摘要 ：以介绍PLC与一台自耦变压器组成的起动设备对多台水泵进行起动和控制的应用为例，用一台起动器不同时起动多台水泵的控制方法，是一种新颖、经济、实用的控制方式、经实际应用，效果很好，并对其经济性进行了比较分析。
关键词 ：PLC 自耦变压器 软起动器 变频器 水泵
1 引言
大型水泵的起动常采用的起动方式有自耦降压起动，软起动，变频起动，在这三种起动方式中，自耦降压起动最为简单、经济，变频起动价格最高，控制也最复杂。在激烈的市场竞争中，如何节本降耗，提高产品的可靠性成为每一个企业的重中之重。我们知道，自耦降压起动在起动结束后，自耦变压器被切除，额定电压加于定子绕组，水泵以额定电压正常运行。即自耦变压器只在起动的几秒或十几秒的时间里投入运行，其他时间都被闲置。在许多场合，多台容量相同或相近的大型水泵是不允许同时起动的。因此每台水泵都配一台自耦变压器不仅增加了控制设备的成本和占地面积，降低了产品的竞争力，而且使控制电路变得复杂，增大了维护的工作量，本文以一台自耦变压器为例，介绍了其不同时起动多台水泵时的控制方法及注意事项。软起动和变颇起动其起动方法与此相似。
2 电路设计
2.1 电气控制的要求
用一台自耦变压器起动多台水泵应满足以下要求：
（1）当任意一台水泵在起动过程中，其他水泵都不能起动，只有该水泵起动结束后才能起动下一台水泵。任何水泵不论是运行还是停止都不能影响正在起动的水泵。
（2）起动任何一台水泵时，对于较大功率的，首先使该水泵与自耦变压器相连，进行降压起动，不应有直接起动的可能。
（3）控制系统具有较强的容错能力，即使出现误操作，也不应出现危害人身安全和设备安全的情况。
（4）对水泵应有必要的保护措施，如：过载、短咱、缺相、潜水泵漏水等
2.2 主电路设计
图一为自耦变压器起动多台水泵的主电路图。
其一次起动回路主要有断路器QF0、交流接触器KM0，自耦变压器KM01…KMon和热继电器组成，每台水泵的全压运行电路各自独立，如水泵M1正常运行时由QF1、KM1、和热继电器FR1组成回路供电。
自耦变压器的线圈是按短运行工作时间设计的，一般只允许连接起动23次，再次起动时需要等其冷却后才能进行，用一台自耦变压器起动多台水泵，起动次数相对频繁，所以自耦变压器的容量除了根据电动机容量和最大起动负荷以及起动时来考虑外，还可采用容量大一级的自耦变压器，特殊场合还应考虑备用自耦变压器的配置。
在实际接线时必需注意主回路的相序的一致性，否则可能出现短路的可能。
2.3 控制电路的设计
控制电路的设计要保证即使是误操作，在任何情况下也只能有一台水泵可以起动，即不会出现一台自耦变压器同时起动两台以上的水泵的情况。控制电路还应做到任何水泵的运行和停止都不会影响其它水泵的起动、运行和停止。
PLC在进行选择时主要是根据水泵的数量来确定I/O的点数，一般选择整体式、中小型、中低档PLC即可满足要求。
根据控制系统的要求，每台水泵应设一个起动按钮。为了节省输入点数，可将每台水泵的过载保护热继电器常开触点和停止按钮的常开触点并联作为一个输入信号，以降低成本。因此每台水泵只需要两个输出点即可。由主回路可知，每台水泵由两个接触器控制，因此每台水泵只需要两个输出点即可。为了说明控制回路的设计方法，下面以泵一的起动为例，采用F-40MRE型PLC，设计的电路如图二所示。
在图中，SB1为泵一的起动按钮，SB2为停止按钮，在KM01线圈控制回路中串按KM02……KM0n和KM1的常闭触点，从硬件上保证了其它水泵起动时本水泵不能起动，串接KM1的常闭触点是为了保证水泵在运行时不会因为误操作而进入起动状态。在实际进行设计时还必须在软件上进行互锁。
3 应用案例
