变频调速在工业电力拖动系统中的应用日益广泛，通过可编程控制器PLC、变频器、继电器等有机组合，可实现交流电动机的自动控制、调速。

我公司化工生产中多数动力设备运行方式是一开一备（一台运行、一台备用），而且工艺要求介质流量调整较频繁，通过调整阀门开度来调节流量比较麻烦，也不易实现生产过程自动化控制。若采用变频器控制，因其起动特性软、调速平滑方便等优点，能满足工艺控制要求。若用两台变频器分别拖动两台电机，则很不经济。如果采用一台电动机变频运行，另一台电动机作备用；当变频器故障时能切换至工频运行，通过调节阀门开度调节流量，满足工艺要求的方案也不理想。为此考

虑采用一台西门子变频器带两台电机，并与西门子S7-200系列PLC、继电器配合实现电动机的起动、调速、切换控制，即变频一拖二控制。通常情况下，一台电机变频运行，另一台作备用。一般，变频故障切换旋钮在投入位置，当变频器故障时，当前运行的电机能自动切换到工频运行；这时变频控制回路可以退出，方便了维修。

为了达到生产过程自动化的要求，根据公司电气设备现状，拟将两台110 kW 电机控制系统进行改造。采用一台变频器分别拖动两台电机，并与可编程控制器PLC、继电器有机组合，实现自动控制（变频一拖二控制）。

1 设计原理

1.1 主回路设计方案

如图1，两台110 kW 异步电动机MA、MB，每台电机有工频、变频两种运行方式，两台电机共用一台变频器。正常运行时为一开一备，一台电机变频运行，另一台电机作备用。总电源开关QF出口分两路,一路供工频电，又分支两路(二、三回路)分别供电机MA、MB 工频控制;另一路供变频器，其输出也分支两路(一、四回路)分别供电机MA、MB。由于变频器自身具有热保护功能，所以变频一、四回路不再外接热过载继电器，而在工频二、三回路加设电动机保护器FH。并在电机MA、MB回路装电流互感器CT，外接电流表以监测电机的运行电流。考虑到从变频器到电机电缆线路较长，变频器运行时将产生较强的高次谐波，对电机运行不利。因此，在变频器主出线侧装电抗器来抑制谐波的

影响。

由于电机一般运行在变频状态下，工频状态只是在变频器故障时运行。从安全运行的角度考虑，控制回路电源取自工频空气开关2QF、3QF 下口较为理想，如图示La、Lb。这样在变频回路故障、检修停电更换元器件时，控制电源不受影响，确保工业生产的稳定运行。同理，在变频电源侧装一只400 A的隔离开关GK，保证在变频器故障下能断开变频侧主回路电源，以便变频器维修而不影响电机工频运行。

我公司使用的变频器类型较多，有西门子、ABB、施耐德、日产、国产的等。由于对西门子变频器的原理、参数、技术特性、故障处理较为熟悉，并且西门子变频器质量较好、运行较为稳定，因此变频器选型为西门子ECO1-110K/3 型。其端子5、9 接“变频器起停”信号，端子19、20 为“变频器故障”继电器5K输出端，端子21、22 为“变频器运行”继电器6K 输出端,端子3、4 接模拟量输入（4～20 m A）, 端子12、13接模拟量输出。并且保证变频器可靠接地。

1.2 控制回路设计方案

1.2.1 MA电机控制回路

如图2 所示，控制回路电源采用AC 220 V，MA电机有变频、工频两套回路，停止按钮共用，启动按钮各自设置。并保证变频回路（变频器、PLC 等）故障时能启动工频回路运行。

变频回路为了实现自动控制，选用中间继电器1K，作MA电机的启动信号。将1K的常开接点引至PLC输入端。为了保证安全运行，MA 变频回路须与MB 回路互锁，即接入2 KM、4 KM 接触器动断辅助触点。当CPU检测到MA变频启动各信号正常时，中间继电器3K 得电，其动合接点闭合，MA变频接触器1KM闭合。

工频回路MA 工频控制回路须与MA 变频回路互锁，即串接1KM一常闭接点。在启动按钮两端并接工频接触器2KM 一组常开接点，作为自锁保护。可直接工频启动MA 电机。在启动按钮两侧再并接继电器7K 一动合接点，可实现PLC 程序控制启动MA工频回路。

