人機(jī)界面在干式變壓器PLC溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用
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)元件對應(yīng)的暫存器對PLC存儲(chǔ)單元的讀寫。
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。由傳感器對變壓器鐵心和繞組的溫度進(jìn)行采樣,所測溫度信號(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別的口令方可進(jìn)入。主畫面的下部為無需權(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。
(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,以便將來查詢。
(4) 溫度實(shí)時(shí)趨勢圖
實(shí)時(shí)趨勢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,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提供的口令級別從0到9??诹罴?不需輸入口令;口令級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4,則可執(zhí)行口令級0到4的功能??诹罴?僅授權(quán)于系統(tǒng)管理員。針對安全管理和操作的需要,該系統(tǒng)中定義了系統(tǒng)管理員級即9級和操作員1級兩級口令。對參數(shù)設(shè)定和手動(dòng)跳閘功能需使用系統(tǒng)管理員級口令,其他操作,如消音、手動(dòng)啟/停風(fēng)機(jī)、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(jìn)入子畫面需重新輸入口令。若沒有觸摸“退出”按鈕,系統(tǒng)將在1min后自動(dòng)撤銷口令。
2.3 人機(jī)界面與PLC之間的通訊
西門子人機(jī)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PROFIBUS?DP通訊方式。該溫控系統(tǒng)中采用MPI(多點(diǎn))通訊方式。
S7-300 PLC上有一標(biāo)準(zhǔn)化的MPI接口,它既是編程接口,又是數(shù)據(jù)通訊接口,使用S7協(xié)議(主要用于較近距離的數(shù)據(jù)通訊)。由于MPI接口是RS485結(jié)構(gòu),PLC與人機(jī)界面之間通過RS485線相連,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(jié)點(diǎn),其地址是在S7-300硬件組態(tài)中設(shè)置的。該系統(tǒng)中人機(jī)界面的MPI地址為“1”;CPU的MPI地址為“2”。
人機(jī)界面與過程之間通過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(shù)據(jù)為過程數(shù)據(jù)。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(shù)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(gè)地址的數(shù)據(jù)。
3、結(jié)束語
在110kV干式變壓器溫控系統(tǒng)中將PLC和觸摸顯示屏結(jié)合在一起,并采用PLC和觸摸屏的相應(yīng)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(shù)據(jù)記錄、報(bào)警等方面具有很大的優(yōu)越性。操作人員不僅能方便的觀察和掌握變壓器的實(shí)時(shí)運(yùn)行溫度,還可根據(jù)報(bào)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(shù)據(jù)進(jìn)行分析、查詢,為電力調(diào)度、系統(tǒng)規(guī)劃等方面提供重要的依據(jù),大大提高運(yùn)行管理水平。
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