于振山，范順?lè)迹?浩

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 江都 225200）

泵站作為現(xiàn)代水利工程的主要設(shè)施，其自動(dòng)化與信息化建設(shè)是水利工程現(xiàn)代化的重要環(huán)節(jié)之一，機(jī)組溫度監(jiān)測(cè)是大中型泵站自動(dòng)化監(jiān)控中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。機(jī)組監(jiān)測(cè)溫度點(diǎn)主要有電機(jī)定子、水泵軸承、電機(jī)軸承等，通常使用測(cè)溫?zé)犭娮柰瓿蓽y(cè)量。溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性直接影響泵站機(jī)組的正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)和設(shè)備的使用壽命，因此，泵站中溫度監(jiān)測(cè)的可靠性是保證泵站機(jī)組正常工作的重要條件之一。

1 機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)組成及原理

隨著計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)的發(fā)展，目前大中型泵站機(jī)組測(cè)溫都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化采集。機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)一般由熱電阻（RTD）、連接導(dǎo)線、溫度采集處理單元、中央處理顯示單元組成。

測(cè)量時(shí)，測(cè)溫?zé)犭娮桦S測(cè)點(diǎn)溫度變化而變化，溫度采集處理單元輸出恒定的電流與測(cè)溫?zé)犭娮枳饔?，根?jù)反饋電壓的大小，測(cè)量出熱電阻阻值，從而計(jì)算出測(cè)點(diǎn)溫度，并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將溫度集中上傳到中央處理顯示單元。

1.1 熱電阻

測(cè)溫?zé)犭娮枋潜谜緳C(jī)組測(cè)溫最重要的傳感器，其運(yùn)行情況直接影響機(jī)組溫度監(jiān)測(cè)的可靠性。

熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，應(yīng)用最多的是鉑和銅，現(xiàn)在已開(kāi)始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。目前在泵站上，一般用 Pt100 型熱電阻作為機(jī)組測(cè)溫元件，其阻值跟溫度的變化在一定溫度區(qū)域內(nèi)可近似成正比關(guān)系[1]。

式中：Rt為溫度 t 時(shí)的熱電阻阻值；Rt0為溫度 t0（通常 t0= 0℃）時(shí)對(duì)應(yīng)的熱電阻阻值；α為溫度系數(shù)。

當(dāng)熱電阻采用 Pt100 時(shí)，式中 Rt0＝100 Ω，α≈0.00385/℃，Rt可通過(guò)測(cè)溫裝置電路檢測(cè)，從而計(jì)算出被測(cè)物體溫度。

1.2 熱電阻線制

線制就是測(cè)溫?zé)犭娮璧囊鼍€方式，一般有二線制、三線制和四線制 3 種引出線方式，線制決定了傳感器導(dǎo)線的電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響[2]。

1）二線制。在熱電阻的兩端各連接 1 根導(dǎo)線引出電阻信號(hào)的方式叫二線制，這種引線方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻，引線電阻大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長(zhǎng)度等因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測(cè)量精度較低，或儀表在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，線纜較短，線阻對(duì)測(cè)量影響較小的場(chǎng)合。

2）三線制。在熱電阻根部的一端連接 1 根引線，另一端連接 2 根引線的方式稱為三線制。這種方式可以較好地消除引線電阻的影響，是泵站機(jī)組溫度監(jiān)測(cè)中最常用的引線方式。三線制引線方式要求連接的 3 根導(dǎo)線線徑、材質(zhì)相同，即要保證引線電阻大小一致，否則測(cè)量會(huì)存在較大誤差。

3）四線制。在熱電阻根部?jī)啥烁鬟B接 2 根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中 2 根引線為熱電阻提供恒定電流，把熱電阻電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再通過(guò)另外 2 根引線把熱電阻兩端電壓引至二次儀表。可見(jiàn)這種引線方式可完全消除引線的電阻影響，是熱電阻測(cè)溫理想的接線方式，用于高精度、高可靠性的溫度檢測(cè)。

目前，泵站機(jī)組測(cè)溫?zé)犭娮枰鼍€大多采用三線制方式，這種引線方式雖可以較好地消除引線電阻的影響，滿足測(cè)溫要求，但在精度、可靠性上不如四線制，尤其在有機(jī)組溫度保護(hù)（超溫跳閘）要求的情況下，測(cè)溫的可靠性要求更高，因此新安裝機(jī)組測(cè)溫?zé)犭娮枰部梢圆捎盟木€制引線方式。

1.3 溫度采集處理單元

目前泵站機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)的采集處理單元采用以下方式：

1）溫度顯示儀表。溫度顯示儀表是集溫度信號(hào)采集、變送輸出、溫度顯示為一體的設(shè)備儀器，一般裝在電機(jī)表面，用于現(xiàn)場(chǎng)溫度顯示，也可通過(guò)模擬信號(hào)或通訊方式輸出到后臺(tái)。由于測(cè)量線路短，可采用二線制或三線制接線方式。

2）溫度巡檢儀[3]。溫度巡檢儀適用于多點(diǎn)溫度測(cè)量、顯示及控制，一般可巡檢顯示 1～32 路溫度測(cè)量信號(hào)，具有自動(dòng)巡檢、手動(dòng)定檢功能，所有通道溫度數(shù)據(jù)可通過(guò)通訊方式輸出。有些溫度巡檢儀部分通道可分別獨(dú)立設(shè)置溫度上下限報(bào)警控制、變送輸出，以及所測(cè)溫度數(shù)據(jù)打印。一般溫度巡檢儀安裝在機(jī)組現(xiàn)地控制單元內(nèi)（LCU），采用三線制接線方式。

