plc在变电站变压器自动化系统中的应用

目录摘要 IAbstract II第1章绪论 1第2章变压器冷却限制装置的功能和限制方法 22.1电力变压器运行规程中关于冷却限制的规定 22.1.1对变压器冷却装置的要求 22.1.2变压器温度限值 22.1.3强迫油循环冷却变压器的运行条件 22.2变压器冷却自动限制装置功能模块设计 3第3章变压器冷却自动限制装置的硬件设计 53.1电气元件及在装置中的应用 53.1.1电动机爱护器 53.1.2凝露温度监控器 53.1.3开关器件 73.2可编程序限制器 73.2.1可编程序限制器的输入输出 73.2.2可编程序限制器的选择 83.3装置电气连接 103.3.1电源监控和凝露温度监控部分电气接线 103.3.2冷却器电动机爱护限制电气接线 12第4章变压器冷却自动限制的软件设计 194.1软件总体设计 194.1.1投入计时处理、超时和切除计时处理 214.1.2投切推断和投切处理 224.2监视软件总体设计 234.3串口设置和打开 244.4线程的建立及串口数据的读取、解析和显示 25结论 27致谢 28参考文献 29摘要在变电站中，变压器是实现电能转换的最基本、最重要的设备，对供电牢靠性有着重大的影响。变压器在运行中是有损耗的，一种是空载损耗，它与负荷大小无关;另一种是负载损耗，与负载电流的平方成正比。变压器运行中产生的损耗将转换为热量散发出来，使变压器绕组、铁芯和变压器油温上升。变压器的温升影响它的带负荷实力，同时会加速变压器绕组和铁芯所采纳绝缘材料的老化，影响它的运用寿命。变压器运行中所带负荷随时都在发生改变，这将使变压器的损耗也随之发生改变，从而造成变压器油温的改变；同时不管是一年四季环境气温的改变，还是每天昼夜气温的改变，也都造成了变压器油温的改变。为了保证变压器平安，稳定，经济的运行，要随时检测变压器的油温并由冷却限制装置限制冷却器组运行来限制变压器油温的改变，使其油温维持在一个固定的范围内。但目前大型电力变压器的冷却限制仍旧主要采纳传统的继电式限制方式，这种限制方式存在很多弊端：限制回路接线困难、牢靠性差、故障率较高、维护工作量大，造成冷却器运行不均衡，影响冷却器组运用寿命。本课题针对存在的问题提出并研制了基于PLC的大型变压器冷却限制装置。关键字：变压器自动化；冷却限制装置；损耗；PLC

AbstractInthesubstationtransformeristoachieveenergyconversionofthemostbasicandimportantequipment,hasamajorimpactonthereliabilityofpowersupply.Transformersinoperationislossy,ano-loadloss,ithasnothingtodowiththeloadsize;anotherloadlossisproportionaltothesquare,andtheloadcurrent.Lossesarisingfromtheoperationofthetransformerisconvertedtoheatthatcomesout,thetransformerwindings,coreandtransformeroiltemperaturerise.Effectoftemperatureriseofthetransformerwithitsloadcapacity,anditwillacceleratetheagingofthetransformerwindingsandcoreofinsulatingmaterialused,affectitslife.Transformerloadcarriedbyrunningallthetimechange,whichwillallowthetransformerlossesalsowillbechanged,resultinginthechangeoftransformeroil;simultaneouslythroughouttheyearregardlessofenvironmentaltemperaturechanges,orchangesintemperaturebetweendayandnighteveryday,alsocausedachangeinthetransformeroil.Inordertoensurethatthetransformersafe,stableandeconomicaloperation,thetransformeroiltobereadilydetectedbythecoolingcontroldevicetocontroltheoperationofthecontrolgroupcoolertransformeroilchanges,sothattheoiltemperatureismaintainedwithinafixedrange.Butthelargepowertransformercoolingcontrolisstillmainlytraditionalrelaycontrolmode,therearemanydrawbacksofthiscontrol:controlcircuitwiringcomplexity,poorreliabilityThispaperfocusesontheproblemsproposedanddevelopedalargetransformercoolingcontrolbasedonPLCdevices.Keywords:Transformerautomation;Coolingcontroldevices;Losses;PLC第1章绪论目前，已经实际运行的综合自动限制系统有：LAS系统、基于CAN/LON网的分散分布式变电站限制系统等，它们在实际应用中取得了较好的成效，但也存在着技术和经济上的各种缺点。本文在研制智能型有载调压变压器监控系统的基础上，从变电站综合自动化发展的大方向（即从集中限制型向分散（层）网络型发展；从专用设备向平台发展，中小变电站综合自动化中的自动化设备有：可编程自动化监控装置、可编程变压器自动化屏、可编程微机计量屏、可编程微机线路爱护屏、可编程微机同期系统、可编程中心信号屏、可编程电容屏、可编程微机直流电源系统等均应用了PLC为其智能化单元，并且都能够挂网运行，便利地实现遥信、遥测、遥控功能，取代了传统的RTU。众所周知电力变压器是发电厂和变电所的最重要设备之一。随着电力系统规模的不断扩大和电压等级的提高，在电能输送过程中，电压转换层次有增多的趋势，要求系统中的变压器总量己由过去的5—7倍发电总容量，增加到9—10倍发电总容量。因此，变压器能否正常运行对于电力系统的平安稳定运行起着至关重要的作用[1]。变压器的效率虽然很高，但系统中每年变压器总的电能耗仍旧是一个相当大的数目。变压器的损耗主要是铜耗和铁耗，而这些损耗最终均转化为热量，从而使变压器的油温柔铁心温度上升。变压器的铜耗和铁耗产生的热量主要以传导和对流的方式向外扩散，变压器运行时，各部分的温度分布极不匀称。分析与测试均表明，变压器产生的热量80%以上集中于绕组和铁心，它干脆影响着变压器的出力。通过计算以及运行实践证明，变压器最热点温度维持在98℃以下时，变压器能获得正常运用年限（20—30年）。依据探讨，变压器绕组每上升6℃，运用年限将缩短一半，此即所谓的绝缘老化6℃规则。可见，温度对变压器的运用寿命有着至关重要的影响。分析与计算表明，变压器损耗的增加与其额定容量的3/4次方成比例，而冷却表面的增加只与额定容量的1/2次方成比例。可见，变压器的容量越大，其散热问题就越突出。因此，如何使变压器最大限度地散热，是变压器生产厂家的重要课题，也是电力部门在生产运行中须要特殊关注的问题。因此要对变压器进行冷却限制。第2章变压器冷却限制装置的功能和限制方法2.1电力变压器运行规程中关于冷却限制的规定在变压器冷却限制装置的设计中参考了电力变压器运行规程（DL/T572-95）中关于强迫油循环电力变压器冷却装置及运行条件的规定，规定如下：对变压器冷却装置的要求1.要求油浸式变压器本体的冷却装置、温度测量装置等应符合GB6451的要求。2.按制造厂的规定安装全部冷却装置。3.强油循环的冷却系统必需有两个独立的工作电源并能自动切换。当工作电源发生故障时，应自动投入备用电源并发出音响或灯光信号。4.强油循环变压器，当切除故障冷却器时应发出音响或灯光信号，并自动（水冷的可手动）投入备用冷却器。5.风扇、水泵及油泵的附属电动机应有过负荷、短路及断相爱护；应有监视油泵电机旋转方向的装置。6.强油循环冷却的变压器，应按温度和（或）负载限制冷却器的投切。2.1.2变压器温度限值强迫油循环变压器顶层油温一般不应超过表2.1的规定（制造厂有规定的按制造厂规定）。当冷却介质温度较低时，顶层油温也相应降低[2]。表2.1油浸式变压器顶层油温一般限值冷却方式冷却介质最高温度最高顶层油温强迫油循环40852.1.3强迫油循环冷却变压器的运行条件强迫油循环冷却变压器运行时，必需投入冷却器。空载和轻载时不应投入过多的冷却器（空载状态下允许短时不投）。各种负载下投入冷却器的相应台数，应按制造厂的规定。按温度和（或）负载投切冷却器的自动装置应保持正常。强迫油循环变压器投运时应逐台投入冷却器,并按负载状况限制投入冷却器的台数。强迫油循环风冷变压器，当冷却系统故障切除全部冷却器时，允许带额定负载运行20分钟[3]。