【《电力变压器冷却控制装置的软件设计案例分析》7000字】

电力变压器冷却控制装置的软件设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u32633电力变压器冷却控制装置的软件设计案例分析 1171541.1可编程序控制器编程 1161021.1.1软件总体设计 1279511.1.2电源和三侧开关处理 4235911.1.3投入计时处理、超时和切除计时处理 5170761.1.4投切判断和投切处理 6209581.1.5通讯处理 711211.2上位机监视软件设计 949951.2.1监视软件总体设计 9240791.2.2串口设置和打开 1048071.2.3线程的建立及串口数据的读取、解析和显示 11可编程序控制器编程本节首先先介绍可控制器的程序流程图，介绍完毕后，再针对程序中的几个关键点进行重点介绍。1.1.1软件总体设计软件的总体控制流程和完成工作的方式全部是根据可编程控制器的流程图来完成的，他是本次设计的除却搜寻以前的设计原件和功能上的问题并查找文献来寻找解决问题的办法的思路外，最为重要的一个步骤，因为其他的模块设计，功能实现，实现远程监控，自动控制的一个最为基础也是不可避免的一个方向，所有的编程都要以此作为方向来进行编写，只有这样，才可以达到应有的功能，其系统运行的流程方式图如下图5-1所示。

5-1序控制器流程图程序流程介绍如下：首先最开始的一步就是先进行初始化也就是数据清零，初始化后正式投入系统进行运行，在PLC第一次进行工作的时候要先进行以此清零，清零后后即可进行下一步，也就是进行对于编程序控制器通讯设置；在进行清零程序中主要清楚的数据是由计数器、定时器、故障标志位、持续运行时间和累积运行时间存储区等零器件，置位或复位程序中用到辅助标志位他们所存储的数据进行初始化等。电源处理，在电源处理等方面，根据事先设定的“主”“辅”电源得方式来选择那个电源进行供电，那个电源进行备用防止出现电源故障而直接导致整个系统瘫痪。根据电源的运行数据，停止数据等多个数据对其进行观测综合判断是否有电源，若判断结果为有点远的情况下，则进行下一项三测开关的处理，如果判断无电源的话，则转到“自动模式”或“手动模式”下来进行处理。“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，置位“允许投切”标志位。如果系统允许运行，那么接下来就要进行针对系统的“手动”、“自动”或“停止”的判断，假如此时处于“停止”状态的话，那么就进行停止处理；假如此时处于“手动”的情况下，那么系统则会调到超时那里，以超时来进行处理；假如此时处于“自动”的状态下，那么则会判断是否是“首次投入（冷却器有其他状态转换到自动状态）”；如果判断结果为是首次投入，那么就会进行初始化处理,设定一定的时间周期，使五组冷却器一次进入系统投入工作；不然的话会直接进行计时器处理。对于系统所作出的冷却器投切决策的处理。PLC程序在设计中使用定时器与计数器这两种方法相互结合的形式来计算每个冷却器的工作时间和累计运行时间，当冷却控制系统让冷却器处于运行状态后，系统中的定时器和计时器就会开始工作，对于这组冷却器进行计时；当冷却器由系统的决策而停止工作后，那么系统中的计时器会把将此次这组冷却器的运行的时间会传回控制系统中（即plc1212C），系统会记录此冷却器的运行时间，并将时间累加到总的运行时间中去。投入系统或者切除系统判断。PLC按照设定的有温度差值的的方法来进行冷却器是否处于工作状态进行判断；假如冷却器处于工作状态，那么计时器则会对于冷却器的持续运行时间进行计时，当冷却器达到时间，那么就要对冷却器进行切除系统处理，把工作时间达到所设定的时间的冷却器进行切除系统处理；例如系统原件中的凝露温度监控器在进行工作时如果其正在运行中且已经超过了系统所设定的工作时间，这种时候就会对监控器进行强行切除系统停止工作的方法使其停止运行，并且禁止切操作，将无故障冷却器全部投入运行。在系统进行投处理，切处理时的方法如下。