以上回路必须保证各回路间的互锁，确保只有一台电机在一种状态下运行。

1.2.2 MB电机控制回路

如图3，控制回路与MA控制回路相似。

工频回路MB工频控制回路须与MB变频回路互锁，即串接4KM一常闭接点。在启动按钮两端并接工频接触器3KM一组常开接点，作为自锁保护。可直接工频启动MB电机。在启动按钮两侧再并接继电器8K一动合接点，可实现PLC 程序控制启动MB工频回路。

变频回路为实现自动控制，选用中间继电器2K，作MB 电机的启动信号。将2K的常开接点引至PLC 输入端。为了保证安全运行，MB变频回路须与MA 回路互锁，即接入1KM、3KM接触器动断辅助触点。当CPU检测到MB变频启动各信号正常时，中间继电器4K得电，其动合接点闭合，MB 变频接触器4KM闭合。

1.2.3 可编程控制器PLC选型及设计方案

如图4 所示，可编程控制器（PLC）选型为西门子S7-200 系列，CPU 为224，它具有15 路直流24V 输入，9 路继电器（~220V）输出，能满足设计要求。原理接线如图5 所示。I0. 0~I0. 7、I1.

0~I1.5 为输入端子，Q0.0~Q0.7、Q1.0、Q1.1 为输出端子。

I0.0 接1KM 启动信号（中间继电器1K的动合触点）;

1）MA变频I0.1 接4KM 启动信号（中间继电器2K 的动合触点）;

2）MB变频I0.2 接1KM 闭合信号（接触器1KM 的动合触点）;

3）MA变频I0.3接4KM闭合信号（接触器4KM的动合触点）;

4）MB变频转换开关1SA作为A 泵变频故障时自动切换至A泵工频运行信号，正常运行时取其常开接点，接至I0.4。

转换开关2SA作为B泵变频故障时自动切换至B泵工频运行信号，正常运行时取其常开接点，接至I0.5。

I1.0接2KM闭合信号（接触器2KM的动合触点）1)MA工频I1.0接4KM 闭合信号（接触器4KM

的动合触点）;

2)MB工频端子I1.0、I1.1 分别接变频器故障信号（继电器5K的动合接点）、变频器运行信号（继电器6K的动合接点）。

直流24V电源采用CPU224的内置直流24V电源。

输出端子Q0.0接继电器3K, 控制MA 电机1KM变频启动。Q0.1接红色指示灯3HD，作为A泵故障切

换指示。Q0.2接继电器7K ,控制MB电机2KM工频启动。同理，输出端子Q0.4、Q0.5、Q0.6 分别接继电器4K、指示灯4HD、继电器8K，作为MB 电机变频、工频启动控制。

端子Q0.7、3L分别接变频器端子5、9 ，作为变频器起停控制信号。

1.2.4 变频一拖二控制原理

为了保证变频器的安全运行，电机在变频启动时，应先使变频器下口回路接通（接触器吸合），然后再使变频器起停置位，变频运行。电机在变频停机时，应先停变频器，再断开接触器。

1) MA电机变频过程

(1)启动　按下启动按钮1QA或3QA，中间继电器1K 得电吸合，同时控制回路通过1K动合接点自锁。获得1KM 启动信号，PLC I0.0 输入其常开接点闭合，PLC检测到无MA 工频运行信号、MB 变频运行信号、变频故障信号，且有正跳沿触发时，Q0.0 置位输出，继电器3K 得电吸合，其常开触点闭合，接触器1KM 线圈得电吸合,MA变频启动。此时若变频器无故障，PLC输出端Q0.7 置位，即“变频起停”置位，频率升至设定值，电机MA变频运行开始。

(2)停机　按下停止按钮TA,继电器1K 失电1KM启动信号消失。PLC检测到负跳沿时，“变频起停”复位，频率逐渐降为零。接通内部定时器T37延时1s后，输出端Q0.0复位，3K失电，接触器1KM 断开，MA变频停机。

(3) 电机MA 变频故障自动切换工频过程检测　到变频器故障信号（5K 闭合I0.3 置位）、MA自动切换信号