利用PLC实现转速监控的新方法

电力18讯：    
1 陕西西安理工大学 2 陕西石泉县水电公司  李生民1　孙旭霞1　陈长江2　陈立品2  

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FX2N PLC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，特别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。转速比较判断程序如图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。