当投处理操作进行时会从不处于工作状态的冷却器中选取累积运行时间最短的为对象并使其投入系统中进行工作；切处理的方法与其类似，其方法是从处于正在工作的冷却器中选取持续运行时间最长的冷却器进行切除使其停止工作处理；在进行冷却器投入或切除处理后不要立即再次进行投入或切除处理，等待变压器的顶层油温稳定后在进行投入或切除。从而造成频繁的进行冷却器的投入或切除而导致冷却器的零器件的使用寿命缩短，延时投切同时还避免了大冲击电流的产生。停止处理。把投冷却器的输出位调到复位，同时在此状态下允许投切标志位和计数器（辅助计时）。在手动模式下对计时超时处理，在手动模式下是，系统不能自动使冷却器投入工作或停止工作，并且又会受到计数器的计数个数的限制，所以当持续运行时间计数器达到或超过系统所设定的时间的情况下，会将其运行的时间全部加到总的运行时间中，而其计时器会进行初始化重新进行计时。故障判断。由plc1212C构成的系统中可根据输入的油流继电器、空气开关和接触器他们的运行状态，反馈信息等进行综合判断而进行系统就决策，结合投切决策进行故障定位和判断，并将判断的结果分别发送到可编程序控制器发送缓冲区中相应的存储位。冷却器进行全停处理。冷却器全停时，在此情况下系统允许其带额定负载运行最多20分钟，如20分钟后变压器顶层油温没有达到75°C的话,那么在此情况下系统会允许变压器继续工作知道顶层油温上升到75°C,但是，在这种状态下运行最多1小时后，变压器的三侧开关会跳闸变压器停运。通讯处理，PLC会定期将与变压器的运行信息、电源状态、冷却器工作状态以及故障信息等等都通过串口发送到上位计算机，上位计算机则会取得这些信息，并存储这些信息，监视冷却器运行，可供工作人员远程监视。1.1.2电源和三侧开关处理PLC控制电源的投入或停止使用断路器输出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：03.6=[7aop|7o?lp|(/0.5|J/0.6)]|J[(/O.O|J/0.1)p|/0.2p|/03p|/0.5]U[(/0.0|J70.1)QZ0.2p|Z0.3p|70.6]|J[(/o.o|J/o.i)p|7o2p|7a4p|/o.6]|J[(/O.O|J/0.1)p|?02p|/0.4p|/0.5]|J[(/0.0|J/0.1)p|703p|7a4p|(/0.5|J/0.6)]Q3.4=[(/0.0|JIQ.l)p|7o3p|/O6p|/0.2p|/0.3]U[(/0.0|J/0.1)p|/O5p|/O6p|/02p|/0.3p|704] （5-1）03.5=[(/0.0U/0J)Q7a5p|7a6p|702p|/0.4]U[(/0.0|JIQ.l)p|/O5p|/O6p|/0.2p|/03p|/0.4] （5-2）PLC的输入输出的概念在前文已经说过了，与公式5—1向符合的有6种情况的时候断路器所发出的的分闸信号Q3.7是有效的有效：当系统处于“停止”模式的时候。当断路器1或断路器2二者中有一个或两个断路器处于合闸状态时。当系统处于正在运行中时：按照系统之前的设定来进行运作，设定电源1为主电源，电源2为辅电源，当电源故障1但断路器1在合闸的时候。电源设定为主电源1为主电源，电源1正常运作但断路器2在合闸的时候。设定电源2为主电源，当电源2出现故障但是断路器2的开关处于闭合状态的时候。设定电源2为主电源，当电源2在正常工作但是断路器1的开关处于闭合状态的时候。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的二者在系统中显示的信息都是在工作状态，同时断路器1和2二者都处于开关断开的状态下，与公式5-2对应断路器1的合闸信号在作为主电源的电源1且电源1的运行状态正常和把电源2作为主电源，电源2出现运行故障但电源1处于正常状态的这两种情况下有效。电源2的合闸信号同电源1的模式是一样的[38]。变压器的三侧开关他们的延时效果并不明显，因此变压器的三侧开关不可以全都处于闭合状态，功能块部分的输出是有效值，假如将变压器的三侧开关全部处于断开状态，那么其功能块的输出会延时，其效果会保持有效一段时间。