PLC在切換備用電氣設(shè)備中的應(yīng)用

李功凱，成金平，劉 偉，李昆倫

（新疆天業(yè)天智辰業(yè)化工公司，新疆 832000）

1 聚合釜攪拌電機(jī)原方案及運(yùn)行中遇見(jiàn)的問(wèn)題

在工廠供電尤其是化工行業(yè)，關(guān)鍵的電氣設(shè)備均應(yīng)設(shè)有備用，一旦常用設(shè)備故障或停電檢修，備用設(shè)備可快速投入運(yùn)行，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性、安全性。但是考慮到成本投入的因素，電氣設(shè)備不可能都做到1開(kāi)1備，特別是75 kW以上帶軟啟動(dòng)器、帶變頻器的電氣設(shè)備，十幾臺(tái)常用設(shè)備可能只有1臺(tái)作為備用。在這種情況下，如果某個(gè)常用設(shè)備突然故障停機(jī)或需緊急停電維護(hù)，除要求電氣人員及時(shí)判斷故障外，還必須進(jìn)行改接線，這勢(shì)必耽擱處理問(wèn)題的寶貴時(shí)間，危及生產(chǎn)的連續(xù)性和安全性。

新疆天業(yè)天能化工10臺(tái)聚合釜攪拌電機(jī)均為一級(jí)負(fù)荷，電源交流為380 V，功率為280 kW。1臺(tái)聚合釜攪拌電機(jī)配1套丹佛斯變頻器，僅有1套丹佛斯變頻器作為備用。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，變頻器故障或變頻器一次接線端松動(dòng)發(fā)熱是最常見(jiàn)的故障。在生產(chǎn)過(guò)程中，突遇故障時(shí)，要想將電源線（采用2根3×185+1×95電纜）移至備用變頻器上，不僅拆卸安裝電纜存在一定難度，電纜要移至備用變頻器，其長(zhǎng)度余量也不夠，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，往往不得不加終止劑，終止反應(yīng)，在帶來(lái)嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，也將設(shè)備及人身安全置于異常危險(xiǎn)的境地。

2 基于PLC控制的備用電氣設(shè)備自動(dòng)切換方案的提出

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，可以通過(guò)技改使備用設(shè)備在無(wú)需人為干預(yù)的情況下即能快速、可靠地切換。如果控制部分采用中間繼電器、時(shí)間繼電器等進(jìn)行配線，則控制回路異常繁雜不易實(shí)現(xiàn)，且接線點(diǎn)位越多，存在的故障點(diǎn)越多，運(yùn)行就越不可靠。PLC以其體積小、功能強(qiáng)大、接線簡(jiǎn)單、可靠性高等特點(diǎn)，在電氣自動(dòng)控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

改造中，加裝主要部件西門(mén)子S7-200系列PLC 1臺(tái)，ABB雙電源切換裝置ATS（雙電源切換裝置）10臺(tái)。10臺(tái)ATS的常用電源分別接在1#～10#變頻器的負(fù)載側(cè)，而備用電源均接于備用變頻器的負(fù)載側(cè)，ATS的負(fù)載側(cè)分別帶1#～10#聚合釜攪拌電機(jī)。當(dāng)某個(gè)聚合釜攪拌變頻器發(fā)生故障停機(jī)時(shí)，ATS將切換至備用電源，由備用變頻器帶載運(yùn)行。一次主接線見(jiàn)圖1。

ATS的切換原理是，1#ATS～10#ATS的接線原理相同，只是元器件的編號(hào)隨ATS的編號(hào)依次遞增，如1#ATS～10#ATS的“備用電源合指示”依次為1HR2，2HR2……10HR2。以1#ATS接線原理為例說(shuō)明ATS的切換原理見(jiàn)圖2。

圖1 一次主接線圖

正常運(yùn)行時(shí)，1KA1、1KA3線圈得電，1KA1、1KA3的常開(kāi)輔助觸頭閉合，常閉輔助觸頭斷開(kāi)，故1ATS為常用電源控制，由1#變頻器帶載，“常用電源合指示”1HR1亮。

