PLC在变压器冷却控制系统中的作用毕业论文

论文PLC在变压器冷却控制系统中的作用申请人：郑隆刚学科（专业）：电力系统及其自动化指导教师：陈国联2012年2月V网络教育学院毕 业 设 计 (论 文) 任 务 书专业班级 电力系统及其自动化1003层次专升本 姓名 郑隆刚 学号201005734209 一、毕业设计（论文）题目 PLC在变压器冷却控制系统中的作用 二、毕业设计（论文）工作自2011年12月21日起至 2012年3月26日止三、毕业设计（论文）基本要求： 1.分析现行大型变压器冷却器控制装置运行中存在的问题和不足。 2. 针对现运行装置的问题和不足完成基于PLC控制的变压器冷却装置的功能设计和结构设计 3. 完成可编程序控制器的输入输出分配和冷却控制装置的原理图设计及接线图设计。 4. 实现上位机与PLC的通信，实现对冷却及控制系统的远方监视 5. 编写基于PLC控制的变压器冷却控制系统的梯形图程序。 指导教师： 网络教育学院毕业设计(论文)考核评议书指导教师评语：论文分析了现行大型变压器冷却控制装置运行中存在的问题和不足，设计了基于PLC控制的变压器冷却装置，完成了控制系统的硬件设计和梯形图程序。表明作者对于PLC控制技术有了一定的掌握。论文观点正确，写作认真，达到了毕业设计的要求，同意进行答辩建议成绩： 优 指导教师签名： 2012年3月2日答辩小组意见：负责人签名 年 月 日答辩小组成员 毕业设计（论文）答辩委员会意见： 负责人签名： 年 月 日25目 录论文题目：PLC在变压器冷却控制系统中的作用学科（专业）：电力系统及其自动化申请人：郑隆刚指导教师：陈国联摘要随着电力系统改革的进一步深入，保证设备优质高效的运行，提高劳动生产率，进一步提高经济效益成了电厂发展的目标。PLC（可编程控制器）发展十分迅速，一方面继续开发简易，价格低廉，超小型产品，另一方面转向大型、多功能、系列化、标准化、智能化产品的研制。本文选取PLC在电厂控制中作用的一部分进行研究，即基于PLC的变压器冷却控制。电力变压器的安全可靠运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器的运行条件，而变压器的运行温度状况起着至关重要的作用，因此通过变压器冷却控制系统对变压器进行温度监测与控制是十分必要的。传统的大型变压器冷却系统的自动控制，采用继电开关为主的电器控制系统，冷却系统易频繁启动，继电开关易腐蚀、老化而出现故障。本文提出了一种基于PLC的变压器的冷却控制系统，以西门子PLC及其扩展模块为核心，辅以继电器、开关、接触器等元件，实现了变压器冷却系统的电源监视控制、冷却器投切保护、凝露温度监控、就地控制与显示、通讯、上位计算机监视的功能。极大的简化了系统接线，提升了装置的可靠性和自动化程度。对变压器安全、可靠运行有重要的意义和使用价值。关 键 词：PLC；变压器；冷却控制论文类型：c.应用研究目 录1 绪论11.1 课题背景11.2 PLC S7-200 PLC 简介21.3 课题的研究方法与研究目的32 主变压器冷却控制系统原理52.1 冷却控制原理52.2 变压器油温自动控制方法62.3 冷却器组运行控制原理63 冷却控制装置的硬件设计93.1 电气元件及在装置中的应用93.1.1 凝露温度监控器93.1.2 电动机保护器93.1.3 开关器件93.2 可编程控制器103.2.1 可编程控制器的输入输出103.2.2 可编程控制器的选择103.3 装置的电气连接103.3.1 电源监控和凝露温度监控电气接线103.3.2 冷却器电动机保护控制电气接线123.3.3 可编程控制器的输入输出123.3.4 CPU224的输入输出连接133.3.5 EM223的输入输出133.3.6 EM221和EM222的的输入输出134 变压器冷却控制的通讯设置154.1 通信连接设置154.2 STEP7-Micro/WIN通信设置154.2.1 通信硬件的选择154.2.2 设置PC/PPI电缆的PPI参数165 变压器冷却控制的软件设计185.1 软件总体设计185.2 电源和三侧开关处理195.3 投计时处理、超时和切除计时处理206 结论与展望21声明6 结论与展望1 绪论绪论部分主要论述论文的选题意义及应用背景、国内外研究现状分析及论文的主要研究内容等。