2.2变压器冷却自动限制装置功能模块设计本文设计的变压器冷却限制装置的核心是PLC，装置的大多数功能通过可编程序限制器来实现，依据冷却限制装置的功能设计，以PLC为核心，整个限制装置主要设计4个功能模块组成，如图2-1所示图2-1冷却限制装置功能块框图变压器冷却限制装置的限制功能通过电源监视限制、冷却器投切爱护、凝露温度监控、就地限制与显示、通讯、上位计算机监视六个功能模块实现，功能模块的实现方法和作用简要介绍如下：电源监视限制模块。模块通过小型电压继电器监视两路独立电源的状态（两路独立电源为冷却装置供电），推断电源是否缺相，由两个断路器限制电源的投切；将两路电源的故障信号和断路器协助节点所反映的电源工作状态信号送入可编程序限制器，经可编程序限制器综合推断产生限制电源投切的限制吩咐，由断路器执行电源投切动作。冷却器投切爱护模块。模块采纳沟通接触器限制冷却器的投入和切除，自动空气开关和电动机爱护器协作实现对风扇和潜油泵电动机的短路、过载、堵转和缺相爱护。可编程序限制器采集变压器温度信号、运行状态信号、油流继电器反映的冷却器油流状态信号、反映电动机故障状态的空气开关状态信号和沟通接触器状态信号，由可编程序限制器依据送入的这些信号进行电动机、油流和接触器故障的推断和定位并产生投切冷却器的限制吩咐，由沟通接触器执行投切动作[4]。凝露温度监控模块。模块采纳凝露温度监控器对环境的温度、湿度进行实时监控，当湿度达到设定值后其凝露负载输出接通，信号送到可编程序限制器，由限制器决策定时投运全部风冷却器；同时湿度达到设定值时限制装置能启动冷却限制装置箱体内的加热装置，为限制装置箱体除湿；温度达到设定值时启动装置箱体内风扇，给限制装置散热。通讯模块。通讯模块通过PLC上的RS485口经串口长线延长器与远方的上位计算机通信，定期的将变压器、冷却器和冷却限制装置的运行信息、故障信息通过串口传送到上位计算机。

第3章变压器冷却自动限制装置的硬件设计变压器冷却器限制装置要用到诸如可编程序限制器、凝露温度监控器、接触器等电气元件，本章我们介绍冷却限制装置设计中用到的主要电气元件及其在限制装置中的应用，装置的电气连接。3.1电气元件及在装置中的应用3.1.1电动机爱护器变压器冷却限制装置采纳GDH系列电动机爱护器与自动空气开关组合实现对电动机的缺相、过负荷、堵转和短路爱护。GDH系列电动机爱护器集缺相、过流、堵转爱护为一体，具有工作灵敏牢靠、安装便利、故障率低等优点，是替代热继电器实现电动机爱护的志向换代产品。3.1.2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凝露负载和控温负载的一种自动化工业仪器[10]。我们设计的冷却限制装置采纳LWK－D2（TH）型凝露温度监控器，它具有两个相对独立的工作单元：凝露限制单元一个，温度限制单元一个。可对环境的温度湿度进行实时限制，自动起动负载，保证温度指标符合工作标准，同时具有体积小、平安性高、外形美观、加热效率高、加热效果好、防潮、防凝露和低温加热性能优越的特点。电气连接如图3.1所示：图3.1凝露温度监控器电气图安装方式：（1）基座式：将8芯继电器座固定在35mm导轨或通过安装螺孔干脆固定在安装板上。（2）嵌入式：在安装面板上开具45＋0.5×45＋0.5mm2孔，通过安装支架将限制器固定在面板上凝露温度监控器的端子1、2连接温度传感器，5、6连接凝露传感器，3、4连接控温负载，7、8连接凝露负载，11、12连接沟通220V电源。LWK－D2（TH）型凝露温度监控器的工作原理是：监控器通过凝露传感器和温度传感器对工作环境的湿度、温度等指标长期自动检测、采样；当工作环境有凝露产生的可能时，能自动推断并瞬间启动凝露负载；工作环境温度高于设定温度值时，相应的控温负载也将开启；环境温湿度低于设定要求时才停止工作，重新进入监控状态，如此自动循环。在冷却限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用于推断启动冷却器；当温度超过设定值，将装置箱内风扇启动，为限制装置散热[5]。3.1.3开关器件变压器冷却限制装置中要用到断路器、接触器、空气开关、转换开关等。这些器件主要选用施奈德公司的产品，施奈德公司的产品功能卓越、具有较高的平安稳定性和电气统一性。装置选用继电器和开关的名称和型号规格如下：（1）断路器，型号：NS-100,3P,AC380V（2）接触器，型号：CA2-DN22Q5C（3）接触器，型号：LC1,32A,AC220V（4）空气开关，型号：GV2-M20,13-18A,400V（5）空气开关分励线圈,型号：AS225,AC220V（6）空气开关协助节点，型号：LA1-DN22（7）小型继电器，型号：MAX7A,AC250V（8）信号继电器，型号：DX－8，0.025A（9）中间继电器，型号：MAXDC220V（10）转换开关，型号：LW5-15D7612/9（11）熔断器，型号：RT18-32,32A由于所用继电器和开关器件种类和型号较多，在此不一一介绍。