此时该功能块的作用是当变压器的三侧开关都处于断开的情况下时，可以使变压器的冷却器继续工作一段时间以此来保证变压器可靠冷却。如果断路器1或断路器2二者中有一个或者都处于合闸状态，并且连接变压器的三侧开关的他们的输出延时有效的情况下，在此情况下，则置位将允许进入系统或切除系统置位。1.1.3投入计时处理、超时和切除计时处理可编程序控制器是定时器和计数器的搭配使用，定时器的计数标准=3000X100ms,计时器的作用是给定时器计时，计数15天=360小时=4320个5分钟。其计数梯形图如下图5-2所示。图5-2投入计时梯形图10.4有信号那么则表示有一组冷却器进入整个系统开始处于工作状态，处于运行状态，T37开始则会开始处于计时状态（记录机器的工作时间为5分钟），当计时结束后为T37输出信号保持有效状态，当T37结束工作后，T40正式开始工作并且处于计时状态，而T37的信号的有效应保持到500mm时进行复位变为0重新开始计时，同时T40被初始化，T40的功能是保持T37不再运行周期时的帮助C1计时。时间间隔为5分钟计数器会在一次进行计数，而M0.3的信号始终处于无效状态。PLC程序会对冷却器的总运行时间进行数据保存，当C1的计数值达到4320时（15天）C1输出变为有效，当系统处于“自动”模式时由投切判断来做出把冷却器切除系统的决策，当系统处于手动状态时则需要手动将计数器的当前的运行时间累加到累积运行时间存储区变为冷却器的总的运行时间，而后计数器会进行初始化再重新开始进行计数。其实，无论系统处于“手动”状态下还是在“自动”状态下下，只要是冷却器被切除出运行系统，冷却器停止工作，那就将计数器的当前所记录的冷却器的运行时间累加到冷却器累积运行时间存储区，并开始复位计数器并重新开始计数。1.1.4投切判断和投切处理控制系统所进行的投切判断是根据整个系统的工作状态以及反馈回来的信息做出是否进行投切冷却器操作的决策，然后由投入系统开始运行处理或切除系统停止运行处理的操作。进行投切判断的依据是变压器顶层油的油温与系统所设定的额定温度范围结合设计的有差值裕度的投切与温度阀值的控制策略，对于冷却器工作时间进行计时、冷却器总运行时间的计时和温度监控器所反馈的稳定信息所做出来的决策。当变压器的顶层油温低于系统所设定的投入冷却器进行降温的温度时，进行将冷却器切除系统，停止运行冷却器；当温度处于投入冷却器开始工作的起始温度和切除冷却器停止运行的温度阀值之间时系统不进行任何操作；当温度高于系统设定的冷却器开始工作的起始温度后则会进行将冷却器投入系统中进行工作处理；当冷却器的一次运行时间超过系统所设定的时间后，就需要进行将冷却器移除系统停止冷却器的运行，以保证变压器的正常工作，由停止冷却器的运行将持续运行时间到时的冷却器切除；当温度信号有效并维持时间超出了系统所设定的时间后，将一直进行把冷却器投入系统中进行工作，来降低变压器的温度，将所有的冷却器全部进入系统开始运行，此时禁止进行任何停止冷却器的操作，直至冷却器全部到达所设定的时间为止。当冷却器持续运行时间到了以后将会执行将冷却器全部切除系统停止冷却器的运行和温度检测器的全部投入运行，而冷却器投入计时等到达到系统设定的时间后再按温度投、切的控制策略根据变压器的顶层油的温度来进行进行投切判断。投处理操作是从不处于工作状态的冷却器中选取总运行时间最短的冷却器投入系统进行工作，进入系统开始工作，主要是给变压器的顶层油温降低到正常水平。其选取方式是：在未投入运行的冷却器中挑选累计工作时间最低的冷却器作为进入系统工作的对象，作为下一组投入系统运行的冷却器。切处理操作与投处理操作类似，只不过是在正在工作中的冷却器进行选择，其选择某个冷却器进行使其停止工作的方法如下：在正在工作中的冷却器进行选择，对比他们的本次工作时间的大小，对比过后，选取其中本次工作时间最大的进行切除系统使其停止工作，延长其的工作寿命，但是，当刚进行过投入或切除时是不允许进行第二次的投切的需等待顶层油温趋于稳定的时候再进行投切，这样做的目的是防止由于变压器的顶层油温不稳定而造成过多的投入或切除冷却器。1.1.5通讯处理自由口通讯完全由用户或程序员编定的程序来进行控制，其中所有的通讯任务均是由用户自己编订而成的。