水力发电机组轴承过热保护PLC的程序设计

本文通过对西津水力发电厂机组轴承过热保护PLC程序设计的分析，充分了解和掌握程序设计的思路，对水电厂机组的安全维护具有现实的意义。

西津水电厂属于低水头河床式水电站，从20世纪90年代开始，逐步将历史经验沉淀的机组自动化信号元件配置改造成为具有现代高技术含量的计算机监控系统。在技术改造过程中，将几十年积累的经验与现代高技术相结合，在现地控制单元PLC程序设计中，形成一套比较完善的机组自动化控制程序。

水力机械事故保护程序是PLC程序设计重要模块，其中机组轴承过热保护是关键。水力发电机组的上导、推力、下导和水导轴承，均改造为塑料轴瓦。发信采样点数分别为上导2点、推力4点、下导2点和水导2点，温度升高报警值为55ºC，温度过高事故停机值为65 ºC。各测点的PLC编程都是类似的，为了避免重复，下面仅对典型的推力轴承过热保护PLC程序设计作简要分析。

PLC硬件、软件配置

PLC采用美国通用电气的GE90-70系列，通过通讯模块直接上以太网；感温元件采用PT100铂电阻。PLC编程软件使用GE公司开发的windows平台下的Proficy Machine Edition V5.60。

在编程前，根据现场设备确定开关量（包含中断量、输入和输出量）、模拟量和RTD量等外围信号的点数，先完成硬件配置，接下来就是统筹考虑，分配各功能模块的软元件，对每个软元件定义别名，并做一些简要的描述。做好了前期定义配置工作，就可以根据用户的应用流程进行PLC编程。表1仅为推力轴承RTD第一点过热保护设计所需要的软元件定义分配表，为便于阅读，已对原程序的软元件的定义作了适当的修改。

表1

PT100断线和阻值突变检测设计

PT100感温信号经过屏蔽电缆引至现地控制单元（LCU）的RTD模块，其回路中间可能经过部分端子转接。PT100在机组的长期运行过程中，信号回路有可能出现开路或接触不良，阻值出现很大或突变现象。为此，在编程时，必须首先考虑如何检测这些不正常的情况，避免温度保护误动，引发事故停机。具体编程思路见图1。

图1

对于1 Rung :PLC在扫描过程中，先判断AI0001的数值是否-1200~1200（1位小数点，以下同）之间，在这个区间外，就可以判断PT100断线，中间变量M01000线圈失能，“PT100故障”光字牌点亮，信号上送报警；如果AI0001的数值在这个区间内，则判断PT100不断线，中间变量M01000线圈使能，开接点接通。

对于2 Rung : M03000为通道故障，在其他模块定义。首先在PT100不断线的情况下，M01000开接点接通，经过定时器15s，M01001线圈瞬间接通又由于回路中串有自身闭接点而断开，同时AI0001的数值写入变量R02000中。

下一次扫描，在通道不故障的情况下，M03000开接点接通，判断AI0001与R02000的差值是否在-50~50，若在这个区间内，说明轴瓦温度在正常范围内递增或递减，没有出现突变现象，M01001线圈使能，AI0001的数值再次写入变量R02000中，为后续回路做准备。

温度升高和过高检测处理设计

在判断PT100正常的条件下，下一步就是进行温度升高和过高检测处理设计。这一步设计的指导思想是，温度升高仅发信，引起运行人员的注意，温度过高应在温度升高的基础上判断，并设置一个迂回值，防止在临界点抖动；停机开出驱动两两串接（即1和2、2和3、3和4，4和1），以提高判断的准确性和可靠性，防止误动。根据这个设计思想，具体编程思路见图2。

图2

对于3 Rung : 在PT100正常的条件下，M01001开接点接通。如果AI0001的数值超过550时，M01002线圈使能，点亮“推力轴承温度升高”光字牌，并上送故障信号；同理，在温度升高的基础上，如果AI0001的数值超过650时，M01003线圈使能，点亮“推力轴承温度过高”光字牌，并上送该点事故信号，而另一支路为嵌位回路，AI0001的数值在645~710时，M01003线圈一直使能，防止M01003抖动。

对于4 Rung : 在PT100正常的条件下，如果第一、二点RTD测温均超过65 ºC，并经定时器8s后，Q01000线圈使能,程序认为机组推力轴瓦温度过高，则由后面的回路驱动出口事故停机。推力轴瓦RTD 测点共有四点，每相邻两点两两串接，形成四条支路并联驱动Q01000。

开关量和光字牌输出设计

为保证机组的安全，PT100故障、轴瓦温度升高应发信，轴瓦温度过高必须发信并驱动出口事故停机。各点信号均点亮相应的光字牌，所有信息应上送上位机。事故出口回路一般设有压板和事故复归按钮，方便运行人员投切保护回路或事故解除后复归保护回路和信号。具体编程思路见图3。

