徐浩然

【摘 要】 現(xiàn)在大多采用PLC來完成各種信號的采集與控制，需要配置相應(yīng)數(shù)量的模擬量輸入模塊。介紹一種溫度巡檢實(shí)現(xiàn)方法：采用PLC模擬量輸入模塊，通過繼電器切換，將一個(gè)模擬量輸入點(diǎn)分時(shí)復(fù)用完成多個(gè)溫度巡檢測量。通過繼電器切換來分時(shí)復(fù)用PLC的模擬量輸入，完成多路Pt100熱敏電阻的溫度檢測，實(shí)踐證明是可行的。

【關(guān)鍵詞】 模擬量輸入 Pt100 溫度巡檢 格雷碼

在許多綜合性的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)有許多模擬量信號需要采集，其中有相當(dāng)多屬于溫度檢測?，F(xiàn)在大多采用PLC來完成各種信號的采集與控制，需要配置相應(yīng)數(shù)量的模擬量輸入模塊。在這些模擬信號中，有些信號尤其是大慣性的溫度信號，對采集的實(shí)時(shí)性要求并不高，系統(tǒng)中也常采用溫度巡檢儀來完成。

采用PLC模塊直接采集的方法簡單可靠，但成本高；采用溫度巡檢儀雖然成本有所降低但是和控制系統(tǒng)的接口比較復(fù)雜。是否存在介于二者之間的既能象PLC一樣簡單可靠地實(shí)現(xiàn)信號采集，又能有效降低設(shè)備成本的實(shí)現(xiàn)方法：采用PLC模擬量輸入模塊，通過數(shù)字量輸出模塊控制中間繼電器切換，將一個(gè)模擬量輸入點(diǎn)分時(shí)復(fù)用測量多個(gè)溫度測量。

1 樣例系統(tǒng)

某實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)同時(shí)對多臺電抗器進(jìn)行性能、老化、溫升試驗(yàn)測試。系統(tǒng)采用西門子變頻器來對電抗器模擬不同頻率、電壓、電流的工作條件，采用S7-300 PLC完成試驗(yàn)檢測等自動(dòng)控制，要求對電抗器的電流、電壓、溫升、噪音等進(jìn)行監(jiān)控并在上位機(jī)上記錄。系統(tǒng)中每臺被測電抗器都內(nèi)置Pt100鉑電阻進(jìn)行繞組溫度檢測，最多同時(shí)測試18臺，另有4點(diǎn)環(huán)境溫度監(jiān)測用Pt100鉑電阻，共計(jì)22只鉑電阻需要接入控制系統(tǒng)中。電壓、電流變送器共4個(gè)通道需要接入控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中上位機(jī)通過PLC上傳數(shù)據(jù)以進(jìn)行記錄、分析統(tǒng)計(jì)并輸出實(shí)時(shí)、歷史趨勢曲線，并可打印報(bào)表和輸出檢測報(bào)告。

1.1 變頻電源系統(tǒng)配置

根據(jù)電抗器的電流通過能力來確定變頻器的容量，采用多個(gè)電抗器串聯(lián)同時(shí)進(jìn)行測量的方式來提高系統(tǒng)的使用效率。電抗器的額定電流為350A，選擇315kW、輸出電流可達(dá)550A的變頻器，以保證能夠進(jìn)行150%過載測試。

變頻器裝有CBP2通信板，通過ProfiBus-DP總線與自動(dòng)化系統(tǒng)PLC通信，接受來自PLC的運(yùn)行控制指令，返回變頻器的狀態(tài)信息給自動(dòng)化系統(tǒng)。

1.2自動(dòng)化系統(tǒng)配置

自動(dòng)化系統(tǒng)采用西門子S7-300PLC，CPU為6ES7 315-2DP，其ProfiBus-DP接口連接變頻器。配置開關(guān)量輸出模板通過中間繼電器控制接觸器完成電抗器的安全投切；采用開關(guān)量輸入模板完成各種開關(guān)狀態(tài)的檢測；采用模擬量輸入模板完成溫度、電流、電壓、噪音等信號的采集。

2 設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

采用西門子6ES7 331-7KF02-0AB0模擬量輸入模塊，作為溫度傳感器Pt100的輸入模塊，該模塊可配置為4路Pt100輸入。采用常規(guī)開關(guān)量輸出模塊，控制中間繼電器實(shí)現(xiàn)多路傳感器分時(shí)切換。