在本章“冷却限制装置电气接线”一节中，结合详细实现电路介绍其在变压器冷却限制装置中的运用和作用。3.2可编程序限制器在以可编程序限制器为核心的变压器冷却限制装置中，输入、输出通过可编程序限制器连接起来，构成完整的限制系统。输入为可编程序限制器供应完成限制功能所必需的数字量、模拟量；可编程序限制器采样输入，执行编制的程序，依据程序设计对所采集信息进行综合分析、推断并作出决策，产生数字量、模拟量输出，驱动执行器件，完成限制功能[6]。3.2.1可编程序限制器的输入输出依据变压器冷却限制装置的功能设计和结构设计，同时结合冷却限制装置的设备选型，可以确定可编程序限制器输入/输出的来源或者去向及输入/输出的性质和数量。表3.1中给出了可编程序限制器的输入/输出名称，输入来源和输出去向以及输入/输出的性质及数量，从表可知可编程序限制器共有36路数字量输入和23路数字量输出。输入/输出性质及点数的确定特别重要，成为可编程序限制器选型的一项重要指标，可编程序限制器连同其输入/输出模块必需满意输入/输出点数的要求。表3.1可编程序限制器的输入输出输入/输出名称来源/去向性质及数量“自动”工作状态转换开关1路数字输入“手动”工作状态转换开关1路数字输入“主/辅”电源选择拨码开关1路数字输入Ⅰ、Ⅱ电源正常电源检测继电器2路数字输入Ⅰ、Ⅱ路电源投入断路器协助触点2路数字输入输三侧开关状态三侧开关协助触点1路数字输入入切除冷却器温度温度继电器1路数字输入投入冷却器温度温度继电器1路数字输入报警温度温度继电器1路数字输入凝露状态凝露温度继电器1路数字输入油流状态油流继电器8路数字输入电动机状态自动空气开关8路数字输入风冷却器的投入状态限制风冷却器接触器8路数字输入合计36路数字输入冷却器的投入信号限制风冷却器接触器8路数字输出输冷却器故障信号指示装置8路数字输出出冷却器故障类型指示装置3路数字输出电源分信号限制电源断路器分输入1路数字输出电源合信号限制电源断路器合输入2路数字输出掉三侧开关信号变压器限制屏1路数字输出合计23路数字输出3.2.2可编程序限制器的选择依据变压器冷却限制装置对可编程序限制器限制功能、输入/输出性质及点数，存储容量的要求，综合考虑性能、牢靠性、价格等方面的因素，我们选用西门子S7－200型PLC作为冷却限制装置的限制器。可编程序限制器的选型，主要从以下几个方面考虑:限制功能。所选择PLC能最大限度的满意限制系统的限制功能是选择PLC时首先考虑的问题。S7-200型PLC代替了很多定时器、计数器、继电器所实现的功能，该PLC具有位逻辑、计数、定时、移位循环、比较、数字运算等指令，同时支持子程序和中断，能通过串口完成通讯，在限制功能方面，S7-200型PLC能满意冷却限制装置的功能需求[37]。输入/输出性质及点数要求。我们选用CPU224（14数字输入/10继电器输出），CPU有内部电源可以为CPU自身，扩展模块和其他用电设备供应5V和24V直流电源。同时采纳如下扩展模块，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），共38路数字量输入和26路输出。扩展模块通过与CPU连接的总线连接电缆取得5V直流电源。不同规格的CPU供应的电源容量不同，须要依据实际应用就电源容量进行规划计算，如表3.2所示：表3.2PLC电源计算CPU电源预算5V直流24V直流CPU224AC/DC继电器660mA280mA减去以下电源需求减去以下电源需求系统要求5V直流24直流EM221,5V电源需求70mAEM222,5V电源需求40mAEM223,5V电源需求80mACPU224,14输入14*4=56mACPU224,10继电器线圈10*9=90mAEM221,16输入16*4=64mAEM222,8继电器线圈8*9=72mAEM223,8输入8*4=32mAEM223,8继电器线圈8*9=72mA总需求190mA386mA总电压差额剩470mA缺106mA从表中电源计算可以看出，装置须要额外供应24V直流电源，需加装直流电源后系统才能正常工作。在输入/输出性质及点数要求方面，采纳上面提到的CPU和扩展模块能满意装置的要求[7]。存储容量。CPU224具有8192字节的程序存储器和5120字节的数据存储区，能满意程序编写对存储容量的要求。从电源和带负载实力方面考虑。S7－200型PLC适合运行于额定电压为120～220V沟通电源的场合，在变电站能供应220V沟通电源；输出为继电器输出，继电器触点的电位对电源和输入是隔离的，可以将各种不同的负载连接到继电器输出。S7－200型PLC满意了电源和带负载实力的要求。平安牢靠性方面。变压器冷却限制装置安装地点电磁环境困难，对设备的平安牢靠性提出了更高的要求。