1、系統(tǒng)組成與工作原理
1.1 系統(tǒng)組成
干式變壓器的溫控系統(tǒng)主要由5部分組成:傳感器、A/D模塊、PLC主機(jī)、輸入輸出模塊及人機(jī)界面等,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。在控制部分,選用SIEMENS的S7-300 PLC對(duì)采樣信號(hào)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(jī)界面(HMI)對(duì)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,通過對(duì)HMI畫面上所設(shè)元件屬性和與PLC的數(shù)據(jù)交換地址的定義,實(shí)現(xiàn)HMI上相關(guān)元件對(duì)應(yīng)的暫存器對(duì)PLC存儲(chǔ)單元的讀寫。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖
1.2 工作原理
干式變壓器的安全運(yùn)行和使用壽命與變壓器運(yùn)行溫度的高低有著直接的關(guān)系,因此對(duì)變壓器運(yùn)行溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控十分重要。由傳感器對(duì)變壓器鐵心和繞組的溫度進(jìn)行采樣,所測(cè)溫度信號(hào)經(jīng)放大和A/D轉(zhuǎn)換后送PLC,利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,處理后的數(shù)據(jù)送HMI進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。在HMI上設(shè)定風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟/停溫度,PLC根據(jù)設(shè)定值,可自動(dòng)啟/停變壓器所配備的冷卻風(fēng)機(jī),對(duì)變壓器進(jìn)行降溫。必要時(shí)還可通過觸摸HMI上按鈕,手動(dòng)啟停風(fēng)機(jī)。在HMI上設(shè)置超溫報(bào)警及超溫跳閘溫度限定值。當(dāng)變壓器繞組溫度過高,超過限定值時(shí),PLC將輸出繞組超溫報(bào)警信號(hào)和繞組超溫跳閘信號(hào),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(bào)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,并根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行打印。該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集處理、風(fēng)機(jī)運(yùn)行和故障報(bào)警由PLC和HMI通過編制相應(yīng)的軟件來(lái)完成。
2、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
SIMATIC ProTool是西門子公司推出的組態(tài)軟件,該軟件由2部分組成:ProTool/Lite、ProTool或ProTool CS(組態(tài)系統(tǒng))組態(tài)軟件和用于過程可視化的運(yùn)行系統(tǒng)軟件(例如ProTool/Pro RT)。2個(gè)系統(tǒng)均可以在Windows98 SE、Windows Millenium、Windows2000和Windows NT 4.0操作系統(tǒng)上運(yùn)行。該軟件具有報(bào)警記錄、報(bào)表打印、趨勢(shì)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(xié)議。本系統(tǒng)在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了畫面設(shè)計(jì)、通訊組態(tài)、報(bào)警設(shè)置、安全保護(hù)設(shè)計(jì)等一系列應(yīng)用開發(fā)。
2.1 畫面設(shè)計(jì)
觸摸屏畫面設(shè)計(jì)不僅要求能實(shí)現(xiàn)所有的控制功能(輸入及顯示參數(shù)、存儲(chǔ)紀(jì)錄、報(bào)警、打印等),而且要簡(jiǎn)單明了,易于操作人員正確的執(zhí)行操作?紤]系統(tǒng)所需監(jiān)控的過程變量和實(shí)際功能,共組態(tài)了8組畫面,下面介紹幾個(gè)基本畫面。
(1) 主畫面
設(shè)計(jì)的監(jiān)控主畫面如圖2所示。主畫面的中央是溫度的數(shù)據(jù)顯示。上半部分采用純數(shù)字方式對(duì)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(yùn)行時(shí),各溫度值可動(dòng)態(tài)顯示。主畫面的右部為口令輸入域和觸摸操作區(qū),此處各按鈕需輸入不同級(jí)別的口令方可進(jìn)入。主畫面的下部為無(wú)需權(quán)限的觸摸操作區(qū)。操作人員通過觸摸按鈕,可以切換到各監(jiān)控子畫面,進(jìn)一步掌握系統(tǒng)的工作情況,或進(jìn)行參數(shù)設(shè)定與修改。
圖2 監(jiān)控主畫面
(2) 故障記錄
每當(dāng)有報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生,都會(huì)在觸摸屏界面上彈出報(bào)警消息窗口,同時(shí)報(bào)警燈閃爍。將報(bào)警消息進(jìn)行歸檔,再創(chuàng)建一畫面組態(tài)消息視圖,就可保存并顯示系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)的所有報(bào)警消息。提示報(bào)警號(hào),報(bào)警產(chǎn)生的日期、時(shí)間,報(bào)警產(chǎn)生的原因,以及是否確認(rèn)等信息。
(3) 數(shù)據(jù)記錄
組態(tài)事件消息并歸檔,在每次產(chǎn)生報(bào)警時(shí),對(duì)各相的鐵心溫度和繞組溫度通過歸檔事件消息進(jìn)行記錄,以便將來(lái)查詢。
(4) 溫度實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖
實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖用于在線顯示較慢而連續(xù)的過程變量。顯示時(shí),實(shí)時(shí)趨勢(shì)在每個(gè)時(shí)間單位(時(shí)鐘脈沖)內(nèi)一次只從PLC讀取一個(gè)趨勢(shì)值,并添加至操作單元上顯示趨勢(shì)。該程序中共組態(tài)3組實(shí)時(shí)趨勢(shì),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,每個(gè)變量每10s讀取一次,曲線同時(shí)顯示100點(diǎn)。
(5) 參數(shù)設(shè)定
在本畫面中,操作員可以對(duì)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)啟/停溫度,繞組超溫報(bào)警溫度和繞組超溫跳閘溫度進(jìn)行設(shè)定,調(diào)整。進(jìn)入該畫面后,若軟鍵盤10s內(nèi)無(wú)動(dòng)作,系統(tǒng)將自動(dòng)返回主畫面。
2.2 安全保護(hù)設(shè)計(jì)
ProTool允許用戶使用口令來(lái)阻止其他未授權(quán)人員使用控件,從而增加系統(tǒng)的安全性。ProTool提供的口令級(jí)別從0到9?诹罴(jí)0不需輸入口令;口令級(jí)1至8,根據(jù)功能的重要性進(jìn)行分配;如用戶分配到口令級(jí)4,則可執(zhí)行口令級(jí)0到4的功能?诹罴(jí)9僅授權(quán)于系統(tǒng)管理員。針對(duì)安全管