PLC在切换备用电气设备中的应用

李功凯，成金平，刘 伟，李昆伦

（新疆天业天智辰业化工公司，新疆 832000）

1 聚合釜搅拌电机原方案及运行中遇见的问题

在工厂供电尤其是化工行业，关键的电气设备均应设有备用，一旦常用设备故障或停电检修，备用设备可快速投入运行，以保证生产的连续性、安全性。但是考虑到成本投入的因素，电气设备不可能都做到1开1备，特别是75 kW以上带软启动器、带变频器的电气设备，十几台常用设备可能只有1台作为备用。在这种情况下，如果某个常用设备突然故障停机或需紧急停电维护，除要求电气人员及时判断故障外，还必须进行改接线，这势必耽搁处理问题的宝贵时间，危及生产的连续性和安全性。

新疆天业天能化工10台聚合釜搅拌电机均为一级负荷，电源交流为380 V，功率为280 kW。1台聚合釜搅拌电机配1套丹佛斯变频器，仅有1套丹佛斯变频器作为备用。在实际运行中发现，变频器故障或变频器一次接线端松动发热是最常见的故障。在生产过程中，突遇故障时，要想将电源线（采用2根3×185+1×95电缆）移至备用变频器上，不仅拆卸安装电缆存在一定难度，电缆要移至备用变频器，其长度余量也不够，费时费力，往往不得不加终止剂，终止反应，在带来严重经济损失的同时，也将设备及人身安全置于异常危险的境地。

2 基于PLC控制的备用电气设备自动切换方案的提出

针对以上存在的问题，可以通过技改使备用设备在无需人为干预的情况下即能快速、可靠地切换。如果控制部分采用中间继电器、时间继电器等进行配线，则控制回路异常繁杂不易实现，且接线点位越多，存在的故障点越多，运行就越不可靠。PLC以其体积小、功能强大、接线简单、可靠性高等特点，在电气自动控制领域中得到广泛应用。

改造中，加装主要部件西门子S7-200系列PLC 1台，ABB双电源切换装置ATS（双电源切换装置）10台。10台ATS的常用电源分别接在1#～10#变频器的负载侧，而备用电源均接于备用变频器的负载侧，ATS的负载侧分别带1#～10#聚合釜搅拌电机。当某个聚合釜搅拌变频器发生故障停机时，ATS将切换至备用电源，由备用变频器带载运行。一次主接线见图1。

ATS的切换原理是，1#ATS～10#ATS的接线原理相同，只是元器件的编号随ATS的编号依次递增，如1#ATS～10#ATS的“备用电源合指示”依次为1HR2，2HR2……10HR2。以1#ATS接线原理为例说明ATS的切换原理见图2。

图1 一次主接线图

正常运行时，1KA1、1KA3线圈得电，1KA1、1KA3的常开辅助触头闭合，常闭辅助触头断开，故1ATS为常用电源控制，由1#变频器带载，“常用电源合指示”1HR1亮。

当PLC给1#ATS发送切换信号时，中继1KA线圈得电，1KA的常闭触点断开，常开辅助触点则闭合，因此，1KA1、1KA3 线圈失电，KA1、1KA3 的常开、常闭辅助触头均复位，而1KA2、1KA4线圈得电，1KA2、1KA4的开辅助触头闭合，常闭辅助触头断开，故1ATS为备用电源控制，由备用变频器带载，“备用电源合指示”1HR2亮。

当1#ATS需要手动切换时，可按下开关1SB1，实现手动切换。该手动切换未做相关连锁，在按下1SB1前，需确认备用变频器在“非占用”状态，即其他ATS均为常用电源控制。

PLC的判断逻辑见表1。

表1 PLC的判断逻辑

假设1#聚合釜搅拌电机其对应的1#变频器在生产中突然发生故障而停机，PLC I/O接线图见图3。

图3 PLC I/O接线图

第一步：1#变频器故障停机信号将传至PLC，即J1点由断开变为接通，I0.0由低电平变为高电平。J1为1#变频器的内置继电器常开触点，当1#变频器故障停机时转为闭合。J1点的复归与否不影响后续逻辑的正常运行。

第二步：PLC判断备用变频器无故障，即J11为断开状态，I1.2低电平。J11为备用变频器的内置继电器常开触点，当备用变频器故障时转为闭合。备用变频器若存在故障，不允许切换。

第三步：PLC判断当前备用变频器在 “非占用”状态（2台以上工作变频器故障停机后，只允许先切入的1台搅拌电机由备用变频器带载运行），即I1.6为低电平。

第四步：完成前述3个步骤后，延迟30 s（主要是为了使搅拌电机速度降为零，可根据负载惯性大小调节），PLC的Q0.0变为高电平，驱动中间继电器1KA得电动作，向1ATS发切换指令，1ATS切换为备用电源控制，由备用变频器带载。

第五步：PLC检测到I1.6由低电平变为高电平，则判断自动切换完成。然后，延时5 s Q1.2变为高电平驱动中间继电器11 kA，向备用变频器发送启动指令，备用变频器启动带1#聚合釜搅拌电机运行。

当需手动切换时，按下手动切换开关1SB1，则中间继电器12 kA线圈得电，I1.5由低电平变为高电平，切换完成后，I1.6也由低电平变为高电平。然后，延时5 s Q1.2变为高电平驱动中间继电器11 kA，向备用变频器发送启动信号，备用变频器带1#聚合釜搅拌电机运行。

LP1为闭锁ATS切换硬压板，投入后，I1.3为高电平。如备用变频器检修时，可投入该压板以闭锁ATS的切换。

SB2为总复归，当按下该按钮后，I1.4由低电平变为高电平，Q0.0～Q1.2 均复位，1 kA～11 kA 均失电，1#～10#ATS均恢复常用电源控制，但若果手动切换开关未复位，还需将手动切换开关复位。

3 结语

该技改方案实施完成一年多来，设备运行安全可靠，并在2013年8月5日的2#变频器故障停机事故中成功切换，避免了重大的经济损失及安全事故的发生。该方案的成功实施，也为解决类似问题提供了一种思路。