株洲硬治合金廠專業(yè)生產(chǎn)各種硬質(zhì)合金刀具，其設(shè)備中擁有大量的高溫冶金爐和后處理設(shè)備，這些設(shè)備需要連續(xù)供水保證其運(yùn)行。由于近年來該廠設(shè)備電網(wǎng)發(fā)生過幾次問題，導(dǎo)致冷卻水泵停轉(zhuǎn)致使?fàn)t內(nèi)合金刀片大批報(bào)廢損失巨大。因此客戶提出一旦電網(wǎng)故障，要求水泵系統(tǒng)能繼續(xù)正常工作1小時(shí)左右。
根據(jù)客戶要求，設(shè)計(jì)了一套PLC＋變頻器＋電池的三相智能化變頻應(yīng)急電源EPS（Emergency Power Supply）。該應(yīng)急電源主要為重要負(fù)荷中的電動(dòng)機(jī)提供一種可變頻的三相應(yīng)急電源系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)的應(yīng)急供電及其啟動(dòng)過程中對(duì)供電設(shè)備的沖擊�？蓮V泛應(yīng)用于各種水泵、噴淋泵、排煙風(fēng)機(jī)或其他工業(yè)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)。
二、應(yīng)急電源系統(tǒng)的功能與實(shí)現(xiàn)
該電源系統(tǒng)采用美國(guó)艾默生公司的PLC為其控制核心部件，整合了艾默生高頻開關(guān)充電模塊、逆變/變頻器等部件。通過艾默生可編程控制器PLC靈活切換主路、旁路和應(yīng)急電源三種運(yùn)行方式。滿足各種現(xiàn)場(chǎng)需要并提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
本系統(tǒng)采用美國(guó)艾默生公司的EC20系列可編程控制器為控制核心，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1） EC20系列PLC屬于小型可編程控制器，可有于代替繼電器的簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
2） EC20的可靠性高�？捎锰菪螆D、指令表和功能塊圖三種語言來編程。用戶更易于掌握、操作更方便。內(nèi)置有計(jì)數(shù)器、PID控制器，支持多種通訊協(xié)議，I/O端子排拆卸容易。
3） 良好、方便的擴(kuò)展性能。可擴(kuò)展多個(gè)I/O模塊和特殊功能模塊。
4） 支持在線修改用戶程序，提供方便的監(jiān)控調(diào)試手段。
系統(tǒng)控制原理如圖一所示：
三相電壓監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)線母線電壓，經(jīng)內(nèi)部變換后輸出4－20mA送到EC20-4AM模擬量模塊中進(jìn)行，電壓超限、缺相、掉電判斷。一旦檢測(cè)到上述故障通過EC20－3232BRA主機(jī)發(fā)出相應(yīng)的控制指令，控制相應(yīng)的電池接觸器吸合維持變頻器母線電壓實(shí)現(xiàn)交流斷電后通過直流供電。一旦PLC系統(tǒng)檢測(cè)到電源恢復(fù)正常，電池
接觸器延時(shí)30S后斷開（防止電網(wǎng)來回波動(dòng)導(dǎo)致，頻繁切換），變頻器恢復(fù)交流供電。
在此過程中變頻器輸出不會(huì)中斷，交直流供電切換時(shí)間小于30ms，滿足客戶水泵在電網(wǎng)故障情況下不停機(jī)運(yùn)行。
同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多種運(yùn)行模式。用戶可通過選擇開關(guān)，選擇自動(dòng)、手動(dòng)控制方式，主路、旁路和應(yīng)急三種運(yùn)行模式。
■主路模式：水泵由變頻器輸出控制，電網(wǎng)正常時(shí)變頻器由交流供電，一旦電網(wǎng)故障改由電池組供電。
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■旁路模式：水泵由星三角回路控制，主要用于系統(tǒng)檢修或變頻故障時(shí)的備用運(yùn)行提高系統(tǒng)可靠性。此模式下一旦電網(wǎng)故障水泵將停止運(yùn)行。
■應(yīng)急運(yùn)行：不管此時(shí)電網(wǎng)是否發(fā)生故障，系統(tǒng)均強(qiáng)制切換到電池供電模式。主要用于電池維護(hù)和功能驗(yàn)證。
三、系統(tǒng)PLC電路及軟件的設(shè)計(jì)
PLC系統(tǒng)軟件部分主要實(shí)現(xiàn)以下功能：三相電壓檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、高頻開關(guān)充電模塊和逆變/變頻器的監(jiān)控、邏輯控制輸出、故障報(bào)警、保護(hù)等功能以及主備泵自動(dòng)互投。
PLC系統(tǒng)硬件電路圖如下：
四、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)如下：
三相智能化變頻應(yīng)急電源依托艾默生EC20系列PLC為核心部件，整合了艾默生高頻開關(guān)充電模塊、
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EV2000逆變/變頻器等部件。
該架構(gòu)組建的EPS 最主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：
1、運(yùn)行可靠：
“運(yùn)行可靠”是該種架構(gòu)EPS最主要的特點(diǎn)。PLC作為一個(gè)非常成熟的產(chǎn)品，已經(jīng)得到了大批量的應(yīng)用。無論是技術(shù)、元件、生產(chǎn)，都形成了相當(dāng)?shù)囊?guī)模。艾默生系列產(chǎn)品，質(zhì)量可靠，性價(jià)比極高，保護(hù)功能完善。由此EPS的可靠性也得到了可靠的保證。
2、變頻控制：
加入變頻器組建的EPS，同樣具備了變頻器的各項(xiàng)功能�？梢詫�(shí)現(xiàn)變頻恒壓控制、變頻調(diào)速和變頻軟啟動(dòng)等等功能。
3、保護(hù)功能完善：
大部分保護(hù)均可以通過PLC編程完成。因此該系列EPS有過載、過流、過壓、缺相等等保護(hù)電路，系統(tǒng)更加可靠。
五、結(jié)論
基于艾默生PLC的應(yīng)急電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無人職守化自動(dòng)控制。不僅實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急供電，降低啟動(dòng)電網(wǎng)沖擊的目的，而且還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。用戶在使用艾默生的PLC時(shí)，對(duì)其簡(jiǎn)潔的編程界面，靈活的編程方式，方便快捷的在線監(jiān)控、調(diào)試贊不決口。