图3

对于5 Rung : Q01000开接点经过轴承过热压板I00101驱动Q01001、Q01002，Q01001开接点与事故复归按钮I00100串联作为自保持回路。由Q01001驱动开出继电器，外围操作回路事故电磁阀1DPK动作，机组事故停机。事故解除后，Q01000复归，可由运行人员按下事故复归按钮，I00100闭接点断开一下，Q01001、Q01002线圈失能，再由其他回路驱动外围操作回路复归事故电磁阀1DPK。

对于6 Rung、7 Rung、8 Rung：这三步均为相应的光字牌点亮回路。由M01000闭接点驱动Q01003，点亮“PT100故障”光字牌；由M01002开接点驱动Q01004，点亮“推力轴承温度升高”光字牌；由M01003开接点驱动Q01005，点亮“推力轴承温度过高”光字牌。所有信息应上送上位机报警。

经验总结

西津水电厂机组自动化经过技术改造后，几十年的运行维护经验在高技术的光环下大放光彩，凸显了勃勃生机。完善成熟的机组PLC控制程序是计算机监控系统最重要的应用程序之一，经过十几年运行实践证明，西津水电厂机组PLC控制程序是安全可靠的，特别是水机事故保护并没有出现过因PLC编程而误动的现象。

（摘编自《电气技术》，原文标题为“水力发电机组轴承过热保护PLC程序设计分析”，作者为杨献。）

工厂应用实例，带您使用西门子PLC编程驱动编码器，PLC提高教程

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编码器将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号。

编码器按照工作原理可分为增量式和绝对式两类。

增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小，增量式编码器一般用于非全闭环系统，工业中大多数编码器都是增量式的。

绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。绝对式编码器一般用于比较频繁的往复运动，多次重复下依然可以保持高准确性，这一点优于增量式的，所以一些精确度比较高的伺服电机配置的就是绝对式编码器。

伺服电机后部的装置就是编码器

按照功能分类编码器大体可以分为测位移编码器和测角度编码器。

测位移编码器是最常见的，使用起来比较方便，只要通过联轴器将编码器安装在轴承的中心，使得运动时编码器一起同心转动即可，比如伺服电机或者车辆控制等等场合。

测角度编码器则是测量物体旋转角度，一般只适用于圆周运动的物体。

在工厂中，编码器与PLC配合使用；对于一般的PLC，比如西门子S7-200，200SMART或者其他品牌的PLC，需要使用高速计数器功能，即物体行走的轴承旋转一圈，编码器旋转一圈，而编码器旋转一圈会向PLC发送固定的脉冲（每个编码器不一样）。而PLC接收信号后需要测量到达目的地时的脉冲数量，如果使用变频器驱动电机的话，可以设置快慢速，提前减速，然后慢速开到目标位停车，以此达到精准定位的目的。

那么编码器是如何接入PLC系统的呢？

首先确认编码器是什么类型的？需要接到PLC的哪个通道上？

我们以西门子S7-200smart配合常见的AB正相交编码器为例；

西门子S7-200smart共有四个高速计数器通道，为：HSC0/HSC1/HSC2/HSC3。其中HSC0和HSC2可接的编码器种类较多，我们将编码器接到HSC0通道。

接线；上述的编码器为五根线，其中有24V，0V，A+，B+和屏蔽线，按照图纸将A+，B+接到I0.0和I0.1上。

接完线后，我们需要在PLC里配置编码器信息；S7-200smart有两种方式可以配置编码器信息；

1 高速计数器向导，向导体现了西门子的人性化，使用起来比较方便，按照编码器参数输入进去后会生成一个子程序，直接调用该子程序即可。

通过向导设置参数

2 通过程序设置，如果通过程序本身，我们需要按照编码器参数对两个系统存储器进行赋值。

参数说明，请按照编码器参数设置

程序编程

编程说明；在PLC上电时SBR0对编码器进行系统设置，并且将上次停机时的数值记录进去，即保存上次PLC停机前的状态。然后将编码器值发送给VD350进行计算，在I0.7触发的情况下跳入SBR1进行清零操作，如果需要进一步计算的话请使用VD350进行转换。

最后使用编码器大家需要谨记；

1 编码器本身分为PNP和NPN，使用时请注意区分。

2 编码器属于精密设备，需要单端接地，即接到PLC侧的地线上。

3 编写程序时，请先将编码器设置，即用上电后置位一个周期的功能，原因之前我们也讲过，大家可以翻看。

4 如果干扰过大请使用程序滤波，以前的文章有怎么滤波，但滤波后需测试是否存在丢数据现象。

5 编码器的运动属于圆周运动，安装非常严格，否则会影响编码器使用寿命。

这是一个非常好的可以停机保存编码器记录的程序例子。希望大家可以以此学会编码器。

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