所选择的PLC在满意前文所述指标的前提下，平安牢靠性问题是我们最关注的，因为冷却限制装置能否牢靠运行将干脆影响变压器的牢靠运行。西门子S7-200型PLC具有较强的抗振性，及很强的电磁兼容性（EMC），并完全符合各项工业标准，能够应用于各种气候条件。运用简洁便利，并且模块不须要太多的附件和放置空间，使得限制柜的体积变得更小；不易于磨损，节约维护费用；编程特别简洁，此外S7－200型PLC价格相对较低，降低了限制装置的成本。我们综合考虑限制功能、存储容量和输入/输出点数、电源和带负载实力、平安牢靠性方面及安装运用等各个方面，选用S7－200型PLC作为限制装置的限制器，能从各个方面满意我们的限制要求[8]。3.3装置电气连接3.3.1电源监控和凝露温度监控部分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，电源监视限制部分的作用是，监视两路电源的状态，并将电源状态信号送入可编程序限制器；同时接受可编程序限制器的限制吩咐，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、超温状况实行应对措施。电源监控和凝露温度监控部分电气接线原理如图3.2所示：在图3.2所示线路中，小型电压继电器1YJ、2YJ、3YJ的线圈分别连接电源1的三相X1、X2和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。电源各相均正常时小型继电器1YJ、2YJ和3YJ的常开触点都闭合，中间继电器1ZJ的线圈励磁，1ZJ常开触点闭合；1ZJ的常开触点连接可编程序限制的输入端，送入电源状态信号。小型电压继电器4YJ、5YJ、6YJ和中间继电器2ZJ的协作实现对电源2的监视，接线和工作原理与电源1的监视电路类似。图3.2电源监视限制接线图中间继电器1ZJ的触点负责为断路器和凝露温度监控器供应电源，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供应电源；当电源1非正常时，1ZJ的常开触点打开，常闭触点闭合，由电源2为断路器和凝露温度监控器供电。断路器可执行可编程序限制器输出的电源选择限制指令，为冷却器组及限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，即两输入端都为有效状态时，断路器优先执行“分闸”动作。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，输入端连接可编程序限制器的输出和断路器常闭协助触点的组合。图中Q3.4为限制2JC的“合闸”信号，Q3.5为限制1JC的“合闸”信号，Q3.6为限制1JC和2JC的“分闸”信号。2JC的常闭协助触点和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，其常闭协助触点打开，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的常闭协助触点和Q3.5串联接入2JC的“合闸”输入端可以防止电源同时投入的状况发生。凝露温监控器的工作原理已经介绍过。图中ch11为温度传感器，ch12为湿度传感器；WCG为冷却限制装置箱体内的加热装置。3ZJ为中间继电器的励磁线圈，WCG和3ZJ连接到凝露温度监控器的“凝露负载”输出；D为风冷限制装置箱体内的风扇电动机，连接到凝露温度监控器的“温度负载”输出；id为冷却限制装置箱体的照明装置，一端连冷却限制装置的电源，N连接限制装置电源的中线。中间继电器3ZJ的励磁线圈连接到凝露监控器的“凝露负载”输出，当环境湿度达到设定值时，“凝露负载”输出接通，中间继电器3ZJ励磁，其常开触点连接到可编程序限制器的输入，为可编程序限制器供应凝露信号。冷却限制装置箱体内的加热装置WCG连接凝露监控器的“凝露负载”输出，当环境湿度达到设定值时，凝露负载接通，加热装置启动为限制装置除湿，保证冷却限制装置的牢靠工作。冷却限制装置箱体内的风扇连接到凝露限制器的“温度负载”输出，为了保证冷却限制装置的牢靠工作，当环境温度达到设定值时，温度负载将被接通，风扇投入运转为冷却限制装置散热。冷却限制箱体内的照明装置id通过开关K连接到电源，装置箱体开启开关K闭合，照明装置点亮；箱体关闭照明装置熄灭。3.3.2冷却器电动机爱护限制电气接线本文设计的冷却限制装置可以限制8组冷却器，每组冷却器由3个风扇和1个潜油泵组成。冷却器爱护限制部分可以为冷却器风扇电动机和潜油泵电动机供应过载、堵转和缺相爱护，并接受可编程序限制器的输出指令，投/切冷却器组。