普通PLC模塊用于溫度巡檢系統

徐浩然

【摘 要】 現在大多采用PLC來完成各種信號的采集與控制，需要配置相應數量的模擬量輸入模塊。介紹一種溫度巡檢實現方法：采用PLC模擬量輸入模塊，通過繼電器切換，將一個模擬量輸入點分時復用完成多個溫度巡檢測量。通過繼電器切換來分時復用PLC的模擬量輸入，完成多路Pt100熱敏電阻的溫度檢測，實踐證明是可行的。

【關鍵詞】 模擬量輸入 Pt100 溫度巡檢 格雷碼

在許多綜合性的自動化控制系統中經常會有許多模擬量信號需要采集，其中有相當多屬于溫度檢測?，F在大多采用PLC來完成各種信號的采集與控制，需要配置相應數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，對采集的實時性要求并不高，系統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的接口比較復雜。是否存在介于二者之間的既能象PLC一樣簡單可靠地實現信號采集，又能有效降低設備成本的實現方法：采用PLC模擬量輸入模塊，通過數字量輸出模塊控制中間繼電器切換，將一個模擬量輸入點分時復用測量多個溫度測量。

1 樣例系統

某實驗測試系統同時對多臺電抗器進行性能、老化、溫升試驗測試。系統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完成試驗檢測等自動控制，要求對電抗器的電流、電壓、溫升、噪音等進行監控并在上位機上記錄。系統中每臺被測電抗器都內置Pt100鉑電阻進行繞組溫度檢測，最多同時測試18臺，另有4點環境溫度監測用Pt100鉑電阻，共計22只鉑電阻需要接入控制系統中。電壓、電流變送器共4個通道需要接入控制系統。系統中上位機通過PLC上傳數據以進行記錄、分析統計并輸出實時、歷史趨勢曲線，并可打印報表和輸出檢測報告。

1.1 變頻電源系統配置

根據電抗器的電流通過能力來確定變頻器的容量，采用多個電抗器串聯同時進行測量的方式來提高系統的使用效率。電抗器的額定電流為350A，選擇315kW、輸出電流可達550A的變頻器，以保證能夠進行150%過載測試。

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

1.2自動化系統配置

自動化系統采用西門子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；采用開關量輸入模板完成各種開關狀態的檢測；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 設計及實現

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。采用常規開關量輸出模塊，控制中間繼電器實現多路傳感器分時切換。

2.1 電路原理設計

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

采用3組繼電器，通過3個（組）開關量輸出驅動完成4路到32路擴展，其中單路擴展如圖1所示。

圖1中-K1、-K2、-K3通過編碼切換可達到分時接通-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字分配見表1。

在循環程序中調用DP通信功能塊SFC14、SFC15，系統就會完成與逆變器的數據交換。

2.3 程序設計及實現

將通道切換控制、數據存儲控制放在定周期執行的組織塊OB35中，根據采樣周期要求設定循環時間，本例中設定125ms，巡檢周期為2s。

2.3.1 巡檢切換繼電器控制

將DB5.DBW48作為循環加計數器，取其1、2、3位即DB5.DBX49.1-3來控制繼電器切換，轉換成格雷碼輸出可以減少繼電器動作次數，延長壽命，定義DB5.DBB51為格雷碼輸出寄存器，輸出點Q19.0-3控制切換繼電器。

2.3.2 巡檢結果保存

在計數器最低位為1時讀取輸入值，為0時切換，穩定時間為功能塊執行周期。采用間接尋址，將采樣數據存入數據區對應通道。

2.3.3 問題及解決辦法

采用上述參數所對應的采樣周期為2s，這對于電抗器溫度這樣的大慣性參量的檢測采樣已經足夠，三組切換繼電器中的每一個都在這2s周期中動作1個循環。因為被切換的信號為弱電信號，因此繼電器的電氣壽命大大延長，可以只考慮觸頭的磨損，如中檔產品1000萬次，在此情況下可以計算出可連續工作5555h，即231天。

這對于連續工作的設備來說使用壽命有點短，可以通過延長切換時間周期的方法來延長繼電器的壽命，如在實測過程中發現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。具體實現方法可以通過調整OB35的執行周期（實現任意時長控制）或循環計數器的對應控制位來實現（2的整數倍）調整采樣周期的目的。

3 結語

采用上述方法對電抗器性能測試、溫升測試和老化過程進行溫度檢測，對各個電抗器的溫度用手持測溫槍進行實測對比，結果令人滿意。由于巡檢測得的是電抗器內置的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復用PLC的模擬量輸入，完成多路Pt100熱敏電阻的溫度檢測，實踐證明是可行的。相比較每路采用單獨PLC模擬量輸入大大降低了硬件成本，提高了設備利用率；相比多路溫度巡檢儀不僅成本低而且系統簡單。該方法在對精度和實時性要求不高的場合非常實用。