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，因此對變壓器運(yùn)行溫度的實(shí)時監(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)時顯示。在HMI上設(shè)定風(fēng)機(jī)自動啟/停溫度，PLC根據(jù)設(shè)定值，可自動啟/停變壓器所配備的冷卻風(fēng)機(jī)，對變壓器進(jìn)行降溫。必要時還可通過觸摸HMI上按鈕，手動啟停風(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，PLC將輸出繞組超溫報(bào)警信號和繞組超溫跳閘信號，并在HMI上顯示出具體信息。在HMI上可進(jìn)行手動消音，手動跳閘操作。記錄各種報(bào)警信息及故障發(fā)生時的各相溫度值，必要時，可在HMI上輸入時間條件進(jìn)行查詢，并根據(jù)需要隨時進(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，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。 
 

圖2 監(jiān)控主畫面
    (2) 故障記錄
    每當(dāng)有報(bào)警信號產(chǎn)生，都會在觸摸屏界面上彈出報(bào)警消息窗口，同時報(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，報(bào)警產(chǎn)生的日期、時間，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，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)時趨勢圖
    實(shí)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(shí)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(shí)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(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)無動作，系統(tǒng)將自動返回主畫面。
    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。口令級0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。口令級9僅授權(quán)于系統(tǒng)管理員。針對安全管