徐浩然
【摘 要】 现在大多采用PLC来完成各种信号的采集与控制，需要配置相应数量的模拟量输入模块。介绍一种温度巡检实现方法：采用PLC模拟量输入模块，通过继电器切换，将一个模拟量输入点分时复用完成多个温度巡检测量。通过继电器切换来分时复用PLC的模拟量输入，完成多路Pt100热敏电阻的温度检测，实践证明是可行的。
【关键词】 模拟量输入 Pt100 温度巡检 格雷码
在许多综合性的自动化控制系统中经常会有许多模拟量信号需要采集，其中有相当多属于温度检测。现在大多采用PLC来完成各种信号的采集与控制，需要配置相应数量的模拟量输入模块。在这些模拟信号中，有些信号尤其是大惯性的温度信号，对采集的实时性要求并不高，系统中也常采用温度巡检仪来完成。
采用PLC模块直接采集的方法简单可靠，但成本高；采用温度巡检仪虽然成本有所降低但是和控制系统的接口比较复杂。是否存在介于二者之间的既能象PLC一样简单可靠地实现信号采集，又能有效降低设备成本的实现方法：采用PLC模拟量输入模块，通过数字量输出模块控制中间继电器切换，将一个模拟量输入点分时复用测量多个温度测量。
1 样例系统
某实验测试系统同时对多台电抗器进行性能、老化、温升试验测试。系统采用西门子变频器来对电抗器模拟不同频率、电压、电流的工作条件，采用S7-300 PLC完成试验检测等自动控制，要求对电抗器的电流、电压、温升、噪音等进行监控并在上位机上记录。系统中每台被测电抗器都内置Pt100铂电阻进行绕组温度检测，最多同时测试18台，另有4点环境温度监测用Pt100铂电阻，共计22只铂电阻需要接入控制系统中。电压、电流变送器共4个通道需要接入控制系统。系统中上位机通过PLC上传数据以进行记录、分析统计并输出实时、历史趋势曲线，并可打印报表和输出检测报告。
1.1 变频电源系统配置
根据电抗器的电流通过能力来确定变频器的容量，采用多个电抗器串联同时进行测量的方式来提高系统的使用效率。电抗器的额定电流为350A，选择315kW、输出电流可达550A的变频器，以保证能够进行150%过载测试。
变频器装有CBP2通信板，通过ProfiBus-DP总线与自动化系统PLC通信，接受来自PLC的运行控制指令，返回变频器的状态信息给自动化系统。
1.2自动化系统配置
自动化系统采用西门子S7-300PLC，CPU为6ES7 315-2DP，其ProfiBus-DP接口连接变频器。配置开关量输出模板通过中间继电器控制接触器完成电抗器的安全投切；采用开关量输入模板完成各种开关状态的检测；采用模拟量输入模板完成温度、电流、电压、噪音等信号的采集。
2 设计及实现
采用西门子6ES7 331-7KF02-0AB0模拟量输入模块，作为温度传感器Pt100的输入模块，该模块可配置为4路Pt100输入。采用常规开关量输出模块，控制中间继电器实现多路传感器分时切换。
2.1 电路原理设计
常规接线方法6ES7 331-7KF02-0AB0模拟量输入模块只能接4路Pt100输入，而系统中一共有22个温度信号需要采集，初步构想将每路扩展成8路，系统将具备32个温度传感器能力，为以后系统扩展留足备用空间。
采用3组继电器，通过3个（组）开关量输出驱动完成4路到32路扩展，其中单路扩展如图1所示。
图1中-K1、-K2、-K3通过编码切换可达到分时接通-Pt100.1 …-Pt100.8。
2.2 变频电源控制
采用PPO4类型完成PLC主站对变频器从站的控制。控制字及状态字分配见表1。
在循环程序中调用DP通信功能块SFC14、SFC15，系统就会完成与逆变器的数据交换。
2.3 程序设计及实现
将通道切换控制、数据存储控制放在定周期执行的组织块OB35中，根据采样周期要求设定循环时间，本例中设定125ms，巡检周期为2s。
2.3.1 巡检切换继电器控制
将DB5.DBW48作为循环加计数器，取其1、2、3位即DB5.DBX49.1-3来控制继电器切换，转换成格雷码输出可以减少继电器动作次数，延长寿命，定义DB5.DBB51为格雷码输出寄存器，输出点Q19.0-3控制切换继电器。
2.3.2 巡检结果保存
在计数器最低位为1时读取输入值，为0时切换，稳定时间为功能块执行周期。采用间接寻址，将采样数据存入数据区对应通道。
2.3.3 问题及解决办法
采用上述参数所对应的采样周期为2s，这对于电抗器温度这样的大惯性参量的检测采样已经足够，三组切换继电器中的每一个都在这2s周期中动作1个循环。因为被切换的信号为弱电信号，因此继电器的电气寿命大大延长，可以只考虑触头的磨损，如中档产品1000万次，在此情况下可以计算出可连续工作5555h，即231天。
这对于连续工作的设备来说使用寿命有点短，可以通过延长切换时间周期的方法来延长继电器的寿命，如在实测过程中发现电抗器的温度变化很缓慢，采用10s检测周期完全可以满足要求，这样可延长至5倍寿命。具体实现方法可以通过调整OB35的执行周期（实现任意时长控制）或循环计数器的对应控制位来实现（2的整数倍）调整采样周期的目的。
3 结语
采用上述方法对电抗器性能测试、温升测试和老化过程进行温度检测，对各个电抗器的温度用手持测温枪进行实测对比，结果令人满意。由于巡检测得的是电抗器内置的Pt100，而手持测温枪所测得的是电抗器表面温度，因此存在偏差。
通过继电器切换来分时复用PLC的模拟量输入，完成多路Pt100热敏电阻的温度检测，实践证明是可行的。相比较每路采用单独PLC模拟量输入大大降低了硬件成本，提高了设备利用率；相比多路温度巡检仪不仅成本低而且系统简单。该方法在对精度和实时性要求不高的场合非常实用。