1.1 课题背景变压器是一种通过改变电压而传输交流电能的静止感应电器，它有一个公共的铁心和与其交链的几个绕组，且它们之间的空间位置不变。通过电磁感应原理改变电压（电流）。变压器是发电厂的主要设备之一，其作用有两个，一是满足用户电压等级的需要，二是减少电能在输送过程中的损失。变压器的损耗主要是铜耗和铁耗，而这些损耗最终都转化为热量，从而使变压器的铁心和油温温度升高。而此热量以传导和对流的方式向外扩散，实验与分析表明，变压器运行时产生的热量80%以上集中于绕组和铁心，它将直接影响变压器的寿命，变压器绕组温度每升高6，使用年限将缩短一半，也就是所谓的绝缘老化6规则，所以对变压器实现降温控制是非常必要的。变压器的冷却装置是将变压器在运行中由损耗所产生的热量散发出去，以保证变压器可以安全正常的运行。变压器铁心和线圈的损耗所发出的热量，在实油受热上升，热油沿箱壁以及散热管片向下流动的过程中，将热量传给箱壁和散热管片，再由它们向周围冷却介质散发热量，保证变压器在额定温升下能够正常运行。根据一般情况，各种冷却系统的配置情况由其电压等级来决定。35kV以下的电力变压器的冷却系统采用不吹风散热器的自然冷却装置；110kV变压器的冷却系统采用吹风散热器；而220kV及以上的电力变压器的冷却装置采用强迫油循环风冷或水冷的冷却装置。国外有关文献对变压器的温升、冷却系统采用的绝缘液体冷却效率进行了分析，提出了大型变压器冷却控制系统的智能控制，阐明了大型变压器冷却泵的智能模糊控制。但目前国内的大型电力变压器冷却系统仍沿袭传统的继电式控制模式，这种控制模式存在冷却器控制回路有设计缺陷；温度硬触电控制引起冷却器组频繁启停；热继电器对冷却器组的保护功能不全；冷却器组设定为运行、辅助、备用、停止四种固定状态，不能在线调整；继电式开关的故障率较高等问题。这些问题影响了变压器的正常冷却效率和使用寿命，如何使用高可靠性的可编程控制器及其相应的开关量和模拟量扩展模块，配以变压器凝露温度传感器对变压器冷却器控制与保护系统进行改造将是本文的所要讲述的内容。1.2 PLC S7-200 PLC 简介S7-200 PLC是西门子公司推出的整体式小型可编程控制器，由于其结构紧凑，功能强，并具有很高的性能价格比，在中小规模控制系统中应用广泛。一台S7-200 小型PLC的主要组成部分包括一个单独的S7-200小型PLC的主要组成部分包括一个单独的S7-200CPU,还可带有各种各样可选择的扩展模块。PLC S7-200系列适用于各行各业、各种场合中的检测、监控及控制的自动化。PLC S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中还是相连成网络，皆能实现复杂控制功能。S7-200 PLC有如下特点：(1) 功能强S7-200 PLC有5种CPU模块，最多可以扩展模块，扩展到248点数字量I/O或38路模拟量I/O,最多有30多KB的程序存储空间和数据存储空间。集成了6个12种工作模式的高速计数器和两点高速脉冲发生器/脉冲宽度调制器。CPU 224XP的高速计数器的最高计数频率为200kHz，高速输出的最高频率为100kHZ。直接读、写模拟量I/O模块，不需要复杂的编程。CPU 224XP集成有2路模拟量输入，1路模拟量输出。使用向导中的PID调解控制面板，可以实现PID参数自整定。S7-200 PLC 的CPU模块集成了很强的位置控制功能，此外还有位置控制模块EM253。使用位置控制向导可以方便的实现位置控制的编程。有配方和数据记录功能，以及相应的编程向导，配方数据和数据记录保存在EEPROM存储卡中。称重模块SIWAREX MS可以用于电子秤、料斗秤、台秤、吊车秤，或监测输送带张力、测量工业货梯或轧制生产线的负荷。普通PLC的温度适用范围055C，宽温型S7-200SIPLUS的温度适用范围为-25+70C。(2) 先进的程序结构S7-200 PLC的程序结构简单清晰，在编程软件中，主程序、子程序和中断程序分页存放。使用各程序中的局部变量，易于将程序块移植到别的项目。子程序用输入、输出变量作软件接口，便于实现结构化编程。(3) 灵活方便的寻址方法S7-200的输入(I)、输出(Q)、位存储器(S)、变量存储器(V)和局部变量(L)，均可以按位(bit)、字节、字、和双字读写。