PLC检测柴油机转速的设计.pdf

工业 自 DOI 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 0 8 P L C检测柴油机转速的设计 王蔚鸿 ，戚连锁 ，高申德 1 海军工程大学 电气工程学院，湖北武汉4 3 0 0 0 0 ；2 ． 安庆中船柴油机有限公司， 安徽安庆 2 4 6 0 0 3 摘要早期采用P L C 设计柴油机的安全保护回路时， 直接采用三线制转速传感器的脉冲信号经过处理后输出；后来应船级社要 求，转速传感器回路需要增加断线检测功能，于是使用P L C 配合光耦板来检测三线制转速传感器的回路是否正常并采集转速信 号，但在应用中发现存在应急启动柴油机后没有运行信号的漏洞；最后研发了采用 P L C 、两线制转速传感器以及断线监测模块 这三者配合起来检测转速传感器的回路是否正常并完成柴油机转速信号采集的功能。每一次在功能上都有升级，但升级的同时 也会带来其他问题 ，针对实际使用时出现的问题进行分析 、 研究 ， 并提出一种新的解决方案。 关键词 可 编程控 制器 ；转速传感器 ；安全保护 回路 ；断线检测 中图分类号 T M5 7 1 ． 6 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 50 20 0 2 50 3 De t e c t i n g t h e Di e s e l S p e e d b y Us i n g PLC WA N G We i h o n g 。 ，Q I L i a n S U O ，G A O S h e n d e 1 ． Na v a l Un i v e r s i t y o f E n g i n e e r i n g，Wu h a n 4 3 0 0 0 0，C h i n a ； 2 ． A n q i n g C S S C D i e s e l E n g i n e C o ． ，L t d ． ，A n q i n g 2 4 6 0 0 3 ，C h i n a Abs t r a c t Ea r l y s t a g e， wh e n u s e d P LC t o d e s i g n t h e d i e s e l e n g i n e s a f e t y p r o t e c t i o n c i r c u i t ， i t u s e d t h e t h r e e wi r e s i gn a l o f s p e e d s e n s o r di r e c t l y a n d ma d e s o me t r e a t me n t ，t h e n o u t p u t t e d ． L a t e r ，t o s a t i s f y t h e r e q u i r e me n t o f t h e c l a s s i fic a t i o n s o c i e t y ， t h e s p e e d s e n s o r s a f e t y pr o t e c t i o n c i r c u i t s h o u l d o wn t h e d i s c o nn e c t i o n de t e c t i o n f u n c t i o n， S O u s e d P L C a n d o p t o c o u p l e p l a t e t o d e t e c t i f t he t h r e e - wi r e s p e e d s e n s o r c i r c u i t i s n o r ma l a n d c o l l e c t t h e s p e e d s i g n a l ，b u t o f t e r p u t t e d i n t o u s e， i t e x i s t e d t h e l o o p h o l e t h a t t h e r e wa s n o o p e r a t i o n s i g n a l wh e n t h e d i e s e l s t a r t e d i n e me r g e n c y mo d e ．