摘要：本文介紹利用臺達PLC對多臺變壓器的溫度進行監(jiān)測和控制方法，并詳細闡述了聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測的實現(xiàn)方法和編程思路。

關(guān)鍵詞：干式變壓器溫度監(jiān)測設(shè)計

1引言

干式變壓器以其具有防火阻燃、安裝環(huán)境簡潔、日常維護方便和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，逐漸在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。負載變化繞組超溫是干式變壓器故障的主要原因。為了提高電力系統(tǒng)運行的可靠性和延長干式變壓器的使用壽命，應(yīng)該對干式變壓器的溫度進行實時監(jiān)控。變壓器過載運行會使溫度升高，加快變壓器絕緣的老化過程，降低變壓器的使用壽命。據(jù)研究統(tǒng)計，絕緣工作時的溫度每升高8度，其壽命會減少一半。

2系統(tǒng)分析

2.1超溫原因

變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產(chǎn)生。變壓器鐵芯發(fā)熱的主要原因是磁滯損耗、渦流損耗和繞組的傳導(dǎo)熱量。當(dāng)變壓器的初級繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動，因為鐵心本身也是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上就會感應(yīng)電勢，這個電勢在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，形成“渦流”。這個“渦流”使變壓器的鐵損耗增加，并且使變壓器的鐵心發(fā)熱，變壓器的溫升增加。繞制變壓器需要用銅導(dǎo)線，這些銅導(dǎo)線存在著直流電阻，電流流過時會消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，使繞組發(fā)熱。

2.2控制要求

為能對變壓器的溫度進行實時監(jiān)測和控制，要求設(shè)計的系統(tǒng)能對多臺變壓器的繞組和鐵心溫度進行測量，實時在HMI上顯示，并能對數(shù)據(jù)進行分析，一旦溫度超出設(shè)定最高溫度時進行聲光報警，達到極限設(shè)定溫度時自動切除負荷進行保護。當(dāng)溫度達到強制散熱設(shè)定值時，啟動風(fēng)扇進行強制散熱。服務(wù)器能對變壓器的溫度進行記錄，并能生成曲線圖，隨時能為技術(shù)人員提供查詢。

3系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)主要由溫度采集傳送單元、I/O模塊、PLC、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通訊等部分組成，如圖1所示。

3.1溫度采集單元

采用熱電阻CU100對變壓器繞組和鐵心溫度進行測量。熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時，其電阻也隨著發(fā)生變化的特征來測量溫度。測量范圍0~150℃，R0=100Ω.

3.2人機界面（HMI）

人機界面用來顯示每臺變壓器的溫度，并可以方便的設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)，如報警溫度值，切除負荷溫度值，啟/停風(fēng)扇溫度值等參數(shù)?？梢詫崟r查看每臺變壓器的繞組和鐵心的溫度，并可以顯示變壓器負荷和溫度關(guān)系曲線。必要時還可通過HMI上的按鈕，手動啟/停風(fēng)機，消除報警及切除負荷等操作。在服務(wù)器上，記錄著各種報警信息及故障發(fā)生時的各相溫度值、時間等信息，可按時間條件進行查詢，并根據(jù)需要進行打印和負荷圖表輸出。該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集處理、風(fēng)機運行和故障報警由PLC和HMI通過編制的相應(yīng)程序來完成。

3.3遠程I/O模塊

溫度信號的采集和風(fēng)扇的開啟通過遠程I/O模塊來實現(xiàn)。溫度信號采集采用模擬量輸入模塊SM431模塊（訂貨號為6ES7431-1KF10-0AB0）。該模塊能對電阻進行測量，分辨率為13位，模擬量部分與CPU隔離，無需外部電源。對該模塊的模擬量的讀取可以在STEP7中用FC105功能塊讀出。該模塊通過Profibus網(wǎng)絡(luò)與PLC相連，把所采集的溫度信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送往PLC。

