2.8 PLC控制的工頻與變頻切換電路

由于PLC和變頻器的產品較多，它們的功能和接線也不盡相同，本節先舉例介紹繼電器控制的“工頻”與“變頻”切換，再介紹PLC控制的“工頻”與“變頻”切換，可全面了解“工頻”與“變頻”切換的工作原理。PLC控制與傳統的繼電器控制相比，有著更突出的優點。

2.8.1 工頻與變頻運行切換的原因

在交流變頻調速控制系統中，根據工藝要求，有時需要進行“工頻運行”與“變頻運行”的切換。

部分機械如大型中央空調系統的冷卻水泵、大型鍋爐的鼓風機和引風機，港口膠帶輸送機系統等，在運行過程中是不允許停機的，這些設備運行過程中，變頻器一旦運行異?；蛞蚬收隙l，為了保證生產的有序進行，其必須能夠自動切換為“工頻運行”，同時進行聲光報警。

電動機變頻運行時，當頻率升到50Hz（工頻）并保持長時間運行時，應將電動機切換為工頻電網供電，讓變頻器“休息”或根據系統需要，用變頻器控制其他電動機運行。

當生產不能因現場變頻器維護和檢修而停止時，為使變頻器發揮更大的作用，選擇“工頻運行”。

電動機運行在工頻電網供電時，若工藝變化需要進行調速運行，此時必須將電動機由“工頻運行”切換到“變頻運行”。

2.8.2 繼電器控制切換的主電路和控制電路

由于變頻器的產品較多，它們的功能不同，各接線端子也不盡相同，圖2-36所示為繼電器控制的工頻與變頻運行的主電路及控制電路。^[3]

圖2-36 繼電器控制的工頻與變頻運行的主電路和控制電路

三相工頻電源通過真空斷路器QF接入，主電路中各真空接觸器KM₁、KM₂、KM₃的功用如下：

1）KM₁用于將電源線接至變頻器的輸入端。

2）KM₂用于將變頻器的輸出接至電動機。

3）KM₃用于將工頻電源直接接至電動機。

注意，KM₂和KM₃絕對不能同時接通，否則會損壞變頻器，因此KM₂和KM₃之間必須有可靠的互鎖。此外，因為在工頻運行時，變頻器不可能對電動機進行過載保護，所以必須接入熱繼電器FR，用于工頻運行時的過載保護。

工頻與變頻切換時，應先斷開KM₂，使電動機脫離變頻器；經適當延時再后合上KM₃，將電動機接至工頻電源。

注意，KM₂和KM₃之間需要有非?？煽康幕ユi，經驗表明，除電氣互鎖外，采用有機械互鎖裝置的接觸器是必要的。同時，從KM₂斷開到KM₃閉合之間的延遲時間是必要的，通常稱之為“切換時間”。

2.8.3 繼電器控制的工頻和變頻運行

切換控制電路圖2-36b中，由于在切換完成后，要求變頻器的報警輸出信號能維持到操作人員采取措施之后，所以變頻器內部控制電路的電源線T₁和S₁應接在KM₁的主觸點之前。

控制電路的工作過程如下^[3]：

1.工頻運行

圖2-36b中，運行方式由轉換開關SA選擇，當SA旋至“工頻”（工頻運行方式）時，SA（5-7）接通，按下起動按鈕SB₂，繼電器KA₁得電動作：

KA₁輔助觸點（1-3）閉合，KA₁自鎖；

KA₁輔助觸點（L-5）閉合，KM₃線圈得電動作；

KM₃主觸點閉合，電動機工頻起動并運行；

KM₃輔助觸點（11-13）斷開，防止KM₂通電。

按下停止按鈕SB₁，繼電器KA₁斷電，KA₁輔助觸點（1-3）斷開，KA₁輔助觸點（L-5）斷開，KM₃線圈斷電，電動機停止運行。

2.變頻運行

圖2-36b中，當變頻器運行時，須將轉換開關SA旋至“變頻”變頻運行方式時，SA（5-11）接通。

（1）變頻器通電 按下起動按鈕SB₂，繼電器KA₁得電動作；

KA₁輔助觸點（1-3）閉合，KA₁自鎖；

KA₁輔助觸點（L-5）閉合，KM₂線圈得電動作；

KM₂主觸點閉合，將電動機接至變頻器；

KM₂輔助觸點（7-9）斷開，防止KM₃線圈通電；

KM₂輔助觸點（11-15）閉合，KM₁線圈得電；

KM₁輔助觸點（19-21）閉合，允許電動機起動和運行。

（2）電動機起動 按下起動按鈕SB₄，繼電器KA₂得電動作：

KA₂輔助觸點（變頻器上FWD-COM端子）閉合，電動機起動并運行；

KA₂輔助觸點（17-19）閉合，KA₂自鎖；

KA₂輔助觸點（L-1）閉合，在電動機停機前，防止變頻器切斷電源。

（3）電動機停止運行 按下停止按鈕SB₃，繼電器KA₂的線圈斷電，KA₂輔助觸點（L-1）斷開，再按下停止按鈕SB₁，繼電器KA₁的線圈斷電，KA₁輔助觸點（1-3）斷開，KA₁輔助觸點（L-5）斷開，KM₂和KM₁的線圈斷電，電動機停止運行。

