1、系統組成與工作原理
1.1 系統組成
干式變壓器的溫控系統主要由5部分組成：傳感器、A/D模塊、PLC主機、輸入輸出模塊及人機界面等，系統結構原理圖如圖1所示。在控制部分，選用SIEMENS的S7-300 PLC對采樣信號進(jìn)行快速、可靠的處理，組態(tài)軟件為SIMATIC STEP 7；選用SIEMENS的TP270 6’觸摸式人機界面(HMI)對實(shí)時(shí)溫度值和各種故障信息進(jìn)行顯示、記錄，組態(tài)軟件為SIMATIC ProTool V6.0。HMI和PLC之間采用MPI(多點(diǎn))通訊方式，通過(guò)對HMI畫(huà)面上所設元件屬性和與PLC的數據交換地址的定義，實(shí)現HMI上相關(guān)元件對應的暫存器對PLC存儲單元的讀寫(xiě)。
圖1 系統結構原理圖
1.2 工作原理 干式變壓器的安全運行和使用壽命與變壓器運行溫度的高低有著(zhù)直接的關(guān)系，因此對變壓器運行溫度的實(shí)時(shí)監控十分重要。由傳感器對變壓器鐵心和繞組的溫度進(jìn)行采樣，所測溫度信號經(jīng)放大和A/D轉換后送PLC，利用軟件進(jìn)行數據處理，處理后的數據送HMI進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。在HMI上設定風(fēng)機自動(dòng)啟/停溫度，PLC根據設定值，可自動(dòng)啟/停變壓器所配備的冷卻風(fēng)機，對變壓器進(jìn)行降溫。必要時(shí)還可通過(guò)觸摸HMI上按鈕，手動(dòng)啟停風(fēng)機。在HMI上設置超溫報警及超溫跳閘溫度限定值。當變壓器繞組溫度過(guò)高，超過(guò)限定值時(shí)，PLC將輸出繞組超溫報警信號和繞組超溫跳閘信號，并在HMI上顯示出具體信息。在HMI上可進(jìn)行手動(dòng)消音，手動(dòng)跳閘操作。記錄各種報警信息及故障發(fā)生時(shí)的各相溫度值，必要時(shí)，可在HMI上輸入時(shí)間條件進(jìn)行查詢(xún)，并根據需要隨時(shí)進(jìn)行打印。該系統中的數據采集處理、風(fēng)機運行和故障報警由PLC和HMI通過(guò)編制相應的軟件來(lái)完成。
2、系統的軟件設計 SIMATIC ProTool是西門(mén)子公司推出的組態(tài)軟件，該軟件由2部分組成：ProTool/Lite、ProTool或ProTool CS(組態(tài)系統)組態(tài)軟件和用于過(guò)程可視化的運行系統軟件(例如ProTool/Pro RT)。2個(gè)系統均可以在Windows98 SE、Windows Millenium、Windows2000和Windows NT 4.0操作系統上運行。該軟件具有報警記錄、報表打印、趨勢曲線(xiàn)等多種功能，并支持除Siemens之外的第三方制造商的通訊協(xié)議。本系統在其基礎上進(jìn)行了畫(huà)面設計、通訊組態(tài)、報警設置、安全保護設計等一系列應用開(kāi)發(fā)。
2.1 畫(huà)面設計 觸摸屏畫(huà)面設計不僅要求能實(shí)現所有的控制功能(輸入及顯示參數、存儲紀錄、報警、打印等)，而且要簡(jiǎn)單明了，易于操作人員正確的執行操作?？紤]系統所需監控的過(guò)程變量和實(shí)際功能，共組態(tài)了8組畫(huà)面，下面介紹幾個(gè)基本畫(huà)面。
(1) 主畫(huà)面 設計的監控主畫(huà)面如圖2所示。主畫(huà)面的中央是溫度的數據顯示。上半部分采用純數字方式對變壓器三相的鐵心溫度及高、低壓繞組溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；下半部分采用模擬顯示方式，突出變壓器的最高鐵心溫度和最高繞組溫度。在程序運行時(shí)，各溫度值可動(dòng)態(tài)顯示。主畫(huà)面的右部為口令輸入域和觸摸操作區，此處各按鈕需輸入不同級別的口令方可進(jìn)入。主畫(huà)面的下部為無(wú)需權限的觸摸操作區。操作人員通過(guò)觸摸按鈕，可以切換到各監控子畫(huà)面，進(jìn)一步掌握系統的工作情況，或進(jìn)行參數設定與修改。
圖2 監控主畫(huà)面