3.4監(jiān)控單元

利用高性能臺達DVP-PLC對各溫度檢測單元進行實時掃描和運算，結(jié)合HMI輸入的參數(shù)，對變壓器風(fēng)扇進行控制，如果超出設(shè)定的限定值在HMI上發(fā)出聲光報警，達到極限值時切除負荷。DVP-PLC自動化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，具有模塊擴展和配置功能使其能夠按照每個不同的需求靈活組合。通過PROFIBUS-DP接口，最多時可以連接到125個總線節(jié)點，使用光纖時，最后一個節(jié)點的距離可以達到23Km。集成的HMI服務(wù)，用戶只需為HMI服務(wù)定義源和目的地址，系統(tǒng)會自動的傳送信息。有很強的通信功能，CPU模塊集成有MPI和DP通信接口，有PROFIBUS-DP和工業(yè)以太網(wǎng)的通信模塊，以及點對電通信模塊。通過PROFIBUS-DP或AS-i現(xiàn)場總線，可以周期性的自動交換I/O模塊的數(shù)據(jù)（過程映像數(shù)據(jù)交換）。在自動化系統(tǒng)之間，PLC與計算機和HMI站之間，均可以交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信可以周期性的自動進行或基于事件驅(qū)動由用戶程序塊調(diào)用。

3.5網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)

現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)將計算機控制系統(tǒng)的各個控制級和分散在現(xiàn)場的傳感器、執(zhí)行器有機聯(lián)系起來，為實現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合自動化創(chuàng)造了條件。唐鋼酸洗線系統(tǒng)根據(jù)控制級別要求和網(wǎng)絡(luò)特點在不同控制層應(yīng)用了工業(yè)以太網(wǎng)，PROFIBUS-DP和AS-I總線。工業(yè)以太網(wǎng)采用光纖電纜作為傳輸介質(zhì)，光纜不受電磁干擾影響，通訊迅捷可靠，實現(xiàn)工程師站、HMI、HMI服務(wù)器、快速數(shù)據(jù)分析儀FDA和S7-400PLC系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊，達到生產(chǎn)管理和工程控制的目的。PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)用以實現(xiàn)自動化系統(tǒng)和分布式I/O站（SIMATICET200S）,SIEMENS驅(qū)動器及MCCDP/AS-ILINK之間的數(shù)據(jù)通訊。PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度快，抗干擾度高，有力的保證了現(xiàn)場狀態(tài)信號與控制數(shù)據(jù)的傳輸。

4程序設(shè)計

4.1應(yīng)用軟件

HMI操作系統(tǒng)為Windows2000ServerSp5,應(yīng)用軟件為WonderwareInTouchVer.8Sp4,InTouch是在Windows2000或WindowsXP操作系統(tǒng)下，在PC機上運行的面向?qū)ο蟮?、?shù)據(jù)開放和功能開放的32位應(yīng)用程序系統(tǒng)。InTouch提供在工業(yè)上用于圖形顯示、信息處理、歸檔和報表的基本功能模塊，還提供用戶文檔、過程控制軟件包和開放開發(fā)工具等可選軟件包。其強大的驅(qū)動程序接口、快速圖形更新和安全歸檔功能具有很高的可能性，結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲方式保證無論是組態(tài)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)和運行過程的數(shù)據(jù)都可準確無誤的讀取。

4.2功能塊流程圖

在主程序中調(diào)用變壓器溫度監(jiān)測功能塊，功能流程圖如附圖所示。

附圖流程圖

5結(jié)束語

多臺變壓器實時溫度監(jiān)測系統(tǒng)是在唐鋼冷軋薄板廠現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加對變壓器進行溫度監(jiān)控，來減輕工作人員的勞動強度。產(chǎn)生的溫度、電流曲線圖表，有利于分析變壓器的工作、健康狀況及負荷的分配情況，根據(jù)記錄的這些數(shù)據(jù)來制定檢修計劃和合理的分配負荷。唐鋼冷軋薄板廠有六臺干式變壓器，為了監(jiān)控變壓器的溫度，需要工作人員每天三次記錄每相的溫度，并采用紅外線電子測溫儀去測量每一臺變壓器的鐵心溫度，以便分析掌握變壓器的工作狀況。本文在唐鋼冷軋薄板廠現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上設(shè)計的一套變壓器溫度聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，降低了工人的勞動強度，提高設(shè)備的可靠性。

作者簡介

賀海清（1978-）男技術(shù)員，現(xiàn)就職于，河北鋼鐵股份有限公司唐山分公司冷軋薄板廠，主要研究方向為工業(yè)自動化領(lǐng)域。

參考文獻

[1]臺達集團臺達股份有限公司.DVP-PLC應(yīng)用技術(shù)手冊[Z].2010.