PLC在切換備用電氣設備中的應用

李功凱，成金平，劉 偉，李昆倫

（新疆天業天智辰業化工公司，新疆 832000）

1 聚合釜攪拌電機原方案及運行中遇見的問題

在工廠供電尤其是化工行業，關鍵的電氣設備均應設有備用，一旦常用設備故障或停電檢修，備用設備可快速投入運行，以保證生產的連續性、安全性。但是考慮到成本投入的因素，電氣設備不可能都做到1開1備，特別是75 kW以上帶軟啟動器、帶變頻器的電氣設備，十幾臺常用設備可能只有1臺作為備用。在這種情況下，如果某個常用設備突然故障停機或需緊急停電維護，除要求電氣人員及時判斷故障外，還必須進行改接線，這勢必耽擱處理問題的寶貴時間，危及生產的連續性和安全性。

新疆天業天能化工10臺聚合釜攪拌電機均為一級負荷，電源交流為380 V，功率為280 kW。1臺聚合釜攪拌電機配1套丹佛斯變頻器，僅有1套丹佛斯變頻器作為備用。在實際運行中發現，變頻器故障或變頻器一次接線端松動發熱是最常見的故障。在生產過程中，突遇故障時，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，其長度余量也不夠，費時費力，往往不得不加終止劑，終止反應，在帶來嚴重經濟損失的同時，也將設備及人身安全置于異常危險的境地。

2 基于PLC控制的備用電氣設備自動切換方案的提出

針對以上存在的問題，可以通過技改使備用設備在無需人為干預的情況下即能快速、可靠地切換。如果控制部分采用中間繼電器、時間繼電器等進行配線，則控制回路異常繁雜不易實現，且接線點位越多，存在的故障點越多，運行就越不可靠。PLC以其體積小、功能強大、接線簡單、可靠性高等特點，在電氣自動控制領域中得到廣泛應用。

改造中，加裝主要部件西門子S7-200系列PLC 1臺，ABB雙電源切換裝置ATS（雙電源切換裝置）10臺。10臺ATS的常用電源分別接在1#～10#變頻器的負載側，而備用電源均接于備用變頻器的負載側，ATS的負載側分別帶1#～10#聚合釜攪拌電機。當某個聚合釜攪拌變頻器發生故障停機時，ATS將切換至備用電源，由備用變頻器帶載運行。一次主接線見圖1。

ATS的切換原理是，1#ATS～10#ATS的接線原理相同，只是元器件的編號隨ATS的編號依次遞增，如1#ATS～10#ATS的“備用電源合指示”依次為1HR2，2HR2……10HR2。以1#ATS接線原理為例說明ATS的切換原理見圖2。

圖1 一次主接線圖

正常運行時，1KA1、1KA3線圈得電，1KA1、1KA3的常開輔助觸頭閉合，常閉輔助觸頭斷開，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PLC給1#ATS發送切換信號時，中繼1KA線圈得電，1KA的常閉觸點斷開，常開輔助觸點則閉合，因此，1KA1、1KA3 線圈失電，KA1、1KA3 的常開、常閉輔助觸頭均復位，而1KA2、1KA4線圈得電，1KA2、1KA4的開輔助觸頭閉合，常閉輔助觸頭斷開，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1#ATS需要手動切換時，可按下開關1SB1，實現手動切換。該手動切換未做相關連鎖，在按下1SB1前，需確認備用變頻器在“非占用”狀態，即其他ATS均為常用電源控制。

PLC的判斷邏輯見表1。

表1 PLC的判斷邏輯

假設1#聚合釜攪拌電機其對應的1#變頻器在生產中突然發生故障而停機，PLC I/O接線圖見圖3。

圖3 PLC I/O接線圖

第一步：1#變頻器故障停機信號將傳至PLC，即J1點由斷開變為接通，I0.0由低電平變為高電平。J1為1#變頻器的內置繼電器常開觸點，當1#變頻器故障停機時轉為閉合。J1點的復歸與否不影響后續邏輯的正常運行。

第二步：PLC判斷備用變頻器無故障，即J11為斷開狀態，I1.2低電平。J11為備用變頻器的內置繼電器常開觸點，當備用變頻器故障時轉為閉合。備用變頻器若存在故障，不允許切換。

第三步：PLC判斷當前備用變頻器在 “非占用”狀態（2臺以上工作變頻器故障停機后，只允許先切入的1臺攪拌電機由備用變頻器帶載運行），即I1.6為低電平。

第四步：完成前述3個步驟后，延遲30 s（主要是為了使攪拌電機速度降為零，可根據負載慣性大小調節），PLC的Q0.0變為高電平，驅動中間繼電器1KA得電動作，向1ATS發切換指令，1ATS切換為備用電源控制，由備用變頻器帶載。

第五步：PLC檢測到I1.6由低電平變為高電平，則判斷自動切換完成。然后，延時5 s Q1.2變為高電平驅動中間繼電器11 kA，向備用變頻器發送啟動指令，備用變頻器啟動帶1#聚合釜攪拌電機運行。

當需手動切換時，按下手動切換開關1SB1，則中間繼電器12 kA線圈得電，I1.5由低電平變為高電平，切換完成后，I1.6也由低電平變為高電平。然后，延時5 s Q1.2變為高電平驅動中間繼電器11 kA，向備用變頻器發送啟動信號，備用變頻器帶1#聚合釜攪拌電機運行。

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，可投入該壓板以閉鎖ATS的切換。

SB2為總復歸，當按下該按鈕后，I1.4由低電平變為高電平，Q0.0～Q1.2 均復位，1 kA～11 kA 均失電，1#～10#ATS均恢復常用電源控制，但若果手動切換開關未復位，還需將手動切換開關復位。

3 結語

該技改方案實施完成一年多來，設備運行安全可靠，并在2013年8月5日的2#變頻器故障停機事故中成功切換，避免了重大的經濟損失及安全事故的發生。該方案的成功實施，也為解決類似問題提供了一種思路。