2.8.4 繼電器控制的變頻器故障切換及處理

圖2-36中，當變頻器發生故障時，其報警輸出端子KF動作：

KF（4-N）斷開，KM₂和KM₁斷電，電動機脫離變頻器、變頻器脫離電源；

KF（6-N）閉合，時間繼電器KT得電，KT（5-7）延時后閉合，KM₃主觸點閉合，電動機切換至工頻運行；

蜂鳴器HA鳴叫，報警指示燈HL閃爍，聲光報警。

當操作人員得到報警信號后，應首先將轉換開關SA切換至工頻運行的位置：

SA（5-7）閉合，使電動機保持工頻運行狀態；

SA（5-11）斷開，時間繼電器KT斷電，聲光報警停止。

2.8.5 PLC控制的工頻和變頻切換圖及參數

PLC控制的工頻和變頻切換電路接線如圖2-37所示，圖中主電路的真空斷路器、真空接觸器KM₁、KM₂、KM₃及主電路中熱繼電器FR的功用，還有KM₁、KM₂、KM₃的動作順序參見2.8.2的有關說明。表2-8列舉了PLC輸入/輸出端子的配置參數。由于變頻器和PLC的產品較多，它們的功能相同，但各接線端子不盡相同，2.8節介紹的內容以及圖2-37～圖2-39作為介紹PLC控制的工頻和變頻工作原理的參考^[7]。

圖2-37 PLC控制的工頻與變頻切換電路接線圖

表2-8 PLC輸入/輸出端子的配置參數表

圖2-37中，轉換開關SA₁用于控制PLC的運行。運行方式由三位開關SA進行選擇，當SA合至“工頻”運行方式時，按下起動按鈕，PLC將KM₃的線圈接通，電動機進入工頻運行狀態，按下停止按鈕，電動機停止運行；當SA合至“變頻”運行方式時，按下起動按鈕，PLC將KM₂的線圈接通后，KM₁的線圈也隨后接通，電動機進入變頻運行狀態，按下停止按鈕，電動機停止運行。SB用于變頻器發生故障后的復位。為了使KM₃和KM₂不能同時接通，除了PLC內部的軟件（梯形圖）中有互鎖環節外，外部電路中也必須在KM₃和KM₂之間進行互鎖。按下變頻起動按鈕的同時，PLC使中間繼電器KA動作，變頻器的FWD與COM接通，電動機開始升速，進入變頻器運行狀態；KA動作后，停止按鈕將失去作用，以防止直接通過切斷變頻器電源使電動機停機。在變頻運行中，一旦變頻器因故障而跳閘，蜂鳴器HA和指示燈HL能進行聲光報警。

2.8.6 PLC控制的工頻運行過程和梯形圖

圖2-38給出了PLC控制的工頻運行的梯形圖。

1.工頻運行

圖2-37中，轉換開關SA₁用于控制PLC的運行，首先將SA₁旋至“RUN（運行）”，然后將選擇開關SA旋至“工頻”運行方式，使輸入繼電器X₀動作，圖2-38中X00001的常開觸點閉合并保持，為工頻運行做好準備。

圖2-37中，按下工頻起動按鈕輸入繼電器X₂得電動作，圖2-38中X00003常開觸點閉合，通過變頻KM₂的輔助常閉觸點（Y00002）、工頻停止按鈕的輸入繼電器X₃的輔助常閉觸點（X00004）、電動機熱繼電器X₇的常閉觸點（X00008），使輸出繼電器Y₂的虛擬線圈（Y00003）得電動作并保持；PLC外，通過變頻器KM₂的輔助常閉觸點，KM₃的線圈得電動作，KM₃主觸點閉合，電動機在工頻電壓下起動并運行。

圖2-39（見2.8.7節）中，輸出繼電器Y₂的常閉觸點（Y00003）斷開，防止輸出繼電器Y₁的虛擬線圈（Y00002）動作，從而防止KM₂通電。

圖2-37中，PLC外，KM₃輔助常閉觸點斷開，防止KM₂線圈通電。

2.工頻停止運行

圖2-37中，按下工頻停止按鈕ST₁，工頻停止輸入繼電器X₃得電動作，圖2-38中，X₃的常閉觸點（X00004）斷開，使輸出繼電器Y₂的虛擬線圈（Y00003）失電動作并保持；PLC外部，通過KM₂的輔助常閉觸點，KM₃失電動作，KM₃主觸點斷開，電動機停止運行。

