的DC 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與紅色指示燈3HD相連，紅色指示燈3HD用作泵故障開關。
更改說明。Q0.2接繼電器7K控制MB電機以2KM工頻啟動。同樣，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電機的變頻和工頻啟動控制。
端子Q0.7和3L分別連接到逆變器端子5和9，用作逆變器的起停控制信號。
1.2.4變頻壹拖二控制原理
為了保證變頻器的安全運行，當電機變頻啟動時，應接通變頻器下端口的回路(接觸器拉入)，然後再啟動和停止變頻器進行變頻運行。變頻停止電機時，先停止變頻器，然後斷開接觸器。
1) MA電機的變頻過程
(1)按下啟動按鈕1QA或3QA啟動，中間繼電器1K被電吸引，控制回路通過動觸頭1K自鎖。得到1KM的啟動信號，PLC的常開觸點I0.0閉合。當PLC檢測到無MA的工頻運行信號、MB變頻運行信號、變頻故障信號，且有正跳沿觸發時，Q0.0置位並輸出，繼電器3K被電吸，其常開觸點閉合，接觸器1KM線圈被電吸，啟動MA變頻。此時，如果變頻器沒有故障，則設置PLC輸出端子Q0.7，即設置“變頻啟停”，頻率上升到設定值，電機MA變頻運行開始。
(2)停止並按下停止按鈕TA，繼電器1K啟動信號失電，1KM消失。當PLC檢測到負邊沿跳變時，“變頻啟動和停止”復位，頻率逐漸下降到零。內部定時器T37開啟1s後，輸出端子Q0.0復位，3K失電，接觸器1KM斷開，毫安變頻停止。
(3)當電機MA變頻故障自動切換的工頻過程中檢測到變頻器故障信號(5K合I0.3設置)、MA自動切換信號(1SA合I0.4設置)、1KM合信號(I0.2設置)或起動信號(I0.0設置)時，存儲器M0.0設置，輸出Q0.7復位(。泵A開關指示燈3HD亮，Q0.2置位，繼電器7K接入MA的工頻控制回路，接觸器2KM接通，工作在MA的工頻。將轉換開關SA轉到OFF位置，Q0.1復位3HD燈。
(4)MA變頻故障自動關機當PLC檢測到變頻器故障信號，有1KM啟動或關閉信號，沒有MA變頻故障自動切換信號，Q0.7變頻啟動和停止復位，Q0.0復位，1KM斷開，MA故障關機。
2)2)毫安電機的工頻過程
如果接觸器1KM未閉合，按下啟動按鈕2QA，MA的工頻控制回路接通，接觸器閉合2KM。同時2KM的壹組常開輔助觸點將閉合自鎖，直接啟動並操作MA的工頻。按下停止按鈕TA或電機保護器1FH動作，控制回路斷開，接觸器斷開2KM，停止MA的工頻。
MB電機的變頻和工頻過程與MA電機類似，具體控制過程在PLC的主程序和程序說明中也有詳細論述，此處不再贅述。
2結論
通過變頻壹拖二控制系統的設計，將變頻器、可編程控制器、繼電器等有機地結合起來，通過合理的程序控制，滿足生產工藝操作要求。該系統操作維護安全，操作簡單，適合在電力傳動系統中推廣應用。