2.1 電路原理設(shè)計(jì)

常規(guī)接線方法6ES7 331-7KF02-0AB0模擬量輸入模塊只能接4路Pt100輸入，而系統(tǒng)中一共有22個(gè)溫度信號需要采集，初步構(gòu)想將每路擴(kuò)展成8路，系統(tǒng)將具備32個(gè)溫度傳感器能力，為以后系統(tǒng)擴(kuò)展留足備用空間。

采用3組繼電器，通過3個(gè)（組）開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)完成4路到32路擴(kuò)展，其中單路擴(kuò)展如圖1所示。

圖1中-K1、-K2、-K3通過編碼切換可達(dá)到分時(shí)接通-Pt100.1 …-Pt100.8。

2.2 變頻電源控制

采用PPO4類型完成PLC主站對變頻器從站的控制?？刂谱旨盃顟B(tài)字分配見表1。

在循環(huán)程序中調(diào)用DP通信功能塊SFC14、SFC15，系統(tǒng)就會(huì)完成與逆變器的數(shù)據(jù)交換。

2.3 程序設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

將通道切換控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制放在定周期執(zhí)行的組織塊OB35中，根據(jù)采樣周期要求設(shè)定循環(huán)時(shí)間，本例中設(shè)定125ms，巡檢周期為2s。

2.3.1 巡檢切換繼電器控制

將DB5.DBW48作為循環(huán)加計(jì)數(shù)器，取其1、2、3位即DB5.DBX49.1-3來控制繼電器切換，轉(zhuǎn)換成格雷碼輸出可以減少繼電器動(dòng)作次數(shù)，延長壽命，定義DB5.DBB51為格雷碼輸出寄存器，輸出點(diǎn)Q19.0-3控制切換繼電器。

2.3.2 巡檢結(jié)果保存

在計(jì)數(shù)器最低位為1時(shí)讀取輸入值，為0時(shí)切換，穩(wěn)定時(shí)間為功能塊執(zhí)行周期。采用間接尋址，將采樣數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)區(qū)對應(yīng)通道。

2.3.3 問題及解決辦法

采用上述參數(shù)所對應(yīng)的采樣周期為2s，這對于電抗器溫度這樣的大慣性參量的檢測采樣已經(jīng)足夠，三組切換繼電器中的每一個(gè)都在這2s周期中動(dòng)作1個(gè)循環(huán)。因?yàn)楸磺袚Q的信號為弱電信號，因此繼電器的電氣壽命大大延長，可以只考慮觸頭的磨損，如中檔產(chǎn)品1000萬次，在此情況下可以計(jì)算出可連續(xù)工作5555h，即231天。

這對于連續(xù)工作的設(shè)備來說使用壽命有點(diǎn)短，可以通過延長切換時(shí)間周期的方法來延長繼電器的壽命，如在實(shí)測過程中發(fā)現(xiàn)電抗器的溫度變化很緩慢，采用10s檢測周期完全可以滿足要求，這樣可延長至5倍壽命。具體實(shí)現(xiàn)方法可以通過調(diào)整OB35的執(zhí)行周期（實(shí)現(xiàn)任意時(shí)長控制）或循環(huán)計(jì)數(shù)器的對應(yīng)控制位來實(shí)現(xiàn)（2的整數(shù)倍）調(diào)整采樣周期的目的。

3 結(jié)語

采用上述方法對電抗器性能測試、溫升測試和老化過程進(jìn)行溫度檢測，對各個(gè)電抗器的溫度用手持測溫槍進(jìn)行實(shí)測對比，結(jié)果令人滿意。由于巡檢測得的是電抗器內(nèi)置的Pt100，而手持測溫槍所測得的是電抗器表面溫度，因此存在偏差。

通過繼電器切換來分時(shí)復(fù)用PLC的模擬量輸入，完成多路Pt100熱敏電阻的溫度檢測，實(shí)踐證明是可行的。相比較每路采用單獨(dú)PLC模擬量輸入大大降低了硬件成本，提高了設(shè)備利用率；相比多路溫度巡檢儀不僅成本低而且系統(tǒng)簡單。該方法在對精度和實(shí)時(shí)性要求不高的場合非常實(shí)用。