西门子6ES7223-1BL22-0XA8参数选型
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S7-300PLC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TP2706’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 ProToolV6.0。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。
图1 系统结构原理图
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，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
SIMATICProTool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ProToolCS(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bbbbbbs98SE、bbbbbbs Millenium、bbbbbbs2000和bbbbbbs NT4.0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)，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，掌握系统的工作情况，或进行参数设定与修改。
监控主画面
图2 监控主画面
(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，报警灯闪烁。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。提示报警号，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，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PROFIBUSDP通讯方式。该温控系统中采用MPI(多点)通讯方式。
S7-300PLC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的输出端经常连接的是感性输出设备(感性负载)，为了抑制感性电路断开时产生的电压使PLC内部输出元件造成损坏。当PLC与感性输出设备连接时，如果是直流感性负载，应在其两端并联续流二极管;如果是交流感性负载，应在其两端并联阻容吸收电路。如图7所示。
图中，续流二极管可选用额定电流为1A、额定电压大于电源电压的3倍;电阻值可取50~120Ω，电容值可取0.1~0.47μF，电容的额定电压应大于电源的峰值电压。接线时要注意续流二极管的极性。
PLC与七段LED显示器的连接
PLC可直接用开关量输出与七段LED显示器的连接，但如果PLC控制的是多位LED七段显示器，所需的输出点是很多的。
如图所示，电路中，采用具有锁存、译码、驱动功能的芯片CD4513驱动共阴极LED七段显示器，两只CD4513的数据输入端A～D共用PLC的4个输出瑞，其中A为低位，D为高位。LE是锁存使能输入端，在LE信号的上升沿将数据输入端输入的BCD数锁存在片内的寄存器中，并将该数译码后显示出来。如果输入的不是十进制数，显示器熄灭。LE为高电平时，显示的数不受数据输入信号的影响。显然，N个显示器占用的输出点数为P=4+N。
如果PLC使用继电器输出模块，应在与CD4513相连的PLC各输出端接一下拉电阻，以避免在输出继电器的触点断开时CD4513的输入端悬空。PLC输出继电器的状态变化时，其触点可能抖动，应先送数据输出信号，待该信号稳定后，再用LE信号的上升沿将数据锁存进CD4513。
PLC是一种工业控制设备，在可靠性方面采取了许多措施，但工作环境对PLC影响还是很大的。通常每隔半年时间应对PLC作定期检查。如果PLC的工作条件不符合表7-1规定的标准，就要做一些应急处理，以便使PLC工作在规定的标准环境。
检查项目 检查内容 标准
交流电源
电压
稳定度
测量加在PLC上的电压是否为额定值？
电源电压是否出现频繁急剧的变化？
电源电压必须在工作电压范围内
电源电压波动必须在允许范围内
工作环境
温度、湿度
震动、灰尘 温度和湿度是否在相应的变化范围内？
（当PLC安装在仪表板上时，仪表上的温度可以认为是PLC的环境温度。）温度0~55℃相对湿度85%以下振幅小于0.5mm（10~55Hz）无大量灰尘、盐分和铁屑
安装条件 基本单元和扩展单元是否安装牢固？
基本单元和扩展单元的联接电缆是否完全插好？
接线螺钉是否松动？
外部接线是否损坏？ 安装螺钉必须上紧
联接电缆不能松动
联接螺钉不能松动
外部接线不能有任何外观异常
使用寿命
锂电池电压是否降低？
继电器输出触点
锂电池工作5年左右
继电器输出触点寿命300万次（35V以上）
PLC除了锂电池和继电器输出触点外，基本上没有其它易损元器件。由于存放用户程序的随机内存（RAM），计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护，锂电池的寿命大约5年，当锂电池的电压逐渐降低达一定程度时，PLC基本单元上的电池电压跌落指示灯会亮。提示用户注意，有锂电池所支持的程序还可以保持一周左右，必须更换电池，这是日常维护的主要内容。
