一、引言 　　風機、泵類等由電機拖動的設備，其耗電量占據了我廠總用電量的絕大多數，從目前我廠此類設備的運行情況來看，在節能方面有巨大的潛力可以挖掘。根據工藝流程特點和需要，我廠區各裝置中泵類設計使用上，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；或將主機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，前一種方案當備機運行時將不能實現節能和自控（備機運行時間基本等同與主機）；后一種方案則造成設備的閑置浪費（兩臺變頻器在同一時間內只有一臺運行）。 二、解決方案 　　我們假設一下，如果能夠用一臺變頻器帶動兩臺電動機運行，并用控制設備對其操作進行控制，這樣一來，即可發揮變頻器的優勢，又可以節省資金的投入。變頻器的技術已經比較成熟，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計方案。可編程控制器（PLC）是近年來發展極為迅速，應用面極廣，它具有功能齊全、使用方便、維護容易、通用性強、可靠性高、性能價格比高等優點，已在工業控制的各個領域得到了極為廣泛的應用，成為實現工業自動化的一種強有力工具。 本設計正是基于以上背景，在原有設備的基礎上添加一臺PLC，利用PLC控制，實現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節轉速，實現一機多用，最大限度的提高設備利用率，挖掘增效潛力。既提高了自動化水平，又節約電能，一舉兩得。 本方案采用OMRON公司的CPM1A型PLC，輸出形式繼電器，并結合適當的外圍設備搭建控制變頻器的控制系統，具有使用可靠性高、響應速度快、動作準確、功能可擴展性強、外圍設備少、成本低、抗干擾能力強等特點。所以本文考慮設備數量及應用場合，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數據存儲器；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要求時，可以通過I/O擴展模塊進行行輸入點數的擴展。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：系統處于自控狀態時,正常情況下，電機均由變頻器對其自身變頻調速，由工藝提供4~20mA電流信號驅動變頻器對電機調速(也可以由變頻器設定)。當投入1#電機時，由一段電源供電；當投入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到1#泵旁路運行（若在倒泵時，1#泵已經旁路運行，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，以滿足工藝生產要求。 2， PLC故障：將控制開關轉至手動控制，此時現場電機控制不經過PLC，由常規電器控制。 3， 電機故障：無論系統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、系統控制原理 由控制器運算并控制執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、執行器等共同構成控制回路。 原理圖如下： （原理圖） 目前，就系統控制要求來講。 ⅰ） 可以應用繼電器控制來實現。其特點是價格便宜，電路簡單，但是由于受外界環境的影響較嚴重，壽命短易誤動作，且不易維護。以前工業中多采用此方案。 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，有機地將微型機計算機技術、自動化技術及通信技術融為一體。 與以往繼電器控制系統相比，由于PLC具有性能好、環境適應強，性能可靠。ＰＬＣ高可靠性、能適應惡劣環境、運行時間長、速度極快，可直接應用于工業環境具有很強的的抗干擾能力廣泛的適應能力和應用范圍，這也是區別一般微機控制系統的一個重要特征。所以當今大多大數中型企業都是使用ＰＬＣ。 五、系統設計 1、系統流程圖 系統流程圖說明 啟動電機時，若預將啟動電機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接收到當電機M1啟動過程中或正常運行后出現的故障，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發送接通指令的同時，延時0.2S啟動電機M2，當M2正常運轉后，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控制設計 本設計選用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出現電纜端，電流繼電器KI3和KI4接在電機M2出現電纜端，作用檢測電機是否過流，發信號。 2、PLC硬件接線圖 3、應用程序 根據流程圖設計的系統梯形圖 七、變頻器接線圖 結論 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，不但實現了設備運行的自動化管理和監控，提高了系統的可靠性和安全性，而且提高了企業經濟效益和工作效率。因此，該系統在石化行業具有一定的工程應用和推廣價值。本設計只是對PLC與變頻器搭建系統基本功能的初步探討，在此設計的基礎上，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備就可以實現。 謝詞 在設計和查找資料過程中，胡單明、宋建立、唐立敏主任，牟連輝書記給予了大力的技術支持和幫助，在此真誠感謝！ 參考資料 方承遠主編.工廠電氣控制技術.北京：機械工業出版社，2000 宮淑貞等編 .可編程控制器原理及應用.北京：人民郵電出版社，2002 ATV71變頻器使用說明書