F i n a l l y， d e v e l o p e d a me t h o d c o mb i n e PL C， t wo wi r e s p e e d s e n s o r a n d wir e b r e a k s u p e r v i s i o n mo d u l e t h e t h r e e p a rt t o d e t e c t i f t h e s p e e d s e n s o r s afe t y p r o t e c t i o n c i r c u i t wa s n o r ma l a s we l l a s c o l l e c t t h e e n g i n e s p e e d s i g n a 1 ． Ev e r y t i me t h e d e t e c t i o n me t h o d c h a n g e c o u l d ma k e t h e pr o mo t i o n o f f u n c t i o n，bu t t h e p r o mo t i o n als o b r o u g h t o t h e r p r o b l e ms ， t h i s e s s a y a i ms a t t h e p r o b l e m o c c u r r e d i n a c t u a l u s a g e，ma k e s a n a l y z a t i o n a n d r e s e a r c h，a n d p r e s e n t s a n e w s o l ut i o n． K e y wo r d s p r o g r a mma b l e c o n t r o l l e r ； s p e e d s e n s o r ； s afe pr o t e c t i o n c i r c u i t ； d i s c o n n e c t i o n de t e c t i o n O引言 在柴油机安保控制系统 中，有一个非常重要 的控制 回路就是对柴油机 的转速监控 ，自从继 电 器控制改为 P L C控制后 ，柴油机转速检测 回路经 历 了三个阶段 ，每一 阶段都有一定 的优点 ，但是 也会带来一些其他的问题 ，正因为如此 ，需要在 实际工作中不断思考 、试验、完善设计工作 ，提 出新 的解决问题方案 ，提高产品的可靠性 、降低 成本 ，实现利润最大化。 1 柴油机转速检测回路比较 第一阶段 ，直接采用三线制转速传感器 的脉 冲信号经过处理后输出，接线简单 、信号准确 ， 收稿 日期 2 0 1 40 8 2 6 可靠性高 ，但缺点是无法实现断线报警，当发生 断线的时候 ，柴油机会发 出超速停车误报警 ；第 二阶段 ，使用 P L C配合光耦板来检测三线制转速 传感器 的回路是否正常 ，并且采集转速信号 ，新 增加了转速传感器断线检测功能 ，信号也 比较准 确 ，但缺 点是从柴油机上启动电磁阀处应急启动 柴油机后 ，控制屏没有转速信号显示 ，无法自动 起到应有的保护作用 ；第三阶段 ，采用 P L C、两 线制转速传感器 以及 断线检测模 块这三者配合起 来检测转速传感器的回路是否正常 ，并完成 柴油 机转速信号采集的功能，此回路的优点是更容易 实现转速传感器断线 检测和转速检测 ，解决 了第 自动化 二 阶段检测回路在应急启动后没有运行信号的问 题 ，缺点 是额外 增加 了采购 断线检 测模 块 的成 本 ，并且断线检测模块的故障率较高 、其配套的 电流型的转速传感器更容易受到外界的干扰u 。三 种检测 回路优缺点 比较见表 1 。 表 1 三种检 测回路优缺点 比较表 作导致触点氧化 ，因为固体继 电器没有实际的触 点 ，使 用周 期就 是其 设计 生命 周期 。如 图 1 所 示 ，只在高电平时输出。 2 ． 2优化 再经过深入分析 ，固体继 电器的 “ 线圈”和 2 控 制系统 的改进设计 2 ． 1 新方案 在控制 系统 的程序里面增加一个4 S 的脉冲信 号 2 S 的高电平 ，2 S 的低电平用来驱动转速切 换继 电器 K 2 5的线圈 ，在停机状态下此脉冲型号 一 直有效输 f } J ，且驱动 K 2 5 工作用来检测柴油机 是否在运行状态 ，如果检测到当前转速大于 3 0 r ／ rai n ，则之前设定的脉冲型号将被屏蔽 ，K 2 5 一直 处在持续检测转速的工作状态 ；而如果转速低 于 3 0 r ／ m i n ，则检测脉冲又恢 复工 作状态 。