南通狼山污水处理厂原来有一台132kW潜水排污泵，自耦变压器为QZB-135，主接触器为CJ20-400/3/AC220V，起动接触器为CJ20-250/3/AC220V，控制系统中PLC采用F-12MRE，现在因排水量的增大，需要增加一台同容量的水泵，且型号与原来的相同，考虑到成本的原因，即在原来的控制系统上进行了改造。改造后的控制电路图如图三所示。
SB11和三SB12分别为1#水泵的起动和停止按钮，FR1为1#水泵的热继电器常开触点，SB12和三SB22分别为2#水泵的起动和停止按钮，FR2为2#水泵的热继电器常开触点，KM01、KM02分别为1#、2#水泵的起动接触器，KM0为自耦变压器的控制接触器。KM1、KM2分别为1#、2#水泵的正常运行接触器。PLC还用FR-12MRE，相应的梯形图如图四所示
从输入输出接线图和梯形图中可以看出，当按下SB11，X001接通，Y30动作使KM01吸合，KM01动作使KM0吸合，1#水泵串入自耦变压器降压起动，与此同时由于PLC内部继电器M100作用，又使Y30自保持，并使PLC内部时间继电器T50开始计时，经过设定的时间后，T50常开触点闭合，Y31动作使KM1吸合，与此同时由于PLC内部继电器M101的作用，使自锁。T常闭触点动作，使Y30和M100线圈回路断开，从而使KM01和KMO失电断开，自耦变压器停止工作，电机起动完成，投入全压运行，停泵时按下SB12，X01常闭触点断开Y31线圈，使KM1失电释放，1#水泵停机。Y30线圈回路中串入M102常闭触点，以及Y32线圈回路中串入M100常闭触点，是从软件上使两台水泵不能同时起动，提高控制系统可靠性和容错力。
以上是以自耦变压器为起动装置的控制系统，以软起动和变频器为起动装置的控制系统其控制方式与自耦变压器相同，但在以变频器为起动装置时要注意：在由变频转换为工频状态时必须先停变频器的起动信号，再停变频接触器，再延时0.5-1秒后吸合工频触器，否则变频器要显示故障。
4、经济性分析
以132KW水泵为例，分别对三种起动方式的材料价格进行了比较，软起动器以施耐德ATS48型为例，变频器以西门子MM430为例
起动装置为自耦降压器(单台自耦变压器价格为1443元)
两台水泵三台水泵四台水泵五台水泵
自耦变压器与水泵数相同13768206522753634420
一台自耦变压器12325177692320728648
所占比例（%）69.566.164.263.2
起动装置为软起动器（单台软起动器价格为13519元）
两台水泵三台水泵四台水泵五台水泵
软起动器与水泵数相同38218570577607695545
一台软起动器24699300193551940839
所占比例（%）64.652.646.742.7
起动装置为变频器（单台变频器价格为40310元）
两台水泵三台水泵四台水泵五台水泵
变频器与水泵数相同91800137700183600229500
一台软变频器51490570806267068260
所占比例（%）56.041.534.329.7
由上表可以看出，随着控制水泵台数增多，节约的成本就越多，启动器价格越高，节约的成本就越多。
结束语：
实践证明，PLC和一台起动器控制多台水泵的起动和运行的可靠性高，成本低廉，在我司得到了广泛的应用，取得了很好的经济效益。
参考文献：
[1]韩志国. PLC应用技术.北京：国防工业出版社，2010.
[2]马丁.西门子PLC常用模块与工业系统设计实例精讲.北京：电子工业出版社，2009.
[3]S7-200可编程控制器中文系统手册.西门子，2000.
论文作者:曹国春
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/18
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