每组冷却器爱护限制的接线是相同的，这里我们只绘出了一组冷却器爱护限制的电气接线原理图，如图3.3所示：图3.3冷却器爱护限制接线图图3.3所示线路中，1FS2、1FS4为一组冷却器中风扇电动机的电动机爱护器（一个风扇1FS3未画出），1FS1为潜油泵电动机爱护器，1FS1、1FS2、1FS3、1FS4分别串接在冷却装置电源和冷却器风扇电动机和潜油泵电动机之间。当电动机发生过载、短路和缺相故障时，与之连接的电机爱护器的协助触点闭合；1ZK为自动空气开关，风扇电动机爱护器1FS1、1FS2、1FS3和潜油泵电动机爱护器1FS4的协助触点并联后连接到空气开关1ZK的励磁线圈，当任一电机出现故障时与之相连的电机爱护器的输出触点闭合，将使空气开关1ZK的线圈励磁，使空气开关动作。1BC为限制风冷却器投/切的接触器，它的励磁线圈连接可编程序限制器的输出，可以接受可编程序限制器的限制指令，限制冷却器投切。转换开关用于选择是“手动”、“自动”投入冷却器或处于“停止”状态。端子连接以第一组端子为例，处于“自动”状态端子1、2接通，处于“手动”操作状态端子3、4接通。端子25、26、27、28连接在限制电源投切线路中。其余左侧端子分别连接沟通和直流电源如图所示；右侧端子2、6、10连接PLC限制接触器输出电源侧，端子3、7、11连接手动限制冷却器按钮；30连接PLC的“自动”输入，31连接PLC的“手动”输入；剩余的右侧端子连接PLC的故障输出电源侧。可编程序限制器的输入输出连接变压器冷却限制装置的核心PLC由一个CPU模块CPU224（14数字输入/10继电输出），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，从输出端子输出限制信号，模块的输入输出连接如下。CPU224的输入输出连接可编程序限制器的CPU模块CPU224是整个装置的核心，全部的程序和数据都在CPU模块存储，限制功能和限制决策由CPU模块运行做出，CPU224有14个24V数字直流输入和10个继电器输出，CPU224输入输出连接如图3.4所示：220V沟通电源通过电源输入（L1，N）送入该模块，模块还可以向外供应24V直流电源，从电源输出（L＋，M）引出。输入I0.0和I0.1连接转换开关，分别表示“自动”、“手动”操作，转换开关在“手动”位置时I0.0将有效，转换开关在“手动”位置时I0.1将有效。输入I0.2～I0.6分别连接电源“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的协助触点。开关1KG闭合，表示选择1电源作为“主”电源；中间继电器1ZJ、2ZJ闭合时，I0.3、I0.4将分别有效，表示1路、2路电源处于正常状态；1JC、2JC接通，其协助触点闭合，分别表示1路、2路电源投入。图3.4CPU224输入输出连接变压器三侧开关DL1、DL2、DL3的协助触点串联作为I0.7输入。变压器三侧开关全部打开，协助触点DL1、DL2、DL3全部闭合，该输入为有信号状态，表示三侧开关全部打开。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，其中温度继电器1WJ整定为切除冷却器温度阈值，温度继电器2WJ整定为投入冷却器温度阈值，温度继电器3WJ整定为“告警”温度。输入I1.3连接中间继电器3ZJ的一个触点，中间继电器3ZJ的励磁线圈连接凝露监控器的凝露负载，当凝露温度监控器推断发生凝露时，线圈励磁，将凝露信号通过该输入端送到PLC。1L、2L、3L分别连接到转换开关的1X31、2X31和3X31，处于“自动”操作模式时分别为输出Q0.0～Q0.3、Q0.4～Q0.6、Q0.7～Q1.1供应电源。Q0.0～Q0.7这8路输出分别连接限制8路限制冷却器投切接触器的励磁线圈的一端，励磁线圈的另一端连接到中线。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”操作模式下，为励磁线圈供应电源，可以通过按钮开关手动的投切冷却器。Q0.0～Q0.7还连接信号指示灯，当输出有信号时，将接触器线圈励磁，接触器动作其常开触点闭合，将一组风冷却器投入运行同时点亮风冷却器投入指示灯。EM223的输入输出连接扩展模块EM223的主要作用是扩展CPU模块的输入输出，它有8个24V直流数字输入，8个继电器输出，输入输出连接如图3.5所示：图3.5EM223输入输出连接模块的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I2.0～I2.7供应电源，另一方面为继电器输出Q2.0～Q2.7的继电器线圈供电。1L和2L分别连接转换开关的4X31和5X31在“手动”和“自动”工作模式下分别为输出Q2.0～Q2.3和Q2.4～Q2.7的输出负载供应电源。冷却限制装置能限制8组冷却器，8组冷却器的油流继电器1LJ～8LJ的常开触点连接24V直流电源和EM223的输入I2.0～I2.7。