(4) 功能强大、使用方便的编程软件编程软件STEP 7-Micro/WIN V4.0可以使用包括中文在内的多种语言，有梯形图、语句表和功能块图编程语言，和SIMATIC、IEC 61131-3两种编程模式。S7-200的指令功能强，易于掌握。STEP 7-Micro/WIN的监控功能形象直观、使用方便。可以用3种编程语言监控程序的执行情况，用状态表监视、修改和强制变量，用趋势图监视变量。用系统块设置参数方便直观。STEP 7-Micro/WIN 具有强大的中文帮助功能，在线帮助、右键快捷菜单、指令和子程序的拖放功能使编程软件的使用非常方便。S7-200有4种加密级别，此外还可以对单独的程序块和项目文件加密。STEP 7-Micro/WIN提供包含时间标记和事件标志的事件记录，以“后进后出”的原则存储在缓冲区中。(5) 简单复杂编程任务的向导功能PID控制、网络通信、高速输入/高速输出、位置控制、数据记录、配方和文本显示器等编程和应用是PLC程序设计中的难点，用普通的方法对它们编程既繁琐有容易出错。S7-200的编程软件为此提供了大量的编程向导，只需要在向导的对话框中输入一些参数，就可以自动生成包括中断程序在内的用户程序。(6) 强大的通信功能S7-200的CPU模块有一个或两个标准的RS-485接口，可用于编程或通信，不需要增加硬件就可以与别的S7-200、S7-300/400 PLC、变频器和计算机通信。S7-200可以使用PPI、MPIModbus RTU从站、Modbus RTU主站和USS等通信协议，以及自由端口通信模式。通过不同的通信模块，S7-200可以连接到以太网和现场总线PROFIBUS-DP、AS-I，可以使用TCP/IP和S7协议。通过Modem模块EM241，可以用模拟电话线实现与远程设备的通信。编程软件提供多种与通信有关的向导。(7) 品种丰富的配套人机界面S7-200有配套的用编程软件组态的文本显示器TD200C和TD400C。用户可以用键盘设计工具设计文本显示器的面板。K-TP 178micro是为S7-200CN和中国用户量身定做的5.7in触摸屏。此外西门子还有多款与S7-200配套的触摸。1.3 课题的研究方法与研究目的本课题的研究方法通过西门子PLC采集变压器油温等信号，通过PLC CPU的运算实现风机的投退数量，并将相应的信息传给上位PC机和当地机，完成整套主变压器的自动冷却控制。本课题目的利用西门子PLC S7-200系列实现大型变压器的冷却系统控制，它是整个控制系统的核心，作为现场前置机，采集变电所的变压器负荷、油面温度的信息，与智能仪表通信，获取信息，最后输出。该系统由两套电源供电，实现不间断供电，当工作电源出故障后，备用电源投入；有自动和手动两套控制方法，工作时互不干扰，根据温度的变化来自动投入相应数量的风机，保证变压器的良好冷却，又能减少投入风机的数量。此外还实现当地监控和远程监控的功能。本文的主要工作：（1）收集现运行变压器冷却及控制系统的运行资料，分析大型变压器冷却器及其控制装置运行中存在的问题和不足。（2）针对现运行装置的问题和不足完成对变压器冷却控制装置的功能设计和冷却控制装置的结构设计。（3）完成可编程序控制器的输入输出分配和冷却控制装置的原理图设计及接线图设计。（4）实现上位机与PLC的通信，实现对冷却及控制系统的远方监视。（5）程序的调试及现场运行情况的分析。Equation Chapter (Next) Section 12 主变压器冷却控制系统原理2.1 冷却控制原理主变压器冷却控制的原理框图如图2-1所示： 图2-1 主变压器冷却控制原理框图变压器冷却控制装置的控制功能通过电源监测控制、冷却器投切保护、凝露温度监控、就地控制与显示、通讯、上位计算机监视六个功能块实现。（1）电源监视控制模块：有两个断路器控制电源的投切，将两路电源的故障信号和断路器辅助节点所反映的电源工作状态信号送入PLC，经PLC综合判断产生控制电源投切的控制命令，由断路器执行电源投切动作。（2）冷却器投切保护模块。模块采用交流接触器控制冷却器的投入和切除，PLC采集变压器温度信号、运行状态信号、交流接触器状态信号，由PLC根据这些信号判断并产生投切冷却器的控制命令，由交流接触器执行投切动作。