我们在进行自由口通讯前应使其进行初始化，这种初始化主要有自由口波特率、奇偶校验、每个字符的数据位个数和协议选择等4个构成。在本此设计中中我们使用了9600的波特率、无奇偶校验，每个字符都包含8个数据位，同时应把串口做为自由口通讯模式。初始化的操作应在程序进行初始化的时候来进行初始化。对于设定的可编程序控制器是有一个发送缓冲区的，我们把需要发送给控制器的指令数据等东西发送到发送缓冲区即可，数据主要是针对系统得各个检测器反馈回来的数据例如：温度检测器反馈回来的温度信号，开关处于断开还是闭合状态的信号以及电源是否正常运行的信号等等。由于上位计算机在读取整个电力系统的各个检测器反馈回来的数据的过程中可能会出现计算机不可以将缓冲期的数据全部读取完的情况出现，为了避免上述问题的发生，我们在进行对可编程控制器的程序写入过程中，对于变压器的检测器反馈回来的各种信息进行了编码，以编码的形式对应各种信息，这样的方法大大的减少了缓冲区的字节，从而使其避免了上位计算机的读取不完的情况发生，这些信息主要包括电源状态、冷却器运行状态、油流故障、电动机故障和接触器故障等等。下表5-3即于系统反馈信息的编码图。

信息标示发送信息7654321000001电源工作2电源正常1电源正常主辅电源1000投温度阀值切温度阀值三侧开关2电源工作01001油流故障1冷却器工作冷却器全停超温油温11002油流故障2冷却器工作1接触器故障1电动机故障00103油流故障3冷却器工作2接触器故障2电动机故障10104油流故障4冷却器工作3接触器故障3电动机故障01105油流故障5冷却器工作4接触器故障4电动机故障11106油流故障6冷却器工作5接触器故障5电动机故障00017油流故障7冷却器工作6接触器故障6电动机故障10018油流故障8冷却器工作7接触器故障7电动机故障01018接触器故障8电动机故障表5-3系统反馈信息编码图PLC程序会收集图表中的信息，而后每隔一段时间就会把收集到的信息以编码的形式发送到缓冲区中供上位计算机来读取，用发送指令的方式将信息通过串口发送出去，而上位计算机则会在缓冲区中读取plc收集信息后编码的指令。上位机监视软件设计上位机监视软件主要是控制着串口的设置和打开和串口数据的解读以及对于反馈回来的数据进行分析，显示和保存。通过这样的方法来完成对变压器冷却及控制装置的监视任务。1.2.1监视软件总体设计上位计算机监视软件设计流程图如图5-4所示首先要对串口的参数进行编码，其中主要包括串口号、波特率、奇偶校验位、通讯位数和停止位数等，随后开启串口；开启串口和设置串口的参数都是以特定的函数来构成的。其次，假如串口的打开出现问题，不能成功打开串口的话，那么应该以原来特定的参数进行重新编码串口。当串口的打开没有问题时就可以在显示器上清晰地显示串口的各种信息。当串口开启成功后，就应当建立新的线程，而新的线程是等待新的串口发生。创建新的线程的原因是因为这样做会增加程序的稳定性和提高程序运行的效率。假使串口在没有数据，那么新的线程应该继续等待。假如串口之中有数据的话，那么应该应特定函数将数据写入储存区中在进行翻译，翻译后显示显示屏中，便于工作人员的观察也使其没有了上位计算机读取不完缓冲区的数据的问题出现。接下来程序根据解析得到的数据刷新监视软件可视区域。然后程序又继续等待串口数据。图5-4位计算机监视软件流程图1.2.2串口设置和打开在对其整体系统进行监视前需要正确的对于系统串口的参数设置以及正常打开串口，并且对于串口的参数要和可编程序控制器他们的参数设置应当相同，只有这样才可以使上位计算机对于串口中的参数进行正确的解读。监视软件对于系统的监视是通过串口传输回来的数据进行的正确解读后做出的判断。这些参数的种类有很多，主要有串口号、波特率、奇偶校验位、通讯位数和停止位数进行设置等等组成，如图5—5示：图5—5口参数设置对话框当串口设置好以后就可以使用监视程序对于整个系统进行监测了，其步骤为打开监测程序的菜单先调节串口然后再打开函数，并且在对话框内，将所需要使用的的串口打开，并修改其参数，使其和上位计算机的解读参数一致。其次假如所选的串口已经不存在了的话，那么系