1、干式變壓器的PLC溫控系統(tǒng)系統(tǒng)組成與工作原理

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)對實時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)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，實現(xiàn)HMI上相關(guān)元件對應(yīng)的暫存器對PLC存儲單元的讀寫。

2、系統(tǒng)的軟件設(shè)計

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行系統(tǒng)軟件(例如ProTool/Pro RT)。2個系統(tǒng)均可以在Windows98 SE、Windows Millenium、Windows2000和Windows NT 4.0操作系統(tǒng)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(xié)議。本系統(tǒng)在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了畫面設(shè)計、通訊組態(tài)、報警設(shè)置、安全保護(hù)設(shè)計等一系列應(yīng)用開發(fā)。

2.1 畫面設(shè)計

觸摸屏畫面設(shè)計不僅要求能實現(xiàn)所有的控制功能(輸入及顯示參數(shù)、存儲紀(jì)錄、報警、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)控的過程變量和實際功能，共組態(tài)了8組畫面，下面介紹幾個基本畫面。

(1) 主畫面

設(shè)計的監(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(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)有報警信號產(chǎn)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(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)運行以來的所有報警消息。提示報警號，報警產(chǎn)生的日期、時間，報警產(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)生報警時，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) 溫度實時趨勢圖

實時趨勢圖用于在線顯示較慢而連續(xù)的過程變量。顯示時，實時趨勢在每個時間單位(時鐘脈沖)內(nèi)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(tài)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(shù)設(shè)定

在本畫面中，操作員可以對風(fēng)機(jī)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(jìn)行設(shè)定，調(diào)整。進(jìn)入該畫面后，若軟鍵盤10s內(nèi)無動作，系統(tǒng)將自動返回主畫面。

2.2 安全保護(hù)設(shè)計

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(tǒng)中采用MPI(多點)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MPI網(wǎng)可以有多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，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上某個地址的數(shù)據(jù)。