（3）凝露温度监控模块。采集环境温湿度信号送给PLC，温度达到定值则散热，湿度达到定值，启动箱内的加热装置。（4）就地控制和显示模块。可以选择“手动”或“自动”投切冷却器；选择主备电源；同时显示电源和风冷却器组等信息。（5）通讯模块。完成与上位PC机的通讯，将变压器、冷却器等运行信息、故障信息传送到上位计算机。（6）上位计算机监视模块。将采集到的变压器、冷却器的运行信息、故障信息在上位计算机动态显示和故障报警。2.2 变压器油温自动控制方法油温自动控制系统框图如图2-2所示，控制系统以变压器顶层油温作为被控量；PLC作为控制器；交流接触器作为执行机构；冷却装置作为被控对象；温度继电器作为变送器；将引起变压器油温变化的变压器负荷和环境温度看作控制系统的外部扰动。图2-2 主变压器冷却控制原理框图本装置采用的断续反馈控制系统的特点是系统对被控对象的控制作用不连续，被控量最终不能稳定在某一定值而是一个值的范围。对变压器温度自动控制系统而言只能按组投切冷却器实现对温度的控制，所以难以实现对变压油温的定值控制，只能使其维持在一个温度范围内。变压器油温变化通过温度继电器采集送入到可编程控制器，可编程序控制器根据一定的控制策略产生控制冷却器投切的控制决策输出，控制决策通过接触器实现对冷却器组的投切，通过冷却器组的投切控制变压器油温的变化。2.3 冷却器组运行控制原理（1）启停的条件是变压器的温度和电流，其温度测量值可表示为： （2-1）式中 k1为变压器实际温度转化为模拟量比例系数k2为PLC数模转化比例系数Ni 为变压器温度离散测量值对测量值进行平滑处理后，可将变压器的温度分为几个不同的区域。在每个区域，根据温度变化值是上升还是下降的趋势，并考虑机组的启停时间和实际系统的工况形成冷却器组运行综合控制解析式： （2-2）t= (2-3)式中变压器温度2min变化率，t冷却器组启停延时时间，min、可调因子，根据变压器的容量、温度范围、温度变化率、散热条件和冷却器组功率及运行经验综合考虑取值。值的大小直接反映了变压器负载变化的大小。当变压器负载突然急剧增大时，会引起变压器温度的急速上升，也会随之急剧增大；但当变压器负载突然降低是，因变压器的散热不会象发热那样快，只能缓慢降低。因此，反映变压器温度变化率也即变压器负载变化情况的调节系数和启停冷却器的时间系数就要适时改变。这样，当变压器的温度还没到达规定值时，就会因变压器温度的上升趋势使冷却器组提前投入；同样当变压器温度在下降阶段充分冷却后，才能关闭冷却器组。否则过早关闭冷却器组会使变压器温度再次上升引起冷却器组频繁启停。滞后投入冷却器组会使变压器温度急剧上升。（2）根据各冷却器组累积运行的时间，选择累积运行时间最小的投入运行。以温度综合表达式控制的冷却器的组数。当式（2-2）T在一定范围时，启动相应的冷却器组，至于启停哪几组决定于每个冷却器组目前累积运行时间的统计和排序。在排序中当冷却器组连续运行一定时间后发出一个重新排序切换命令，使冷却器组轮流工作，均衡使用。同样，当有冷却器组投退或故障时也发一个重新排序切换命令，尽快启动好冷却器组和退出故障或需检修冷却器组，并将退出或故障冷却器组当前累积运行时间值，以备再恢复运行时使用。（3）冷却机组的自适应保护为克服传统冷却控制装置热继电器保护方法存在的缺陷、有人采用自适应保护原理，使冷却器组保护、电源缺相保护和出口时间保护的整定值，随冷却器组运行状况和故障类型的实际情况而改变，可表示为：I=IN （2-4）Tp=t （2-5）Pi=0 （2-6）式中 I电流定制，A Tp时间定值，s IN冷却机组额定电流，A Pi电源三相电压逻辑量（1，0。i=A1，B1，C1，A2，B2，C2）、调整系数为使保护的定值按上式变化，PLC实时在线检测冷却器组和供电电源的每相电流、变压器温度和运行冷却器组数，然后根据冷却器组运行状况、故障类型、变压器湿度和电源状态等实时确定相应的调整系数、。如电源缺相，在冷却器组运行时发生这种故障其判据为：（1）一个开入逻辑量Pi=0；（2）x，=0.5C，C为运行冷却器组数，即电源回路该相总电流小于运行冷却器组总额定电流的50%；（3）连续判断=0.1s后确定，尽快投入另一路电源。在无冷却器组运行时发生这种故障，以条件（1）、（3）判定。