利用S7-200 PLC的高速计数器进行数据采集

　　摘　要：介绍了西门子S7-214可编程序控制器在气体在线监测系统中的应用，主要阐述了利用PLC的高速计数器对8路通道进行数据采集。

　　关键词：可编程序控制器;溶解气体分析法;高速计数器;在线监测

　　变压器油中溶解气体分析法(DGA)[1]是利用不同类型的变压器故障对应不同的变压器油中溶解气体浓度性 质，通过分析故障特征气体的浓度来获知变压器故障类型[2]。由于DGA法能够在不停电的情况下进行故障检测，不受外界影响，可以定期在变压器运行过程中对其内部故 障进行诊断。所以变压器油中溶解气体微机在线监测系统是通过对变压器油中的几种特征气体-氢气、二氧化碳、甲烷、乙烷、一氧化碳、乙炔、乙烯以及温度进行在线取样、分析，并将获得的数据进行综合运算、处理，以便于及时地、准确地了解变压器的运行状态，为故障的预警和控制服务，有利于采取措施避免重大故障、提高电力系统运行的可靠性。

　　本文主要介绍利用S7-214 PLC的高速计数器对变压 器油中溶解气体以及温度信号进行采集。

　　1　测量系统硬件设计

　　传感器充分考虑他们的灵敏度、选择性及稳定性，共采用以下几类传感器：场效应管类(检测氢气)、热阻效应类(检测温度)、电化学传感器类(检测二氧化碳)、半导体氧化物传感器类(检测甲烷、乙烷、一氧化碳)以及三电极体系(检测乙炔、乙烯)等5类传感器。为了维持溶解气体在油箱与气室之间的动态平衡，同时根据各传感器的响应特性及检测时是否消耗溶解气体及消耗多少的情况，将各传感器安装于气室的不同部位并规定检测顺序与检测周期。氢气、温度、二氧化碳传感器直接置于气室顶部，而其他传感器由于在检测时会消耗一定的气体，如果直接置于气室中，检测结果会引进较大的偏差，所以将其分别置于3个检测室，气室与检测室用电磁阀连通，只有在需要采集信号时才由PLC控制打开，平时则关闭，以尽量减小检测时消耗的气体所带来的负面影响。

　　场效应管类H2传感器有3个引脚，1脚为加热端，2脚为地，3脚为信号端。根据传感器测量要求，在1，2两端需加一恒定电压2.8 V，以保证传感器测量的准确性;流经3脚的电流需恒定为100μA。检测信号经运放以及V/F转换得到频率信号。图1为H2通道的检测电路。

　　CO2传感器有2个引脚，是一个电化学传感器，输入阻抗较高，约在10～100 MΩ，对阻抗变换电路有较高要求。检测信号经运放以及V/F转换得到频率信号。

　　C2H2，C2 H4，CO传感器有3个引脚，是一个采用恒电位电解的三电极电化学体系。由恒电位仪对传感器提供恒电位并检测信号，然后输出给运放以及V/F转换电路。

　　CH4，C2H6半导体传感器有4个引脚，根据测量要求，保证1，2两端的测量电压为10 V，3，4两端的加热电压为5 V，一分压取样电阻串联在测量回路中，当有敏感气体吸附时传感器电阻变化，则取样电阻两端的电压值亦变化，该变化即为检测信号，然后输出给运放以及V/F转换电路转换为频率信号。

　　如图2所示，系统选择EM222为其扩展模块，其Q2.0～Q2.3分别接到16选1芯片4067的通道选择端A，B，C，D，即可由PLC控制选通信号使某一通道(IO0～IO7)的频率得以选通进入PLC的I0.6，再由PLC的高速计数器对频率进行计数，从而得到对应气体含量和温度值的各路频率信号。

　　2　PLC的HSC软件设计

　　S7-214 PLC的高速计数器(High-Speed counter)可 对PLC扫描速率来不及处理的高速事件进行计数。CPU214有3个高速计数器HSC0，HSC1，HSC2。HSC0是一个接收单一时钟输入的递增或递减计数器，其计数的方向(加法计数或减法计数)由程序通过方向控制位来控制，HSC0的最高计数频率为2 kHz。HSC1和HSC2是多功能计数器，如表1所示可有12种工作模式，对时钟、方向控制、复位和启动有专用的输入，最高时钟频率7 kHz。对于双脉冲计数器，2个时钟可以工作在7 kHz，在正交模式下，计数速率可选择×1或×4。如果为×1，则最高计数速率为7 kHz;如果为×4，则最高计数速率为28 kHz。HSC1和HSC2相互间完全独立，互不影响，即2个计数器都工作在最高频率也互不干涉[3]。