1、在拆装之前，应先让PLC通电15S以上，这样可使作为内存备用电源的电容器充电，在锂电池断开后，该电容可对PLC作短暂供电，以保护RAM中的信息不丢失。
2、断开PLC的交流电源。
3、打开基本单元的电池盖板。
4、取下旧电池，装上新电池。
5、盖上电池盖板。
更换电池的时间要尽量短，一般不允许超过3min。如果时间过长，RAM中的程序将丢失。
PLC有很强的自诊断能力，当PLC自身故障或外围设备发生故障，都可用PLC上具有诊断指示功能的发光二极管的亮灭来诊断。
1、总体检查
根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障，如图7-1所示。
电源等不亮部需要对供电系统进行检查，检查流程图如图7-2所示。
电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行，检查流程图如图7-3所示。
输入输出是PLC与外部设备进行信息交流的信道，其是否正常工作，除了和输入输出单元有关外，还与联接配线、接线端子、保险管等组件状态有关。图7-4和图7-5分别所示的是输入检查流程和输出检查流程。
影响PLC工作的环境因素主要有温度、湿度、噪音与粉尘，以及腐蚀性酸碱等。
不同故障产生的原因不同，它们也有不同的处理方法，具体请见下表所列。
序号 异常现象 可能原因 处理
1 [POWER]LED灯不亮 1、电压切换端子设定不良2、保险丝熔断 正确设定切换端子
更换保险丝
2 保险丝多次熔断 1、电压切换端子设定不良2、线路短路或烧坏 正确设定切换端子
更换电源单元
3 [RUN]LED灯不亮 1、程序错误2、电源线路不良3、I/O单元号重复4、远程I/O电源关，无终端 修改程序
更换CPU单元
修改I/O单元号
接通电源
4 运行中输出端没闭合（[POWER]灯亮） 电源回路不良 更换CPU单元
5 编号以后的继电器不动作 I/O总线不良 更换基板单元
6 特定的继电器编号的输出（入）接通 I/O总线不良 更换基板单元
7 特定单元的所有继电器不接通 I/O总线不良 更换基板单元
序号 异常现象 可能原因 处理
1 输入全部不接通（动作指示灯也灭） 1、未加外部输入电压 供电
2、外部输入电压低 加额定电源电压
3、端子螺钉松动 拧紧
4、端子板联接器接触不良 把端子板补充插入、锁紧。更换端子板联接器
2 输入全部断开（输入指示灯也灭） 输入回路不良 更换单元
3 输入全部不关断 输入回路不良 更换单元
4 16特定继电器编号的输入不接通 1、输入器件不良 更换输入器件
2、输入配线断线 检查输入配线
3、端子螺钉松驰 拧紧
4、端子板联接器接触不良 把端子板补充插入、锁紧。更换端子板联接器
5、外部输入接触时间短 调整输入组件
6、输入回路不良 更换单元
7、程序的OUT指令中用了输入继电器编号 修改程序
5 特定继电器编号的输入不关断 1、输入回路不良 更换组件
2、程序的OUT指令中用了输入继电器编号 修改程序
6 输入不规则ON/OFF动作 1、外部输入电压低 使外部输入电压在额定值范围
2、噪音引起的误动作 抗干扰措施：
安装绝缘变压器、安装尖峰抑制器、用屏蔽线配线等
3、端子螺钉松动 拧紧
4、端子板联接器接触不良 把端子板补充插入、锁紧。更换端子板联接器
7 异常动作的继电器编号为8点单位 1、COM端螺钉松动 拧紧
2、端子板联接器接触不良 把端子板补充插入、锁紧。更换端子板联接器
3、CPU不良 更换CPU单元
8 输入动作指示灯不亮（动作正常） LED灯坏 更换单元
序号 异常现象 可能原因 处理
1 输出全部不接通 1、未加负载电源 加电源
2、负载电源电压低 使电源电压为额定值
3、端子螺钉松动 拧紧
4、端子板联接器接触不良 把端子板补充插入、锁紧。更换端子板联接器
5、保险丝熔断 更换保险丝
6、I/O总线接触不良 更换单元
7、输出回路不良 更换单元
2 输出全部不关断 输出回路不良 更换单元
3 特定继电器编号的输出不接通（动作指示灯灭） 1、输出接通时间短 更换单元
2、程序中指令的继电器编号重复 修改程序
3、输出回路不良 更换单元
4 特定继电器编号的输出不接通（动作指示灯亮） 1、输出器件不良 更换输出器件
2、输出配线断线 检查输出线
3、端子螺钉松动 拧紧
4、端子联接接触不良 端子充分插入、拧紧
5、继电器输出不良 更换继电器
6、输出回路不良 更换单元5 特定继电器编号的输出不关断（动作指示灯灭） 1、输出继电器不良 更换继电器
2、由于漏电流或残余电压而不能关断 更换负载或加假负载电阻
6 特定继电器编号的输出不关断（动作指示灯亮） 1、程序OUT指令的继电器编号重复 修改程序
2、输出回路不良 更换单元
7 输出出现不规则的ON/OFF现象 1、电源电压低 调整电压
2、程序OUT指令的继电器编号重复 修改程序
3、噪音引起的误动作 抗噪音措施：
装抑制器、装绝缘变压器、用屏蔽线配线等
4、端子螺钉松动 拧紧
5、端子联接接触不良 端子充分插入、拧紧
8 异常动作的继电器编号为8点单位 1、COM端子螺钉松动 拧紧
2、端子联接接触不良 端子充分插入、拧紧
3、保险丝熔断 更换保险丝
4、CPU不良 更换CPU单元
9 输出指示灯不亮（动作正常） LED灯坏 更换单元S7-300具有非常强大的故障诊断功能，通过STEP7编程软件可以获得大量的硬件故障与编程错误的信息，使用户能迅速地查找到故障。
这里的诊断是指S7-300内部集成的错误识别和记录功能，错误信息在CPU的诊断缓冲区内。有错误或事件发生时，标有日期和时间的信息被保存到诊断缓冲区，时间保存到系统的状态表中，如果用户已对有关的错误处理组织块编程，CPU将调用该组织块