同样对于冷却器过载故障：（1）IID2。过载程度=1.151.25；（2）过载允许时间60r（39-30A），r根据不同季节与冷却器组发热积累值自动调整，确保冷却器组充分发挥潜能。Equation Chapter (Next) Section 13 冷却控制装置的硬件设计3.1 电气元件及在装置中的应用3.1.1 凝露温度监控器凝露温度监控器是监视工作环境湿度、温度，当湿度、温度达到设定值能启动用户连接的宁洛负载和控温负载的一种仪器。本文的冷却控制装置采用LWK2(TH)型凝露温度监控器，电气连接如图3-1所示：图3-1 凝露温度监控器凝露温度监控器的端子1、2连接温度传感器，5、6连接凝露温度传感器，3、4连接控温负载，7、8连接凝露负载，11、12连接交流220V电源。在冷却控制装置中凝露温度监控器监视环境的温度、湿度，有凝露产生的可能时，启动装置箱体内的加热装置，同时将“凝露”信号送到PLC用于判断启动冷却器；当温度超过设定值，将装置箱内风扇启动，为控制装置散热。3.1.2 电动机保护器变压器冷却控制装置采用GDH系列电动机保护器与自动空气开关组合实现对电动机的缺相、过负荷、堵转和短路保护。GDH系列电动机保护器集缺相、过流、堵转保护为一体，具有工作灵敏可靠、安装方便、故障率低等优点，是替代热继电器实现电动机保护的理想换代产品。3.1.3 开关器件变压器冷却控制装置中要用到断路器、接触器、空气开关、转换开关等。装置选用继电器和开关的名称和型号规格如下：断路器，NS-100，3P，AC380V接触器，LC1，32A，AC220V信号继电器，DX-8,0.025A中间继电器，MAX DC220V熔断器，RT18-32，32A转换开关，LW5-15D7612/9由于器件较多，不一一列出，结合具体的实现电路介绍其在变压器冷却控制装置中的使用和作用。3.2 可编程控制器在以PLC为核心的变压器冷却控制装置中，输入、输出通过可编程控制器连接起来，构成完整的控制系统。输入为PLC提供所必须的数字量、模拟量；PLC采样输入，执行编制的程序，根据程序设计对所采集信息进行综合分析、判断并作出决策，产生数字量、模拟量输出，驱动执行器件，完成控制功能。3.2.1 可编程控制器的输入输出根据变压器冷却控制装置的功能设计和结构设计，同时结合冷却控制装置的设备选型，确定PLC I/O的来源及数量和性质。如表3-1从表3-1可知PLC共有36路数字量输入和23路数字量输出。I/O性质及点数的确定非常重要，是PLC选型的一项重要指标，PLC连同输入/输出模块必须满足所需点数的要求。3.2.2 可编程控制器的选择根据变压器冷却控制装置对PLC控制功能、输入/输出性质及点数，存储容量的要求，综合性能、可靠性等，选用西门子S7-200作为冷却控制装置的控制器。我们选用CPU224（14数字输入/10继电器输出），扩展模块采用EM221(16路数字输入)，EM222(8继电器输出)，EM223（8数字输入/8数字输出），共38路数字量输入和26路输出。此外还需要额外提供24V直流电源系统才能正常工作。3.3 装置的电气连接3.3.1 电源监控和凝露温度监控电气接线冷却系统由两路电源供电，可以通过开关选择一路为“主”电源，一路为“辅”电源，电源监视控制部分的作用是，监视两路电源的状态，并将电源状态信号送入PLC；同时接受PLC的控制命令，通过断路器动作选择一路电源为装置供电。凝露温度监控器可以对实时监视环境的温度、湿度，条件达到时可以启动凝露负载、温度负载，对可能产生的凝露、超温情况采取应对措施。电源监控和凝露温度监控电气接线原理如图3-2所示：图3-2所示，小型电压继电器1YJ、2YJ、3YJ的线圈分别连接电源的三相X1、X2、X3负责监视电源1的状态，三个电压继电器的常开触点串联后连接中间继电器1ZJ的励磁线圈。小型电压继电器4YJ、5YJ、6YJ和中间继电器2ZJ配合对电源2的监视。图3-2电源监控和凝露温度监控电气原理图 中间继电器1ZJ的触电负责为断路器和凝露温度监控器提供电源，当电源1正常时，1ZJ的常开触点闭合，常闭触点打开，由电源1为断路器和凝露温度监控器的工作提供电源；当电源1非正常时，1ZJ的常开触电打开，常闭触电闭合，由电源2为断路器和凝露温度监控器供电。