當(dāng)PLC給1#ATS發(fā)送切換信號(hào)時(shí)，中繼1KA線圈得電，1KA的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)輔助觸點(diǎn)則閉合，因此，1KA1、1KA3 線圈失電，KA1、1KA3 的常開(kāi)、常閉輔助觸頭均復(fù)位，而1KA2、1KA4線圈得電，1KA2、1KA4的開(kāi)輔助觸頭閉合，常閉輔助觸頭斷開(kāi)，故1ATS為備用電源控制，由備用變頻器帶載，“備用電源合指示”1HR2亮。

當(dāng)1#ATS需要手動(dòng)切換時(shí)，可按下開(kāi)關(guān)1SB1，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)切換。該手動(dòng)切換未做相關(guān)連鎖，在按下1SB1前，需確認(rèn)備用變頻器在“非占用”狀態(tài)，即其他ATS均為常用電源控制。

PLC的判斷邏輯見(jiàn)表1。

表1 PLC的判斷邏輯

假設(shè)1#聚合釜攪拌電機(jī)其對(duì)應(yīng)的1#變頻器在生產(chǎn)中突然發(fā)生故障而停機(jī)，PLC I/O接線圖見(jiàn)圖3。

圖3 PLC I/O接線圖

第一步：1#變頻器故障停機(jī)信號(hào)將傳至PLC，即J1點(diǎn)由斷開(kāi)變?yōu)榻油?，I0.0由低電平變?yōu)楦唠娖?。J1為1#變頻器的內(nèi)置繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)，當(dāng)1#變頻器故障停機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)為閉合。J1點(diǎn)的復(fù)歸與否不影響后續(xù)邏輯的正常運(yùn)行。

第二步：PLC判斷備用變頻器無(wú)故障，即J11為斷開(kāi)狀態(tài)，I1.2低電平。J11為備用變頻器的內(nèi)置繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)，當(dāng)備用變頻器故障時(shí)轉(zhuǎn)為閉合。備用變頻器若存在故障，不允許切換。

第三步：PLC判斷當(dāng)前備用變頻器在 “非占用”狀態(tài)（2臺(tái)以上工作變頻器故障停機(jī)后，只允許先切入的1臺(tái)攪拌電機(jī)由備用變頻器帶載運(yùn)行），即I1.6為低電平。

第四步：完成前述3個(gè)步驟后，延遲30 s（主要是為了使攪拌電機(jī)速度降為零，可根據(jù)負(fù)載慣性大小調(diào)節(jié)），PLC的Q0.0變?yōu)楦唠娖?，?qū)動(dòng)中間繼電器1KA得電動(dòng)作，向1ATS發(fā)切換指令，1ATS切換為備用電源控制，由備用變頻器帶載。

第五步：PLC檢測(cè)到I1.6由低電平變?yōu)楦唠娖?，則判斷自動(dòng)切換完成。然后，延時(shí)5 s Q1.2變?yōu)楦唠娖津?qū)動(dòng)中間繼電器11 kA，向備用變頻器發(fā)送啟動(dòng)指令，備用變頻器啟動(dòng)帶1#聚合釜攪拌電機(jī)運(yùn)行。

當(dāng)需手動(dòng)切換時(shí)，按下手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)1SB1，則中間繼電器12 kA線圈得電，I1.5由低電平變?yōu)楦唠娖?，切換完成后，I1.6也由低電平變?yōu)楦唠娖?。然后，延時(shí)5 s Q1.2變?yōu)楦唠娖津?qū)動(dòng)中間繼電器11 kA，向備用變頻器發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，備用變頻器帶1#聚合釜攪拌電機(jī)運(yùn)行。

LP1為閉鎖ATS切換硬壓板，投入后，I1.3為高電平。如備用變頻器檢修時(shí)，可投入該壓板以閉鎖ATS的切換。

SB2為總復(fù)歸，當(dāng)按下該按鈕后，I1.4由低電平變?yōu)楦唠娖?，Q0.0～Q1.2 均復(fù)位，1 kA～11 kA 均失電，1#～10#ATS均恢復(fù)常用電源控制，但若果手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)未復(fù)位，還需將手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)復(fù)位。

3 結(jié)語(yǔ)

該技改方案實(shí)施完成一年多來(lái)，設(shè)備運(yùn)行安全可靠，并在2013年8月5日的2#變頻器故障停機(jī)事故中成功切換，避免了重大的經(jīng)濟(jì)損失及安全事故的發(fā)生。該方案的成功實(shí)施，也為解決類似問(wèn)題提供了一種思路。