如何利用PLC实现转速监控

转速监控装置是水轮发电机组重要的自动化装置，本文根据小型水电站的特点，提出了在控制机组运行的PLC上增加部分硬件，实现转速监控功能的方法，该方法既解决了测速装置的可靠性问题，又降低了系统的成本，是一种较为理想的方案。
1系统硬件构成
系统硬件是利用控制机组运行PLC的8个晶体管输出点和一个高速输入点，增加LED的译码和驱动电路，组成转速监控装置的硬件系统。
系统由转速信号检测单元、PLC（三菱FX2N系列）和LED速度显示电路三部分组成(如图1所示)。其中转速信号检测单元由光电码盘组成，光电码盘将机组转速转换成电脉冲信号，输入到PLC的高速输入端（如：X0），PLC程序按单位时间内脉冲数计算发电机的实际转速，并显示在LED数码显示器上。

2转速测量的软件设计
2.1转速计算方法
目前常用的转速计算方法有以下几种：
(1)M法：是在一定时间间隔内，对光电码盘输出脉冲数进行计数，并计算出转速，适用于发电机转速的高速测量。
(2)T法：是通过测量光电码盘的脉冲周期来计算电机转速的一种测量方法。
(3)M/T法：是结合了M法和T法的优点，在低速及高速段均有较高的分辨能力和测量精度。
(4)E/T法：其原理是从T法出发，只是为了克服T法高速时的精度问题。
结合FX2NPLC和该水电站水轮发电组的测速范围（0～600r/min），以及M法测速对硬件要求简单的特点，本文采用M法进行转速测量与计算。
假设与发电机同轴连接的光电码盘每旋转一周，输出脉冲数为P，电机的转速为n(r/min)，检测时间为T(s)，在T内的计数脉冲数为m，则电机的转速n为：
n=60m/pt
在检测时间T内其误差最大为1个脉冲，则M法转速分辨率Q为：
Q=60(m 1）/pt-60m/pt=60/pt
可见采用M法测速时，其分辨率与速度的大小无关，要想提高分辩率，除选用每转输出脉冲数多的光电码盘外，只有尽可能的增大检测时间，但是检测时间过大，转速的反馈延滞作用越严重，将严重影响系统的动、静态性能。
2.2转速检测的软件设计
2.2.1转速脉冲检测
将光电码盘的脉冲信号输入到PLC的高速输入端口X0上（X0为高速输入端，其最高频率为：2kHz）,利用PLC的测速功能指令“SPD”将100ms中的脉冲数存入PLC数据单元D0中，并进一步计算出发电机的转速。其梯形图如图2所示。

2.2.2转速计算
为了简化计算将光电码盘每转一圈的脉冲数设计为60个、检测时间T=1s,则发电机的转速n即为D0中的脉冲数
n=60D0/pt=60D0/60=D0
2.2.3转速处理和显示
PLC程序对机组转速进行实时检测，非凡是转速达到额定转速35、80、95、140时产生相应的机组控制信号，控制机组进行工况的转变。转速比较判定程序如图3所示。

其中D0为转速数据单元，K210为35的额定转速值（35×600）、M0～M2分别为转速小于210r/min,等于210r/min和大于210r/min控制标志位。
此外，测量的转速数据一方面通过RS232通讯接口上传到电站计算机监控系统，另一方面通过PLC的输出端口在LED显示器上就地显示。就地显示的PLC程序梯形图如图4所示。

梯形图中Y0表示PLC的输出以Y0～Y3输出显示数据信号（BCD码）、Y4～Y7输出位选信号的首地址，参数n表示选用数码管组数（4位为1组）。
本系统在鹅项颈水电站转速测量及保护系统中使用后效果良好。表明该系统具有结构简单、成本低、精度较高、运行可靠等优点，可以推广到其他高可靠性的转速信号测量系统中。