鉴 于 目 前使用的M Y 4 N J 型继电器的触点使用寿命约为 l 0 0 0 万次 ，如果长此 以往 ，则 K 2 5 继 电器的触点 将会很快氧化 如果柴油机在停机状态下估计 只 能使用约 1 ． 5 年 ，使用寿命会大大缩短 。考虑到 以上弊端 ，需要选用没有实际触点的固体继 电器 或 其 他 门 电路 功 能 的 电 气 元 件 替 代 这 个 M Y 4 N J 型的K 2 5 继电器，避免实体触点频繁地动 l I I 1． 兰 一 一 图 1 4 S 的时 间脉 冲 “ 触点 ”之 间可能有漏 电流 存 在 ，如果有漏 电流 ，可能会对 转速传感器 的信号产生有效的 干扰 ，为了避免漏 电流产生干 扰 ，决 定用光 电耦合器来代替 固体继电器。因为光 电耦合器 的特有功能 光耦隔离就是采 用光耦 合器进行 隔离 ，光耦合 器的结 构相当于把发光二极管 和 光 敏f 三极 管 封装 在 一 起 。 发光二极管把输入 的电信号转 换为光信号传给光敏 管转换 为 电信号输 出，由于没有直接的电气连接 ，这样既 耦合传输 了信号 ，又有隔离十扰 的作用一 只要光 耦合器质量好 ，电路参数设计合理 ，一般故障少 见 。而且光耦 的价格 与断线报警模块相 比，基本 可以忽略不计 。见图2 光耦合器。 图2光耦合器 光 敏 一 极 管 2 ． 3试验 按 图 3 试 验电路接线 图将 实物接线通 电 ，并 输入程序 ，将转速传感器 的任意一根 电缆断 开 ， 控制屏 发出 “ 转速传感器 断线报警 ” ，柴油机至 F Z Z 墨 ■ r ， z ， ■ F 翻 I j 2 6 I 王 蔚鸿等P L C 检测柴油机转速的设计 图3试验电路接线图 1 5 0 r ／ m i n 后，立即给出 “ 运行”信号，通过软件 监控P L C的运行状态，确认实际转速与软件监控 的转速显示基本一致[ 3 - 4 1 ；将柴油机的转速调整到 超速值后 ，Q 0 ．O 有输出，1 K 6 发出超速指示。输 入输出分配表见标 2 、表 3 。 表 2输入分 配表 开关量 开关量 开关量 开关量 开关量 开关量 超速输出指示 转速传感器回 路断线指 示 输出时，检测柴油机是否在运行状态 串接光耦C O 1 和变阻器R l 输出时，检测柴油机是否在运行状态 串接光耦C 0 2 和变阻器R 2 转速达到1 5 0 r ／ m i n 时， 指示运行信号 转速达到6 0 0 r ／ m in 时，指示6 0 0 r ／ mi n 信号 3总结 通 过 试 验 得 出 结论 无论在开机状 态还是在停 机状态下 ，断开速度传感 器的接线后 ，在 3 S 的时间 内 ，电路 发 出 “ 转速传感 器 断线 报警 ” ；无 论 在柴 油机旁还是在远程位置启 动 柴 油 机 ，在 转 速 达 到 V 1 0 3 1 5 0 r ／ m i n后 ，试 验 电路 给 C 0 2 出 “ 运 行”信号 ；当实 际 转速达 到所测柴油机额定 转速的 1 1 2 ％后 ，电路发出 “ 超速停车”指示 。这项设 计 确保 了安保 系统的可靠 性 ，还具有如下优点 1 每 台机 节省成 本 6 0 0 元 ，按年产 4 0 0台机计 算可以节省2 4 万元 ； 2 增强 了对柴油机控制技术的 自主控制能 力 ； 3 解决了三线制转速传感器在应急启动后 不能 自动切换到转速检测运行模式 的问题 ；在此 情况下 ，5 D K 一 2 0 e 型柴油机如果运行在 P MS 模式 下 ，可能有打坏启动电机和飞轮齿圈的潜在危险 ； 4 解决 了三线制转速传感器在运行状态下 断线后可能发生超速停车的问题 ； 5 降低 故障率 ，缩短调试 、检修周期 ，节 约经济开支。 参考文献 [ 1 ]隋媛媛． 西门予系列P L C 原理及应用 [ M]． 北京人 民邮电 出版社 ，2 0 0 9 ． [ 2 ]高强． 西门子 P L C 2 0 0 ／ 3 0 0 1 4 0 0 应用程序设计 实例 精讲 第二版 [ M]．北京电子工业出版社，2 0 0 9 ． [ 3 ]何 汪洋，姜莉莉，张灿为，等． 基于P L C和触摸屏的 柴油机机体清洗装备 的研究 [ J ]．机 电工程技术 ， 2 0 1 3 8 5 9 6 1 ． [ 4 ]刘 华波．西 门子 s 7 2 0 0 P L C编程及 应 用案例 精 选 [ M]．北京机械工业出版社，2 0 0 9 ． 第一作者简介王蔚鸿，男，1 9 6 6 年生，安徽安庆人，硕 士研究生，教授级高级工程师。研究领域电力系统的智 能化监控技术。 编辑 阮毅 0 l 2 3 4 5