3.工頻過載停車

如果電動機在運行中過載，熱繼電器常開觸點FR閉合，輸入繼電器X₇得電動作，X₇的常閉觸點（X00008）斷開，使輸出繼電器Y₂虛擬線圈（Y00003）失電復位；PLC外部，通過KM₂的輔助常閉觸點，KM₃失電復位，其主觸點斷開，電動機停止運行。

圖2-38 PLC控制的工頻運行梯形圖

2.8.7 PLC控制的變頻運行過程和梯形圖

圖2-37中，將轉換開關SA₁旋至“RUN（運行）”，然后將選擇開關SA旋至“變頻”運行方式。圖2-39所示為PLC控制的變頻運行梯形圖，圖中，使輸入繼電器X₁動作，X00002的常開觸點閉合并保持，為變頻運行做好準備。

1.變頻器通電

圖2-37中，按下變頻起動按鈕SF₂，輸入繼電器X₄動作，圖2-39中，X₄的X00005常開觸點閉合，通過工頻KM₃的輔助常閉觸點（Y00003）、變頻停止按鈕ST₂的輸入繼電器X₅的常閉觸點（X00006）、電動機熱繼電器X₇的常閉觸點（X00008）、變頻器故障跳閘繼電器的常閉觸點（X00011），使輸出繼電器Y₁的虛擬線圈（Y00002）動作，它的常開觸點（Y00002）閉合使Y₁自鎖并保持；PLC外，通過工頻KM₃的輔助常閉觸點，變頻KM₂線圈得電動作，KM₂主觸點閉合，將電動機接到變頻器的輸出端。此外，圖2-37中，PLC外，KM₂的輔助常閉觸點斷開，防止KM₃通電動作；圖2-38中，輸出繼電器Y₁的常閉觸點（Y00002）斷開，防止輸出繼電器Y₂（Y00003）動作，從而防止KM₃通電動作；另一方面，圖2-39中，KM₂的輔助常開觸點（Y00002）閉合，通過變頻器故障跳閘繼電器的常閉觸點（X00011），使輸出繼電器Y₀的線圈（Y00001）得電動作，從而使接觸器KM₁的線圈得電動作，使變頻器接通電源。

2.變頻運行

（1）變頻起動運行

圖2-39中，如前所述，由于變頻器通電時，按下變頻起動按鈕SB₂，輸入繼電器X₄動作，X00005常開觸點閉合，由于工頻KM₃的輔助常閉觸點（Y00003）閉合、變頻停止按鈕SB₂的輸入繼電器X₅的常閉觸點（X00006）閉合、變頻器故障跳閘繼電器的常閉觸點（X00011）閉合，所以，在變頻電源Y0的線圈Y00001已經得電動作的前提下，輸出繼電器Y₃（Y00004）動作并保持。圖2-37中，PLC外，變頻升速繼電器KA的線圈得電動作，變頻器外的KA的常開觸點閉合，變頻器的FWD和COM接通，電動機開始升速并運行，進入變頻運行階段。

（2）變頻停止運行

圖2-37中，按下變頻停止按鈕SB₂，輸入繼電器X₅動作，圖2-39中，X₅的常閉觸點X00006動作斷開，輸出繼電器Y₃的Y00004虛擬線圈失電復位；PLC外，變頻升速繼電器KA的線圈失電，變頻器外的KA的常開觸點復位斷開，變頻器的FWD和COM之間斷開，電動機停止運行。

圖2-39 PLC控制的變頻運行梯形圖

2.8.8 PLC控制的變頻器故障切換及處理

1.變頻器故障切換

圖2-37中，如果變頻器因故障跳閘，變頻器故障跳閘繼電器的常開觸點（TA-TB）閉合，圖2-39中PLC的輸入繼電器X10（X00011）動作，它的常閉觸點（X00011）斷開：一方面使變頻輸出繼電器Y₁（Y00002）和變頻升速繼電器Y₃（Y00004）復位，從而輸出繼電器Y₀（Y00001）、KM₂和KM₁、KA也相繼復位，變頻器停止工作；另一方面，X10的常開觸點（X00011）閉合，使輸出繼電器Y₄（Y00005）和Y₅（Y00006）動作并保持，蜂鳴器HA、指示燈HL工作，進行聲光報警。

2.故障處理

變頻器聲光報警后，操作人員應立即將圖2-37中的SA旋至“工頻”運行位，準備工頻起動。隨后按下工頻起動按鈕SB₁，這時，圖2-38中的輸入繼電器X₀的常開觸點（X00001）閉合，工頻起動按鈕SB₁的常開觸點（X00003）閉合：一方面使控制系統正式轉入工頻運行方式；另一方面，使圖2-39中的Y₄（Y00005）和Y₅（Y00006）復位，停止聲光報警。當變頻器的故障處理完畢、重新通電后，需首先按下復位按鈕SB，使X₆動作，X₆的常開觸點（X00007）閉合，從而使Y₆（Y00007）動作，變頻器的RESET接通，使變頻器的故障狀態復位。