摘要：針對康明斯康明斯型柴油機控制箱調試時出現(xiàn)的柴油機轉速傳感器信號無法采集的問題進行分析。分析表明故障原因系轉速傳感器和PLC匹配不合理，導致柴油機轉速無法被采集。通過對二者的接線方式進行分析和改進，合理解決了該問題，并作為改進措施引入后續(xù)康明斯發(fā)電機組項目。

一、轉速傳感器的故障情況

      隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，柴油機控制的自動化程度越來越高，如從早期的基于繼電器的設計到基于可編程邏輯控制器（PLC）的設計。但是在應用過程中會出現(xiàn)如因對PLC及相應采集元件的原理掌握不夠，從而在設計時出現(xiàn)兩者不匹配，導致信號無法正常采集等故障。

      本文結合康明斯公司在臺架試驗現(xiàn)場進行柴油機機旁控制箱功能試驗時，出現(xiàn)柴油機轉速傳感器信號無法被S7-200系列PLC采集的案例，分析原因并提出改進措施，為后續(xù)轉速傳感器的匹配設計提供參考。康明斯公司在臺架試驗現(xiàn)場進行康明斯項目柴油機機旁控制箱配機調試時，發(fā)現(xiàn)該項目的3臺柴油發(fā)電機組的轉速傳感器信號均無法采集，對柴油機安保功能的實現(xiàn)造成較大影響。

二、轉速傳感器的原因分析

      該項目機旁控制屏由西門子S7-200系列PLC構成安全、控制和報警3個系統(tǒng)。2個轉速傳感器分別接入安全系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，利用PLC高速計數口對2個速度傳感器輸出的脈沖信號進行處理并計算出柴油機實時轉速。轉速傳感器品牌為日本MEIYO。MEIYO轉速傳感器為磁電式轉速傳感器。該項目的傳感器安裝在柴油機罩殼上，并對準測速齒輪。測速齒輪的齒頂和齒槽交替經過傳感器并切割磁力線，磁隙的變化引起磁阻的變化，在線圈中感應電勢也隨之變化，從而輸出一個感應電勢脈沖。對感應電勢脈沖進行放大、整形后對外輸出。PLC的高速計數口對轉速傳感器輸出的脈沖電壓進行采集，通過采集1s內的脈沖數，并經過程序計算后得出柴油機的轉速。西門子S7-200該系列PLC高速計數口可識別的邏輯“1”對應的電平為15～26 VDC，也就是說轉速傳感器的脈沖電壓的高電平須在15～26 VDC之間。

      為查找故障具體原因，進行了如下幾個方面的定性分析。

（1）從故障情況來看：3臺機的6個轉速傳感器信號均無法采集，而且所有元件都經過入廠檢驗，合格后才入庫。因此基本可以確定：此次故障非單一元件的質量問題所引起。

（2）對照接線圖對6個轉速傳感器的接線情況進行了逐一檢查，確認與圖紙要求完全一致。

（3）為進一步查找原因，采用德國Noris轉速傳感器替代MEIYO轉速傳感器進行試驗。經過反復多次的試驗，各臺機組機旁控制箱的PLC均能正常采集轉速信號。基本可以確定故障系MEIYO轉速傳感器與PLC之間的匹配存在問題，同時也驗證了PLC工作是正常的。

（4）為了找到兩種轉速傳感器的差異，采用示波器分別對Noris轉速傳感器和MEIYO轉速傳感器輸出的信號進行監(jiān)測。

      從監(jiān)測到的波形可以看出：MEIYO轉速傳感器輸出的信號脈沖高電平在8 VDC左右，Noris轉速傳感器的脈沖高電平在20VDC左右。上文已經提到：根據西門子手冊，高速計數口能采集的高電平范圍為15～26VDC。MEIYO轉速傳感器輸出的脈沖高電平僅為8VDC，與PLC端口的要求不符，因而出現(xiàn)轉速脈沖信號無法被PLC采集的情況。

（5）經查閱轉速傳感器相關資料：傳感器通過三極管對外輸出脈沖電壓。雙極型三極管分為PNP型和NPN型。如圖1所示。

圖1  轉速傳感器三極管類型（輸出脈沖電壓）

      針對PNP和NPN兩種類型的輸出，對應的PLC分別有不同的接線方法。如圖2所示，對于PNP型輸出，當三極管輸入電壓大于開啟電壓Vov后，三極管導通，輸出電壓為高電平，滿足PLC采集要求。對于NPN型輸出，當三極管輸入電壓大于開啟電壓Vov后，三極管導通，輸出電壓為低電平，無法滿足PLC采集要求。這也與示波器現(xiàn)場監(jiān)測到的波形一致。通過增加上拉電阻，使得PLC高速計數口的電壓為高電平，即可滿足PLC的采集要求。

      通過更改接線，PLC采集的相當于是L+與I0.0之間的電平。對于NPN型輸出，當三極管輸入電壓大于開啟電壓Vow后，三極管導通，此時L+與10.0.之間為高電平，滿足PLC采集要求。

      從上述兩種轉速傳感器的技術參數看：MEIYO轉速傳感器輸出型式為NPN，Noris轉速傳感器輸出型式為NPN和PNP。也就是說，Noris轉速傳感器既可按NPN型式接線也可按PNP型式接線，而MEIYO轉速傳感器只能按NPN型式接線。

圖2  PNP型柴油機轉速傳感器接線方法

三、改進措施及效果

（1）根據以上分析，對現(xiàn)場的3臺機的機旁控制箱按圖2的接線方法，在PLC的I0.0和L+端子之間增加一個阻值為2.5 kΩ的上拉電阻。在完成該改進方案后，開機進行驗證，安全系統(tǒng)和控制系統(tǒng)轉速顯示均正常，而且與柴油機上機械轉速表的顯示保持一致。

（2）再次對機旁控制箱按圖5的接線方法更改PLC接線。整改完成后，同樣進行開機驗證，安全系統(tǒng)和控制系統(tǒng)轉速顯示正常，而且與柴油機上機械轉速表的顯示保持一致。

（3）通過以上分析和試驗，驗證了按圖2接線方式均能滿足PLC對NPN型轉速傳感器的信號采集功能。為統(tǒng)一標準，對于今后采用NPN型轉速傳感器，明確按圖5的接線方法進行接線圖的繪制和產品的制造。

總結：

      通過以上對故障情況的分析，并在后續(xù)項目圖紙設計時按制定的措施落實，經多輪柴油機配機試驗，均無轉速信號無法采集的現(xiàn)象出現(xiàn)，證明該問題已得到了徹底解決。