西门子荆门PLC模块总代理

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。

    1.2 工作原理 

    干式变压器的安全运行和使用寿命与变压器运行温度的高低有着直接的关系，因此对变压器运行温度的实时监控十分重要。由传感器对变压器铁心和绕组的温度进行采样，所测温度信号经放大和A/D转换后送PLC，利用软件进行数据处理，处理后的数据送HMI进行实时显示。在HMI上设定风机自动启/停温度，PLC根据设定值，可自动启/停变压器所配备的冷却风机，对变压器进行降温。必要时还可通过触摸HMI上按钮，手动启停风机。在HMI上设置超温报警及超温跳闸温度限定值。当变压器绕组温度过高，超过限定值时，PLC将输出绕组超温报警信号和绕组超温跳闸信号，并在HMI上显示出具体信息。在HMI上可进行手动消音，手动跳闸操作。记录各种报警信息及故障发生时的各相温度值，必要时，可在HMI上输入时间条件进行查询，并根据需要随时进行打印。该系统中的数据采集处理、风机运行和故障报警由PLC和HMI通过编制相应的软件来完成。 
 

    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bbbbbbs98 SE、bbbbbbs Millenium、bbbbbbs2000和bbbbbbs 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，突出变压器的高铁心温度和高绕组温度。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，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PROFIBUSDP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。 
 

    3、结束语 

    在110kV干式变压器温控系统中将PLC和触摸显示屏结合在一起，并采用PLC和触摸屏的相应软件对各采样值进行控制、处理，在温度的实时显示、数据记录、报警等方面具有很大的优越性。操作人员不仅能方便的观察和掌握变压器的实时运行温度，还可根据报警消息，快速的排除故障。

PLC和DCS在有些方面是相同的，但是区别还是很明显的，只要表现在以下的几个方面。

　　1.DCS是一种“分散式控制系统”，而PLC(可编程控制器)只是一种控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调，PLC装置只实现本单元所具备的功能。

　　2.在网络方面，DCS网络是整个系统的中枢神经，它是安全可靠双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好。而PLC因为基本上都为个体工作，其在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与不符。在网络安全上，PLC没有很好的保护措施。我们采用电源，CPU，网络双冗余。

　　3.DCS整体考虑方案，操作员站都具备工程师站功能，站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系，任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制，协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统，其站与站（PLC与PLC）之间的联系则是一种松散连接方式，是做不出协调控制的功能。

　　4.DCS在整个设计上就留有大量的可扩展性接口，外接系统或扩展系统都十分方便，PLC所搭接的整个系统完成后，想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。

　　5.DCS安全性：为保证DCS控制的设备的安全可靠，DCS采用了双冗余的控制单元，当重要控制单元出现故障时，都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元，保证整个系统的安全可靠。

　PLC所搭接的系统基本没有冗余的概念，就更谈不上冗余控制策略。特别是当其某个PLC单元发生故障时，不得不将整个系统停下来，才能进行更换维护并需重新编程。所以DCS系统要比其安全可靠性上高一个等级。

　　6.系统软件，对各种工艺控制方案更新是DCS的一项基本的功能，当某个方案发生变化后，工程师只需要在工程师站上将更改过的方案编译后，执行下装命令就可以了，下装过程是由系统自动完成的，不影响原控制方案运行。系统各种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。

　　而对于PLC构成的系统来说，工作量极其庞大，首先需要确定所要编辑更新的是哪个PLC，然后要用与之对应的编译器进行程序编译，后再用专用的机器（读写器）专门一对一的将程序传送给这个PLC，在系统调试期间，大量增加调试时间和调试成本，而且极其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中（500点以上），基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。

　　7.模块：DCS系统所有I/O模块都带有CPU，可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换，故障带电插拔，随机更换。而PLC模块只是简单电气转换单元，没有智能芯片，故障后相应单元全部瘫痪。

　　8.现在高端的PLC与DCS的功能已经差不多，DCS对网络和分布式数据库还要定时扫描有较强的功能，同时对运算和模拟量的处量比较拿手。

　　9.PLC还分大、中、小、微PLC，其中微型的只卖几百块到2000块，点数也好少，大型的可以带数千点，运算能力与DCS差不多，但对多机联网功能较弱。现在两个技术平台都差不多，只是重点不一样。