断路器PLC输出的电源选择控制指令，为冷却器组及控制装置选择一路电源。接触器的A4为“分闸”输入，A2为“合闸”输入，“分闸”输入具有更高的优先级。接触器的主触头分别连接两电源和变压器冷却装置的电源进线，输入端连接PLC的输出和断路器常闭辅助触点的组合。Q3.4为控制1JC的“合闸”信号，Q3.5为控制1JC的“合闸”信号，Q3.6为控制1JC和2JC的“分闸”信号。2JC的常闭辅助触电和Q3.4串联接入1JC的“合”输入端可以防止两电源同时投入，因为2JC处于“合闸”状态时，电源2供电，其常闭辅助触点打开，1JC的“合闸”输入端处于无信号的状态，电源2不能投入。同理1JC的常闭辅助触电和Q3.5串联介入2JC的“合闸”输入端可以防止电源同时投入的情况发生。当环境温度湿度达到设定值时，“凝露负载”输出接通，中间继电器3ZJ励磁，其常开触点连接到PLC的输入，为PLC提供凝露信号。当环境湿度达到设定值时，凝露负载接通，加热装置启动为控制装置除湿。当环境温度达到设定值时，温度负载接通，风扇投入运转为冷却控制装置散热。3.3.2 冷却器电动机保护控制电气接线本论文设计的冷却控制装置可以控制8组冷却器，每组冷却器有3个风扇和1个潜油泵组成，冷却器保护控制部分可以为冷却器风扇电动机和潜油泵电动机提供过载、堵转和缺相保护，并接受PLC的输出指令，投切冷却器组。每组冷却器保护控制的接线是相同的，我们只绘出一组冷却器保护控制的电气接线原理图。如图3-3所示图3-3冷却器保护控制电气原理图 当任一电机出现故障时与之相连的电机保护器的输出触电闭合，使空气开关1ZK动作。1BC为控制风冷器投切的接触器，它的励磁线圈连接PLC的输出，可以接受PLC的控制指令，控制冷却器投切。转换开关用于选择“手动”、“自动”投入冷却器或处于“停止”状态。1、2接通处于“自动”状态。3、4端子接通处于“手动”状态。3.3.3 可编程控制器的输入输出变压器冷却控制装置的核心PLC由一个CPU模块CPU（14数字输入/输出），三个输入输出扩展模块，EM221（16路数字输入），EM222（8继电器输出），EM223（8数字输入/8继电器输出）组成，PLC从输入端子采集信号，从输出端子输出控制信号。3.3.4 CPU224的输入输出连接CPU224是PLC的核心，控制功能和控制决策由CPU模块运行做出，CPU的输入输出连接如图3-4所示：（L1，N）接220V交流电，（L+,M）引出24V直流电。输入I0.0和I0.1连接转换开关，I0.0有效表示“手动”，I0.1有效表示“自动”。输入I0.2I0.6连接电源“主”、“辅”选择开关、中间继电器1ZJ和2ZJ的常开触点、断路器1JC和2JC的辅助触点。变压器三侧开关DL1、DL2、DL3的辅助触电串联作为I0.7输入。输入I1.0、I1.1、I1.2分别连接3个温度继电器1WJ、2WJ、3WJ的常开触点，指示变压器的顶层油温。输入I1.3连接中间继电器3ZJ的一个触电，中间继电器3ZJ的励磁线圈连接凝露温控器的凝露负载。1L、2L、3L分别连接到转换开关的1X31、2X31和3X31，“自动”时输出Q0.0Q0.3、Q0.4Q0.6、Q0.7Q1.提供电源。Q0.0Q0.7连接冷却器的励磁线圈机信号指示灯。接触器励磁线圈的电源端通过开关还连接转换开关的1X41、2X41和3X41，处于“手动”模式时为励磁线圈提供电源，可以通过按钮开关手动的投切冷却器。3.3.5 EM223的输入输出模块的1M和2M端接地，L+连接CPU224模块的24V直流电源输出，一方面为输入I2.0I2.7提供电源，另一方面为继电器输出Q2.0Q2.7的继电器线圈供电。冷却器控制装置能控制8组冷却器，8组冷却器的油流继电器1LJ8LJ的常开触电连接24V直流电源和EM223的输入I2.0I2.7。一组冷却器投入运行，对应的输入有信号，反之变为无信号状态。Q2.0Q2.7连接冷却器故障信号指示灯，与EM222配合确定是哪一组冷却器出现的何种故障。3.3.6 EM221和EM222的的输入输出扩展模块EM221和EM222的作用是扩展CUP的输入输出，EM221有16个24V直流数字输入，EM222有8个继电器输出。模块EM221的1M4M端和EM222的M端接地，EM222的L+连接24V直流电源。