(2) 故障記錄 每當有報警信號產(chǎn)生，都會(huì )在觸摸屏界面上彈出報警消息窗口，同時(shí)報警燈閃爍。將報警消息進(jìn)行歸檔，再創(chuàng )建一畫(huà)面組態(tài)消息視圖，就可保存并顯示系統運行以來(lái)的所有報警消息。提示報警號，報警產(chǎn)生的日期、時(shí)間，報警產(chǎn)生的原因，以及是否確認等信息。
(3) 數據記錄 組態(tài)事件消息并歸檔，在每次產(chǎn)生報警時(shí)，對各相的鐵心溫度和繞組溫度通過(guò)歸檔事件消息進(jìn)行記錄，以便將來(lái)查詢(xún)。
(4) 溫度實(shí)時(shí)趨勢圖 實(shí)時(shí)趨勢圖用于在線(xiàn)顯示較慢而連續的過(guò)程變量。顯示時(shí)，實(shí)時(shí)趨勢在每個(gè)時(shí)間單位(時(shí)鐘脈沖)內一次只從PLC讀取一個(gè)趨勢值，并添加至操作單元上顯示趨勢。該程序中共組態(tài)3組實(shí)時(shí)趨勢，每組顯示一相的高壓繞組、低壓繞組及鐵心溫度3個(gè)變量的曲線(xiàn)，每個(gè)變量每10s讀取一次，曲線(xiàn)同時(shí)顯示100點(diǎn)。
(5) 參數設定 在本畫(huà)面中，操作員可以對風(fēng)機的自動(dòng)啟/停溫度，繞組超溫報警溫度和繞組超溫跳閘溫度進(jìn)行設定，調整。進(jìn)入該畫(huà)面后，若軟鍵盤(pán)10s內無(wú)動(dòng)作，系統將自動(dòng)返回主畫(huà)面。
2.2 安全保護設計 ProTool允許用戶(hù)使用口令來(lái)阻止其他未授權人員使用控件，從而增加系統的安全性。ProTool提供的口令級別從0到9?？诹罴?不需輸入口令；口令級1至8，根據功能的重要性進(jìn)行分配；如用戶(hù)分配到口令級4，則可執行口令級0到4的功能?？诹罴?僅授權于系統管理員。針對安全管理和操作的需要，該系統中定義了系統管理員級即9級和操作員1級兩級口令。對參數設定和手動(dòng)跳閘功能需使用系統管理員級口令，其他操作，如消音、手動(dòng)啟/停風(fēng)機、查看歷史記錄等，也要先輸入口令進(jìn)行登陸。輸入口令，觸摸“登陸”按鈕，再觸摸其他功能按鈕，便可進(jìn)入等于或低于該口令級別的子畫(huà)面。子畫(huà)面操作完畢返回主畫(huà)面后，觸摸“退出”按鈕，則口令失效，再次進(jìn)入子畫(huà)面需重新輸入口令。若沒(méi)有觸摸“退出”按鈕，系統將在1min后自動(dòng)撤銷(xiāo)口令。
2.3 人機界面與PLC之間的通訊 西門(mén)子人機界面與PLC之間的通訊方式有3種：PPI(點(diǎn)到點(diǎn))通訊方式，MPI(多點(diǎn))通訊方式和PROFIBUSDP通訊方式。該溫控系統中采用MPI(多點(diǎn))通訊方式。
S7-300 PLC上有一標準化的MPI接口，它既是編程接口，又是數據通訊接口，使用S7協(xié)議(主要用于較近距離的數據通訊)。由于MPI接口是RS485結構，PLC與人機界面之間通過(guò)RS485線(xiàn)相連，其傳輸速率為187.5k波特率。一個(gè)MPI網(wǎng)可以有多個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，其地址是在S7-300硬件組態(tài)中設置的。該系統中人機界面的MPI地址為“1”；CPU的MPI地址為“2”。
人機界面與過(guò)程之間通過(guò)PLC利用變量進(jìn)行通訊。通常在PLC和操作單元之間交換的數據為過(guò)程數據。為此在組態(tài)中創(chuàng )建指向PLC上某個(gè)地址的變量。觸摸屏從指定的地址中讀取該數值并顯示它。同樣的，操作員可以在觸摸屏上輸入將被寫(xiě)入PLC上某個(gè)地址的數據。
3、結束語(yǔ) 在110kV干式變壓器溫控系統中將PLC和觸摸顯示屏結合在一起，并采用PLC和觸摸屏的相應軟件對各采樣值進(jìn)行控制、處理，在溫度的實(shí)時(shí)顯示、數據記錄、報警等方面具有很大的優(yōu)越性。操作人員不僅能方便的觀(guān)察和掌握變壓器的實(shí)時(shí)運行溫度，還可根據報警消息，快速的排除故障；借助歷史記錄，管理人員還可對重要數據進(jìn)行分析、查詢(xún)，為電力調度、系統規劃等方面提供重要的依據，大大提高運行管理水平。
參考文獻 作者：王蘭，李傳信，趙厚鑫
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