分立式二用一备变频系统PLC控制器应用分析
摘要:文章介绍分立式二用一备变频系统PLC控制器。系统主回路用二个变频器控制三个受控电机;两个分立的PLC控制回路相互关联,通过PLC梯形图程序,实现由二个变频器VF1-VF2对三个受控电机M1-M3进行二用一备任意组合状态的切换控制。该控制系统适用于分布控制场合,具有控制精度高、最大限度减少设备硬件成本的特点。
1 前言
目前,通用工业控制器(诸如变频器、软启动器等)在电气自动控制领域中广泛应用,达到不可取代的重要地位。在工业控制中设备常采用几用几备的冗余工作方式,二用一备系统是最常见的方式之一。
传统意义上二用一备系统的法则,是将控制器同功率地匹配于受控设备(1:1匹配)。其核心思想是控制器与控制对象的功率为1:1匹配,即不管控制对象是否处于备用状态在硬件的投资上都要为其配置控制器(容量),从而造成控制器硬件投资上的某种闲置浪费。
本文提出二用一备变频系统的“以二控三”控制模式:旨在只给处于工作状态的控制对象配置控制器,从而达到以最少的控制器用于当前工作状态的控制对象的目的。对于二用一备受控电机交流变频控制系统,系统中只需按正常工作的两台设备配置两个同功率的变频控制器,用二个变频控制器实现了对三个控制对象的二用一备状态的切换控制。实现了两两任意组合的工作-备用状态控制。每一台设备都有可能成为工作和备用两种状态,任意二个设备只有在工作时才能享用控制器,一旦处于备用状态时即脱离控制器。
与继电器控制相比,PLC控制系统的突出优点是:(1)控制方式软接线:要改变控制逻辑只需改变PLC程序即可;(2)控制速度快(微秒级),严格同步,无抖动;(3)控制精度高,PLC的时钟脉冲由晶体振荡器产生,不受环境影响。
2 技术方案和特点
分立式二用一备变频系统PLC控制器采取的技术方案是:控制系统由两个主回路和两个PLC控制回路组成。两个主回路:主回路Ⅰ主要包括一个变频控制器VF1和两个受控电机M1、M3,变频器VF1的输出分为两路,一路经过接触器KM1主触点连接至受控电机M1,另一路经过接触器KM13主触点连接至受控电机M3;主回路Ⅱ主要包括一个变频控制器VF2和两个受控电机M2、M3;变频控制器VF2的输出分为两路,一路经过接触器KM2主触点连接至受控电机M2,另一路经过接触器KM23主触点连接至受控电机M3;即两个主回路中的变频器VF1、VF2分别经过不同的接触器连接同一个受控电机M3.两个PLC控制回路:通过PLC的梯形图控制程序,只对处于工作状态的控制对象配置变频器,实现了由二个变频器VF1-VF2对三个受控电机M1-M3进行二用一备任意组合状态的切换控制。提高了系统控制精度和可靠性,最大限度地减少控制器的数量和容量,避免了控制器的闲置。
三个受控电机M1-M3具有三种工作-备用状态组合:(1)M1和M2工作、M3备用,(2)M1和M3工作、M2备用,(3)M2和M3工作状态、M1备用。PLC梯形图控制程序设置的主要互锁切换环节包括:三组合状态互锁切换控制环节;VF1控制时M1与M3的互锁切换;VF2控制时M2与M3的切换互锁;M3只受控于某一个变频器,即VF1或VF2之间控制的互锁切换等。使受控电机只在工作状态时才能“享用”变频器,当转入备用状态时即脱离变频器。
分立式二用一备变频系统PLC控制器主要适用于二用一备系统的分布(两地)控制场合。该控制系统具有控制精度高、最大限度减少设备硬件成本的特点。
3 控制原理和实施方式
3.1 主回路Ⅰ和PLC控制回路Ⅰ
控制系统由(Ⅰ和Ⅱ)两个分立式的主回路和PLC控制回路组成。
主回路Ⅰ电气原理图如图1所示。主回路Ⅰ包括一个变频控制器VF1和两个受控电机M1、M3.主回路Ⅰ的变频器VF1,其输入端连接启动接触器KM10主触点;变频器VF1的输出分为两路,一路经过接触器KM1主触点连接至受控电机M1,另一路经过接触器KM13主触点连接至受控电机M3;在主回路Ⅰ中还设置了工频运行回路:电机M1的工频运行回路是通过接触器KM01主触点实现的,电机M3的工频运行回路是通过接触器KM013主触点实现的。
PLC控制回路Ⅰ电路如图2所示。PLC控制回路Ⅰ由PLC控制器、主令输入器件(按钮、旋钮等)、输出器件(接触器、信号灯等)、控制软件以及编程器等组成。该控制系统PLC控制回路Ⅰ中,共需8个输入点,9个输出点。选用FX2系列PLC的一个基本单元(FX-24MR I:12/O:12)。编排PLC控制回路Ⅰ的I/O地址,见表1.
PLC控制回路Ⅰ的PLC输入端连接的控制旋钮输入:2SA1(X7)—VF2驱动下的M2—M3互锁切换;1SA1(X6)—VF1驱动下的M1—M3互锁切换;SA1(X5)—VF1的变频—工频互锁切换。PLC输出端连接的接触器输出:KM1(Y1)—VF1控M1变频运行;KM01(Y2)—M1工频运行;KM13(Y3)—VF1控M3变频运行;KM013(Y4)—M3工频运行。编写PLC的梯形图控制程序如图3所示。
在PLC梯形图控制程序中,主要设置以下互锁切换环节:
(1)在VF1控制变频运行时M1与M3的互锁切换环节:
在M1的变频运行接触器输出Y1的控制逻辑条件中,加入控制旋钮输入X6的常闭触点和X7的常开触点并联成“或”逻辑。即当变频器VF2切换为控M3变频工作时,变频器VF1必须处于控M1变频工作状态(即VF1禁止切换到M3)。
(2)电机M3对变频控制器VF1和VF2之间的互锁切换环节
在VF1控M3变频运行的接触器输出Y3控制逻辑条件中,加入控制旋钮输入X6的常开触点和X7的常闭触点串联成“与”逻辑。即当VF1切换为M1停止工作(VF1切换为控M3变频工作),或VF2处于控M2变频工作(即VF2禁止切换到M3)时,M3才被允许在VF1驱动下进行变频运行。
(3)电机M1的变频和工频运行互锁切换环节
在接触器输出Y1控制逻辑条件中,加入输出Y2常闭触点和Y3常闭触点串联成“与”逻辑。即当出现M1工频运行和VF1控M3变频运行时,禁止VF1控M1变频运行。同理,只有当VF1的变频/工频切换控制旋钮输入X5切换到工频状态,接触器输出Y1常闭触点闭合(M1关闭变频运行)时,才允许M1进行工频运行。
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