干式變壓器溫控系統PLC設計原理

1、干式變壓器PLC溫控系統系統組成與工作原理


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對采樣信號進行快速、可靠的處理,組態軟件為SIMATIC STEP 7;選用SIEMENS的TP270 6’觸摸式人機界面(HMI)對實時溫度值和各種故障信息進行顯示、記錄,組態軟件為SIMATIC ProTool V6.0。HMI和PLC之間采用MPI(多點)通訊方式,通過對HMI畫面上所設元件屬性和與PLC的數據交換地址的定義,實現HMI上相關元件對應的暫存器對PLC存儲單元的讀寫。

2、系統的軟件設計


SIMATIC ProTool是西門子公司推出的組態軟件,該軟件由2部分組成:ProTool/Lite、ProTool或ProTool CS(組態系統)組態軟件和用于過程可視化的運行系統軟件(例如ProTool/Pro RT)。2個系統均可以在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、趨勢曲線等多種功能,并支持除Siemens之外的第三方制造商的通訊協議。本系統在其基礎上進行了畫面設計、通訊組態、報警設置、安全保護設計等一系列應用開發。


2.1 畫面設計


觸摸屏畫面設計不僅要求能實現所有的控制功能(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]系統所需監控的過程變量和實際功能,共組態了8組畫面,下面介紹幾個基本畫面。




(1) 主畫面


設計的監控主畫面如圖2所示。主畫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、低壓繞組溫度進行實時顯示;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,各溫度值可動態顯示。主畫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入。主畫面的下部為無需權限的觸摸操作區。操作人員通過觸摸按鈕,可以切換到各監控子畫面,進一步掌握系統的工作情況,或進行參數設定與修改。


(2) 故障記錄


每當有報警信號產生,都會在觸摸屏界面上彈出報警消息窗口,同時報警燈閃爍。將報警消息進行歸檔,再創建一畫面組態消息視圖,就可保存并顯示系統運行以來的所有報警消息。提示報警號,報警產生的日期、時間,報警產生的原因,以及是否確認等信息。


(3) 數據記錄


組態事件消息并歸檔,在每次產生報警時,對各相的鐵心溫度和繞組溫度通過歸檔事件消息進行記錄,以便將來查詢。


(4) 溫度實時趨勢圖


實時趨勢圖用于在線顯示較慢而連續的過程變量。顯示時,實時趨勢在每個時間單位(時鐘脈沖)內一次只從PLC讀取一個趨勢值,并添加至操作單元上顯示趨勢。該程序中共組態3組實時趨勢,每組顯示一相的高壓繞組、低壓繞組及鐵心溫度3個變量的曲線,每個變量每10s讀取一次,曲線同時顯示100點。


(5) 參數設定


在本畫面中,操作員可以對風機的自動啟/停溫度,繞組超溫報警溫度和繞組超溫跳閘溫度進行設定,調整。進入該畫面后,若軟鍵盤10s內無動作,系統將自動返回主畫面。


2.2 安全保護設計


ProTool允許用戶使用口令來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行分配;如用戶分配到口令級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。對參數設定和手動跳閘功能需使用系統管理員級口令,其他操作,如消音、手動啟/停風機、查看歷史記錄等,也要先輸入口令進行登陸。輸入口令,觸摸“登陸”按鈕,再觸摸其他功能按鈕,便可進入等于或低于該口令級別的子畫面。子畫面操作完畢返回主畫面后,觸摸“退出”按鈕,則口令失效,再次進入子畫面需重新輸入口令。若沒有觸摸“退出”按鈕,系統將在1min后自動撤銷口令。




2.3 人機界面與PLC之間的通訊


西門子人機界面與PLC之間的通訊方式有3種:PPI(點到點)通訊方式,MPI(多點)通訊方式和PROFIBUSDP通訊方式。該溫控系統中采用MPI(多點)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RS485線相連,其傳輸速率為187.5k波特率。一個MPI網可以有多個網絡節點,其地址是在S7-300硬件組態中設置的。該系統中人機界面的MPI地址為“1”;CPU的MPI地址為“2”。


人機界面與過程之間通過PLC利用變量進行通訊。通常在PLC和操作單元之間交換的數據為過程數據。為此在組態中創建指向PLC上某個地址的變量。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入PLC上某個地址的數據。


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