一组冷却器投入运行，这组冷却器中变压器油流速正常，油流继电器常开触点闭合，对应的输入变为有信号状态，变压器油流不正常，对应的输入变为无信号状态。输出Q2.0～Q2.7连接冷却器故障信号指示灯，指示灯的另一端连接中线。变压器冷却限制装置具有故障定位功能，假如一组冷却器的电动机故障、油流或接触器出现故障，对应的信号灯被点亮。同时该组信号灯与EM222的输出协作可以确定是哪一组冷却器出现何种故障。EM221和EM222的输入输出连接扩展模块EM221和EM222的作用是扩展CPU模块的输入输出，EM221有16个24V直流数字输入，EM222有8个继电器输出，输入输出连接如图3.6所示：图3.6EM221和EM222输入输出连接模块EM221的1M～4M端和EM222的M端接地，EM222的L＋连接24V直流电源，为继电器输出的继电器线圈供电，由于受CPU24V直流电源供电容量的限制，须要额外供应24V直流电源，可以通过加装24V开关电源解决。EM222的1L端连接6X31，在“手动”和“自动”工作模式下分别为输出Q3.0～Q3.3的输出负载供应电源。2L连接7X31，7X31和输出Q3.4、Q3.5、Q3.6连入电源限制电路。输入I3.0～I3.7分别连接8组自动空气开关1ZK～8ZK常开协助触点的一端，空气开关协助触点的另一端连接24V直流电源。自动空气开关与电动机爱护器协作实现对风扇和潜油泵电动机的爱护，正常状况下自动空气开关的协助触点打开，当冷却器电动机出现故障时，协助触点闭合，将各组冷却器的电动机故障信号送入可编程序限制器。输入I4.0～I4.7分别连接限制冷却器投切的8个沟通接触器1BC～8BC的常开协助触点，沟通接触器协助触点的另一端连接24V直流电源。当一只沟通接触器闭合，接触器限制的冷却器投入工作，协助触点闭合，信号送入可编程序限制器，表示对应冷却器投入工作。

第4章变压器冷却自动限制的软件设计4.1软件总体设计可编程序限制器程序流程图如图4.1所示：图4.1可编程序限制器流程程序流程介绍如下，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，初始化操作完成可编程序限制器通讯设置；清零程序中用到的计数器、定时器、故障标记位、持续运行时间和累积运行时间存储区，置位或复位程序中用到协助标记位等。电源处理，依据“主”“辅”电源选择标记输入，电源状态和电源投入状态输入进行综合推断，置位相应的输出位，为冷却装置选择一路电源为装置供电，假如没有电源投入，则跳转到停止处理。有电源投入，接下来进行三侧开关处理。PLC推断三侧开关状态输入，三侧开关输入信号由无效变为有效，程序延时一段时间然后复位“允许投切”标记位，延时的目的是让变压器停止工作后使冷却器接着工作一段时间，使变压器充分冷却；“允许投切”标记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，置位“允许投切”标记位假如允许投切，接下来进行“手动”、“自动”或“停止”操作推断，假如处于“停止”状态，跳转到停止处理；假如处于“手动”，跳转到计时超时处理；假如处于“自动”状态，则进行“首次投入”推断，这里的“首次投入”是说冷却器由“手动”或“停止”转换到“自动”；假如是首次投入则须要进行初始化投切处理，以肯定的时间间隔，依次投入5组冷却器；否则干脆进行投入计时处理。投入计时处理，切除计时处理。PLC程序采纳定时器结合计数器计时的方式，冷却器投入时就对投入冷却器起先计时；冷却器切除时，须要将此次运行的的持续时间累加到累积运行时间存储区。投切推断。PLC按有差值裕度的投、切温度阀值的限制策略进行投切推断；冷却器持续运行时间计时到设定值，须要进行一次切操作，将计时时间达到的冷却器切除；凝露温度监控器凝露负载接通并且持续超过设定时间，此时将进行投操作，并且禁止切操作，将无故障冷却器全部投入运行。投处理，切处理。投处理操作从停止运行的冷却器中选取累积运行时间最短的并置位投冷却器输出；切处理操作从运行的冷却器中选取持续运行时间最长的冷却器复位投冷却器输出；在进行投切处理后要延时投切一段时间使冷却器动作后变压器油温维持稳定，避开重复投切，延时投切同时还避开了大冲击电流的产生。停止处理。将投冷却器输出位复位，同时复位允许投切标记位和计数器（协助计时）。手动时计时超时处理，在手动模式下不能自动投切冷却器，又由于受到计数器计数个数的限制，所以当持续运行时间计数器超设定值时将持续运行时间计数器计数值累加到累积运行时间存储区，持续运行时间计数器清零重新起先计时。故障推断。PLC可依据输入的油流继电器、空气开关和接触器状态，结合投切决策进行故障定位和推断，并将推断的结果分别置位可编程序限制器发送缓冲区相应的存储位。冷却器全停处理。