3）PLC 測(cè)溫模塊[4]。一般泵站現(xiàn)場(chǎng)都使用可編程序控制器（PLC）作為自動(dòng)化系統(tǒng)的控制核心，因而可采用中高檔 PLC 測(cè)溫模塊采集溫度信號(hào)。溫度變量經(jīng)溫度傳感器（Pt100 熱電阻）采集后，送入PLC 的 RTD 測(cè)溫模塊，RTD 測(cè)溫模塊將鉑電阻阻值變換成相應(yīng)的模擬量電信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換成實(shí)時(shí)溫度值，同時(shí)把所測(cè)的溫度值傳遞給 PLC，PLC 可通過(guò)編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度越限判斷后，發(fā)出報(bào)警和事故停機(jī)信號(hào)。通常 PLC 的 RTD 測(cè)溫模塊有三線或四線制接線方式。PLC 測(cè)溫模塊具有測(cè)溫精度高、可靠性高，溫度檢測(cè)及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。

1.4 中央處理顯示單元

機(jī)組溫度中央處理顯示單元一般作為泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)功能模塊，集成在泵站上位機(jī)系統(tǒng)中，用于收集泵站所有溫度采集處理單元中的數(shù)據(jù)，集中顯示全泵站機(jī)組溫度，并具有溫度越限報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、曲線顯示及集中打印等功能。

2 機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題

2.1 熱電阻短路和斷路

熱電阻的常見(jiàn)故障是熱電阻的短路和斷路。一般斷路更常見(jiàn)，這是由于熱電阻絲較細(xì)所致的。斷路和短路可用萬(wàn)用表進(jìn)行判斷，用萬(wàn)用表的“×1 Ω”檔，如測(cè)得的阻值較?。ㄒ话闶覝厍闆r下鉑電阻值大于100 Ω），則可能有短路的地方；若萬(wàn)用表指示為無(wú)窮大，則可斷定電阻體或線路已斷路。因熱電阻通常是在機(jī)組安裝時(shí)，預(yù)埋在機(jī)組各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的，如發(fā)生這種故障，一般要在機(jī)組維修時(shí)更換新的熱電阻。因此，機(jī)組熱電阻應(yīng)采用濺射光刻工藝制作的高品質(zhì)熱電阻，這類熱電阻的漂移很小，長(zhǎng)期穩(wěn)定性高，而且抗沖擊和振動(dòng)；熱電阻引腳采用鉑鎳合金，可以保證焊接后引線的機(jī)械性能，并在導(dǎo)線與測(cè)溫電阻的結(jié)合部位加保護(hù)管，避免導(dǎo)線在傳感器內(nèi)斷開(kāi)。

2.2 溫度采集值比實(shí)際值偏低或偏高

這類情況產(chǎn)生的原因可能有以下幾點(diǎn)：1）保護(hù)管內(nèi)或接線端子間有金屬屑、灰塵、臟污等，或熱電阻絲之間有短路或接地；2）熱電阻引腳焊接不牢；3）采用三線制接線方式時(shí)，其中某根線的聯(lián)接端子可能松動(dòng)、銹蝕，接觸電阻增大，三根線阻值不一致，無(wú)法消除引線電阻的影響。

處理方法：檢查接線端子，擰緊端子，清除接線盒上的金屬屑或灰塵，保證線路連接正常。若線路正常，還無(wú)法消除故障，應(yīng)在機(jī)組維修時(shí)，檢查熱電阻是否正常。

2.3 溫度采集值出現(xiàn)最大值或最小值

產(chǎn)生這類情況的原因可能有：1）熱電阻斷路或短路；2）導(dǎo)線連接端子開(kāi)路或?qū)Ь€斷開(kāi)。

處理方法：用萬(wàn)用表檢查線路和熱電阻，若連接導(dǎo)線斷開(kāi)，應(yīng)予以修復(fù)或更換；若熱電阻本身斷路或短路，機(jī)組維修時(shí)，應(yīng)更換。

2.4 顯示儀表或中央處理顯示單元顯示值不穩(wěn)

若多點(diǎn)溫度測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)這類情況，有可能連接導(dǎo)線未采用屏蔽電纜，或雖采用屏蔽電纜，但屏蔽層沒(méi)有可靠地接。檢查電纜，采用屏蔽電纜，并將屏蔽層可靠接地。若個(gè)別點(diǎn)出現(xiàn)這類情況，請(qǐng)檢查連接線路，保證接線無(wú)松動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

泵站機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)作為泵站自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組溫度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。工程設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)機(jī)組的具體技術(shù)參數(shù)和運(yùn)行工況設(shè)計(jì)泵站機(jī)組的測(cè)溫方式，運(yùn)行人員可以通過(guò)控制室的監(jiān)控軟件界面或現(xiàn)場(chǎng)的溫度巡檢、顯示設(shè)備掌握整個(gè)泵站機(jī)組溫升情況。這樣有助于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維護(hù)，在出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，確保機(jī)組正常運(yùn)行，從而提高機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

[1]王芳. 熱電阻式溫度傳感器的測(cè)溫原理與應(yīng)用[J]. 黑龍江冶金，2007 (1): 33-35.

[2]劉振全，王漢芝. 金屬熱電阻溫度傳感器在多路溫度監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 傳感器世界，2006 (12): 25-27.

[3]張根寶. 工業(yè)自動(dòng)化儀表與過(guò)程控制[M]. 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2008: 28-46.

[4]唐新平，趙金，萬(wàn)淑蕓. 溫度信號(hào)采集處理及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 自動(dòng)化與儀器儀表，2000 (5): 12-14.