输入I3.0I3.7分别连接8组自动空气开关的常开辅助触电的一段，另一端连接24V直流电源。自动空气开关与电动机保护器配合实现对风扇和潜油泵电动机的保护，正常情况下自动空气开关的辅助触点打开，冷却器电动机出现故障时，辅助触点闭合，将信号送入PLC。输入I4.0I4.7分别连接控制冷却器投切的8个交流接触器1BC8BC的常开辅助触点，当一只交流接触器闭合，接触器控制的冷却器投入工作，辅助触点闭合，信号送入PLC，表示对应冷却器投入工作。4 变压器冷却控制的通讯设置4.1 通信连接设置冷却控制装置采用自由口通讯，自由口通讯是建立在PLC RCS485硬件基础上的一种通讯方式。自由口通讯功能完全由用户程序控制，所有通讯任务由用户编程完成。冷却器控制装置的通讯由PLC、PPI电缆、长线驱动器、通讯线和上位计算机组成，如图4-1所示：图4-1 冷却控制通信装置的组成4.2 STEP7-Micro/WIN通信设置4.2.1 通信硬件的选择在STEP7-Micro/WIN中执行菜单命令“查看”“组建”“设置PG/PC”接口，或者双击指令树的“通信”文件夹中的“设置PG/PC”接口图标，进入“设置PG/PC接口”对话框，如图4-2所示：图4-2 PG/PC接口设置4.2.2 设置PC/PPI电缆的PPI参数设置PC/PPI电缆的PPI参数选用PC/PPI电缆，在“设置PG/PC”接口中单击“属性”按钮，将会出现“属性-PC/PPI Cable(PPI)”对话框，如图4-3所示：图4-3 PC/PPI cable属性设置选中“多主站网络”复选框，即可以启动多主站模式，未选择它时为单主站模式。使用单主站协议时，STEP 7-Micro/WIN是网络中唯一的主站，不能与其他主站共享网络。通过调制解调器通信或在噪声严重的网络中传输数据时，应使用单主站协议。按照下列步骤设置PPI参数：(1) 在PPI选项卡的“站参数”区的“地址”框中设置站地址。运行STEP 7-Micro/WIN的计算机的默认站地址为0，网络中第一台PLC的默认站地址为2，网络中不同的站不能使用同一个站地址。(2) 在“超时”列表框中设置与通信设备建立联系的最长时间，默认值为1s。(3)如果希望STEP 7-Micro/WIN加入多主站网络，应选中“多主站网络”复选框。(4) 选择网络中通信的传输波特率。(5) 根据网络中的设备数选择最高站地址(6) 单击“本地连接”选项卡，选择PC/PPI电缆的计算机的RS-232C通信口(COM口)或USB接口，以及是否使用调制解调器。同时只能使用一个USB接口。5 变压器冷却控制的软件设计5.1 软件总体设计可编程控制器程序流程图如图5-1所示：图5-1 可编程控制器程序流程图首先进行初始化，在PLC由停止到运行的第一个运行周期进行初始化操作一次，初始化操作完成PLC通讯设置，以及计数器、定时器等清零和复位。电源处理，为冷却装置选择一路电源为装置供电，如果没有电源投入，则跳转到停止处理。三侧开关处理：三侧开关输入信号由无效变为有效，当“允许投切”标志位无效时跳转到停止处理；三侧开关输入信号无效，表示变压器工作，接下来进行“手动”、“自动”、“停止”操作判断，如果处于“自动”状态，则进行“首次投入”判断，如果是首次投入则需要进行初始化投切处理，以一定的时间间隔，一次投入5组冷却器；否则直接进行投入计时处理。投切处理：投处理选择运行时间最短的冷却器置位投入输出；切处理选择持续运行时间最长的冷却器复位。手动计时超时处理：当持续运行时间计数器超设定值时将持续运行时间计算器计数值累积到运行时间存储区，持续运行时间计数器清零开始计时。冷却器全停处理。冷却器全停时允许带载20分，如果20分钟后未达到75，则允许上升到75，但运行时间超过1小时后，变压器三侧开关跳闸输出，变压器停运。通讯处理，PLC定期将有冷却器有关的变压器、电源状态、冷却器状态等信息通过串口发送到上位计算机。5.2 电源和三侧开关处理PLC控制电源投切用断路器的分闸输出Q3.6、断路器1合闸输出Q3.4和断路器2合闸输出Q3.5的逻辑表达式如下：Q3.6= Q3.4= Q3.5=PLC的输入输出定义在前面已经介绍，与公式5-1对应在下列6种情况下断路器的分闸信号Q3.6有效；“停止”状态时：断路器1或者断路器2还处于合闸状态；工作状态时：电源1为主电源，电源故障1但断路器1在合闸；电源1为主电源，电源1正常但断路器2在合闸；电源2为主电源，电源2故障但断路器2在合闸；电源2为主电源，电源2正常但断路器1在合闸；电源1和2都故障，但断路器1或2在合闸。