冷却器全停时允许带额定负载运行20分钟，如20分钟后顶层油温尚未达到75℃，则允许上升到75℃，但这种状态下运行时间超过1小时后，置位变压器三侧开关跳闸输出，使变压器停运。通讯处理，PLC定期的将与冷却器有关的变压器运行信息、电源状态信息、冷却器工作状态信息、故障信息通过串口发送到上位计算机，上位计算机取得这些信息，监视冷却器运行。4.1.1投入计时处理、超时和切除计时处理可编程序限制器采纳定时器和计数器协作计时，定时器计时5分钟＝3000×100ms，计数器对定时器计数，计数15天＝360小时＝4320个5分钟。计时程序梯形图如图4.2所示：图4.2投入计时梯形图I0.4有信号表示一组冷却器投入，T37起先计时（5分钟），计时时间到T37输出保持有效，T40起先计时，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。PLC程序将冷却器的累积运行时间保存在数据存储，C1计数到4320时（15天）C1变为有效，在“自动”时由投切推断做出切冷却器的决策，在手动状态时须要将计数器的当前值累加到累积运行时间存储区，将计数器复位重新起先计数。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，并清空计数器重新起先计数。4.1.2投切推断和投切处理投切推断依据运行条件做出是否进行投切冷却器操作的决策，然后由投切处理部分进行投切处理操作。进行投切推断的依据是变压器温度结合有差值裕度的投切温度阀值的限制策略，冷却器持续运行时间计时、冷却器累积运行时间计时和凝露监控器发出的凝露信号。当变压器油温低于设定的切温度阀值时，进行切冷却器处理；温度介于投温度阀值和切温度阀值之间时不进行投切操作；当温度高于投温度阀值时进行投冷却器处理；当有冷却器的持续运行时间超过设定值时，就须要进行切冷却器处理，由切处理部分将持续运行时间到时的冷却器切除；当凝露信号有效并维持时间超过设定值时，将始终进行投处理，将全部的冷却器全部投入运行，此时禁止进行切处理操作直至全投冷却器计时到时。冷却器持续运行时间到时执行切除冷却器和凝露全投冷却器且投入计时到时后再由按温度投、切的限制策略依据变压器油温进行投切推断。投处理操作是从未投入运行的冷却器中选取累积运行时间最短的冷却器投入运行。选取累积运行时间最短冷却器的方法是：将一未投入冷却器的组号和累积时间存入一个比较存储区，然后将当前存储区内累积时间与下一个存储区内冷却器的累积运行时间比较，如比较存储区内时间较大，将当前存储区的冷却器累积时间和组号存入比较存储区，进行下一此比较。最终依据比较存储区内的冷却器组号将该组号的限制接触器输出位置位。切处理操作与投处理操作类似，只是选取的是持续运行时间最长的冷却器（计数器C1的值）。在进行完投切操作后都须要复位一个投切等待标记位，这个标记位在投切完成后复位4秒钟，短暂不允许投切，目的是使油温改变并维持稳定再进按温度投切，防止投入或切除过多的冷却器。4.2监视软件总体设计上位计算机监视软件设计流程图如图4.3所示：首先进行串口参数的设置，包括串口号、波特率、奇偶校验位、通讯位数和停止位数，然后打开串口；串口参数的设置和打开串口都有特地的函数。假如串口打开不胜利，须要重新进行参数设置。串口打开胜利后可以在监视软件的状态栏显示串口的各种信息。串口打开胜利后，就要创建新的线程，新创建的线程的作用是等待串口事务发生。之所以创建新的线程，是因为新创建的线程和主线程并列运行，可提高程序运行的效率。假如串口中始终没有数据，则接着等待。假如串口中有数据，则用读串口函数将数据读入数据存储区，然后对读入数据进行解析。因为读串口函数不能一次将串口中的数据全部读出，所以在PLC发送时就对数据进行了标示，上位监视程序须要对读入的数据进行解析才能确定发送过来的数据的详细含义。接下来程序依据解析得到的数据刷新监视软件可视区域。然后程序又接着等待串口数据。图4.3上位计算机监视软件流程4.3串口设置和打开在对变压器冷却及限制装置进行监视前必需进行正确的串口的参数设置和打开串口，并且串口参数的设置要和可编程序限制器参数的设置相匹配。监视软件通过对话框对串口参数，包括串口号、波特率、奇偶校验位、通讯位数和停止位数进行设置，如图4.4所示：图4.4串口参数设置对话框串口设置完成后通过监视程序的菜单调用串口打开函数将串口设置对话框中选择的串口打开，并调用串口设置函数设置串口参数。假如所选串口已经打开或串口不存在，软件会通过对话框提示，须要重新设置串口参数。串口设置胜利后，在监视软件的状态栏可以显示串口的各种参数；假如串口未打开或者打开失败，在状态栏也会有显示。假如短暂须要关闭串口，可以通过监视软件的菜单，调用串口关闭函数将串口关闭。4.4线程的建立及串口数据的读取、解析和显示监视软件创建一个新的事务线程，它负