1、干式变压器的PLC温控系统系统组成与工作原理
干式变压器的温控系统主要由5部分组成:传感器、A/D模块、PLC主机、输入输出模块及人机界面等,系统结构原理图如图1所示。在控制部分,选用SIEMENS的S7-300 PLC对采样信号进行快速、可靠的处理,组态软件为SIMATIC STEP 7;选用SIEMENS的TP270 6’触摸式人机界面(HMI)对实时温度值和各种故障信息进行显示、记录,组态软件为SIMATIC ProTool V6.0。HMI和PLC之间采用MPI(多点)通讯方式,通过对HMI画面上所设元件属性和与PLC的数据交换地址的定义,实现HMI上相关元件对应的暂存器对PLC存储单元的读写。
2、系统的软件设计
SIMATIC ProTool是西门子公司推出的组态软件,该软件由2部分组成:ProTool/Lite、ProTool或ProTool CS(组态系统)组态软件和用于过程可视化的运行系统软件(例如ProTool/Pro RT)。2个系统均可以在Windows98 SE、Windows Millenium、Windows2000和Windows NT 4.0操作系统上运行。该软件具有报警记录、报表打印、趋势曲线等多种功能,并支持除Siemens之外的第三方制造商的通讯协议。本系统在其基础上进行了画面设计、通讯组态、报警设置、安全保护设计等一系列应用开发。
2.1 画面设计
触摸屏画面设计不仅要求能实现所有的控制功能(输入及显示参数、存储纪录、报警、打印等),而且要简单明了,易于操作人员正确的执行操作。考虑系统所需监控的过程变量和实际功能,共组态了8组画面,下面介绍几个基本画面。
(1) 主画面
设计的监控主画面如图2所示。主画面的中央是温度的数据显示。上半部分采用纯数字方式对变压器三相的铁心温度及高、低压绕组温度进行实时显示;下半部分采用模拟显示方式,突出变压器的最高铁心温度和最高绕组温度。在程序运行时,各温度值可动态显示。主画面的右部为口令输入域和触摸操作区,此处各按钮需输入不同级别的口令方可进入。主画面的下部为无需权限的触摸操作区。操作人员通过触摸按钮,可以切换到各监控子画面,进一步掌握系统的工作情况,或进行参数设定与修改。
(2) 故障记录
每当有报警信号产生,都会在触摸屏界面上弹出报警消息窗口,同时报警灯闪烁。将报警消息进行归档,再创建一画面组态消息视图,就可保存并显示系统运行以来的所有报警消息。提示报警号,报警产生的日期、时间,报警产生的原因,以及是否确认等信息。
(3) 数据记录
组态事件消息并归档,在每次产生报警时,对各相的铁心温度和绕组温度通过归档事件消息进行记录,以便将来查询。
(4) 温度实时趋势图
实时趋势图用于在线显示较慢而连续的过程变量。显示时,实时趋势在每个时间单位(时钟脉冲)内一次只从PLC读取一个趋势值,并添加至操作单元上显示趋势。该程序中共组态3组实时趋势,每组显示一相的高压绕组、低压绕组及铁心温度3个变量的曲线,每个变量每10s读取一次,曲线同时显示100点。
(5) 参数设定
在本画面中,操作员可以对风机的自动启/停温度,绕组超温报警温度和绕组超温跳闸温度进行设定,调整。进入该画面后,若软键盘10s内无动作,系统将自动返回主画面。
2.2 安全保护设计
ProTool允许用户使用口令来阻止其他未授权人员使用控件,从而增加系统的安全性。ProTool提供的口令级别从0到9。口令级0不需输入口令;口令级1至8,根据功能的重要性进行分配;如用户分配到口令级4,则可执行口令级0到4的功能。口令级9仅授权于系统管理员。针对安全管理和操作的需要,该系统中定义了系统管理员级即9级和操作员1级两级口令。对参数设定和手动跳闸功能需使用系统管理员级口令,其他操作,如消音、手动启/停风机、查看历史记录等,也要先输入口令进行登陆。输入口令,触摸“登陆”按钮,再触摸其他功能按钮,便可进入等于或低于该口令级别的子画面。子画面操作完毕返回主画面后,触摸“退出”按钮,则口令失效,再次进入子画面需重新输入口令。若没有触摸“退出”按钮,系统将在1min后自动撤销口令。
2.3 人机界面与PLC之间的通讯
西门子人机界面与PLC之间的通讯方式有3种:PPI(点到点)通讯方式,MPI(多点)通讯方式和PROFIBUSDP通讯方式。该温控系统中采用MPI(多点)通讯方式。
S7-300 PLC上有一标准化的MPI接口,它既是编程接口,又是数据通讯接口,使用S7协议(主要用于较近距离的数据通讯)。由于MPI接口是RS485结构,PLC与人机界面之间通过RS485线相连,其传输速率为187.5k波特率。一个MPI网可以有多个网络节点,其地址是在S7-300硬件组态中设置的。该系统中人机界面的MPI地址为“1”;CPU的MPI地址为“2”。
人机界面与过程之间通过PLC利用变量进行通讯。通常在PLC和操作单元之间交换的数据为过程数据。为此在组态中创建指向PLC上某个地址的变量。触摸屏从指定的地址中读取该数值并显示它。同样的,操作员可以在触摸屏上输入将被写入PLC上某个地址的数据。