断路器1和断路器2的合闸信号都是在工作状态，并且断路器1和2全部处于分闸状态下进行，与公式5-2对应断路器1的合闸信号在电源1为主电源且电源1正常和电源2为主电源，电源2故障但电源1正常这两种情况下有效。电源2的合闸信号和电源1类似。5.3 投计时处理、超时和切除计时处理可编程控制器采用定时器和计数器配合计时，定时器计时5分钟，计数器对定时器计数，计数15天。程序梯形图如图5-2所示：图5-2 投入计时梯形图I0.4有信号表示一组冷却器投入，T37开始计时，计时时间到T37输出保持有效，T40开始计时，T37有效保持500mm后被复位，同时T40被复位，T40的作用是保持T37有效一段时间帮助C1计时。每5分钟计数器计数一次，M0.3恒为无效。无论在“手动”还是在“自动”模式下，只要冷却器被切除，就将计数器的当前值累加到累积运行时间存储区，并清空计数器重新开始计数。Equation Chapter (Next) Section 16 结论与展望针对目前大容量电力变压器冷却控制装置存在的问题及电网的发展要求，在对目前大型电力变压器冷却及控制装置调研的基础上，提出了基于可编程控制器的变压器冷却控制装置，该系统能够对变压器的油温和冷却器的各种运行、故障状态精确的监测，相比与传统的继电式控制模式有很大的优越性。它能变压器油温进行监测和控制；实现了变压器冷却器根据不同油温的分组投切，延长了冷却器的使用寿命，有一定的经济意义；实现了冷却系统的各种状态信息上传到上位机；在湿度很大的季节，冷却控制装置可以将冷却器全部投入运行一段时间，避免因湿度过大、电动机长时间停运造成的电动机抱轴现象。本课题的变压器冷却控制装置由电源监视控制、冷却器投切保护、凝露温度监控、就地控制与显示、通讯、上位计算机监视六个功能模块，极大的简化了系统接线，加上PLC自身的高可靠性，大大提升了装置的可靠性和自动化程度。本课题基于PLC的变压器冷却装置功能完善、控制准确，对变压器安全、可靠运行有重要的意义和使用价值。随着电网对智能化和可靠性的要求不断提高，对于变压器冷却器控制装置来说，功能要求更加完善，可能要求变压器冷却控制装置具有远方控制功能。此外，随着固态继电器制造计数的不断成熟，如果采用固态接触器作为执行器件，可以进一步提高变压器冷却控制装置的可靠性。致 谢致 谢本文是在导师陈国联老师的指导下完成的。在论文的选题和每个研究阶段，陈老师都给了很大的帮助。在陈老师的不断鼓励与鞭策下本论文才得以完成。值此论文完成之际，谨向导师陈国联老师致以深切的感谢和崇高的敬意！在作者的学习和研究过程中，得到了许多同事好友的热心帮助，此外还参考了很多资料，向参考及引用资料的作者及帮助我的同事好友表示诚挚的谢意！最后，感谢评审本论文的各位老师！参考文献1 李晓宁.例说西门子PLC S7-200M.北京:人民邮电出版社，2008版2 严盈富.西门子S7-200 PLC 入门M.北京：人民邮电出版社，2007版3 廖常初. PLC编程及应用(第3版)M.北京：机械工业出版社，2009版4 江伟.基于PLC在大型变压器冷却控制中应用 J.华东电力，2006年第34卷第7期5 李芳.基于PLC的电厂主变压器冷却自动控制系统的设计 J.机床与液压，2006年第12期6 李玉军等. 基于组态王和PLC的主变压器冷却监控系统设计J.自动化仪表，2007年第8期7 朱蕾等. 浅谈PLC在丹江口电厂变压器冷却控制系统中的应用J.水电与新能源，2006年第6期8 朱挺.PLC技术在变压器冷却系统改造中的应用D.北京，中国石油大学，20109 董继民等. 可编程序控制器在大型变压器冷却控制系统中的应用 J.变压器，2002年第2期10 陈玉国等.基于PLC的变压器风冷智能控制系统设计J.电器工业，2010年第7期11 郑雷.PLC在火电厂应用的重要性J.中国高新技术企业，2010年第18期12 田茂芹等. 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