基于PLC的變壓器故障診斷控制系統設計

萬傳強 顏安

摘要：變壓器故障診斷系統作為變壓器主要的安全設備，對變壓器故障診斷發揮著重要的作用。傳統的變壓器故障診斷操作復雜、可靠性差、效率低、操作復雜等缺點，而不同類型、不同用途的變壓器在某些線路和設備的連接方式上是不同的，這就給員工在對變壓器進行錯誤的性能分析和診斷出現誤診，檢修難度較大，給工業生產帶來了極大的不便和損失。針對這種情況采用PLC的控制方案對對變壓器故障進行診斷。具有安全可靠性、診斷精度高及反應速度快的優點。變壓器在供電系統中扮演著重要的角色，變壓器出現故障會造成整個配電系統停止運轉，只有保障變壓器及時進行故障檢測，排除故障，才能保障整個配電系統的穩定運行。本文主要分析了變壓器常出現的幾種故障和傳感器在解決變壓器問題的具體應用，對正常運行中的變壓器采出數據并記錄，對檢測中的變壓器參數進行比較分析從而確定具體故障。本文在分析變壓器故障診斷系統功能的基礎上，進行了硬件和軟件兩方面的設計。硬件方面，選用的可編程控制器系列為西門子S7-200，構造了實時監測故障系統。另一種是保護控制，具有如下診斷功能：溫度過高、煙霧檢測、噪聲檢測、油位過低檢測、濕度過大檢測，對提高變壓器故障檢測的效率具有十分重要的意義。

關鍵詞：傳感器;PLC;人機界面;

1.引言

隨著科技和社會不斷進步，許多大型自動化生產企業崛地而起。大型企業在發展的同時，變壓器故障的問題伴隨而來。傳統的變壓器故障診斷操作復雜、可靠性差、效率低、操作復雜等缺點，而不同類型、不同用途的變壓器在某些線路和設備的連接方式上是不同的，這就給員工在對變壓器進行錯誤的性能分析和診斷出現誤診，檢修難度較大，給工業生產帶來了極大的不便和損失。針對這種情況采用PLC的控制方案對對變壓器故障進行診斷。具有安全可靠性、診斷精度高及反應速度快的優點。本文設計一款基于PLC變壓器故障診斷系統來解決此問題。

2.變壓器故障診斷工作原理

基于工作環境的復雜性，本設計用PLC作為核心控制，結合傳感器的特性能，系統加電按下啟動按鈕SB1后，程序初始化I/O通道，傳感器模擬信號輸入到擴展單元EM235中，PLC內部進行一系列的數據轉換最后將轉換后的數據結果輸出聲光報警器。然后返回主程序，進行實時故障診斷。由觸摸屏進行顯示實時狀態當溫度、煙霧、噪聲、油位、濕度有一項越限時都會發出報警信號進行檢修使其避免對變壓器不可逆的損壞。然后依次讀入溫度、煙霧、噪聲、油位、濕度信號，依照以上的順序并行執行，循環以上步驟。

3.故障診斷系統設計方案

3.1控制系統整體結構圖

3.2程序設計模擬圖及過程

系統加電按下啟動按鈕SB1后，程序初始化I/O通道，傳感器模擬信號輸入到擴展單元EM235中，PLC內部進行一系列的數據轉換最后將轉換后的數據結果輸出聲光報警器。然后返回主程序，進行實時故障診斷。由觸摸屏進行顯示實時狀態當溫度、煙霧、噪聲、油位、濕度有一項越限時都會發出報警信號進行檢修使其避免對變壓器不可逆的損壞。然后依次讀入溫度、煙霧、噪聲、油位、濕度信號，依照以上的順序并行執行，循環以上步驟。由上圖部分程序圖已溫度程序為例可以看出本設計是對傳感器采取信號的讀取，經過模擬量輸入模塊的轉換為數字量送入PLC。具體編程思路如下：因為一般傳感器固定輸出0-10V（可看成百分比）對應PLC模擬信號為32000，進行換算閾值，在PLC程序中設定固定參數在進行設置參數范圍前必須要將變壓器輸入信號轉換為和PLC內部當中可讀取的數。最后進行固定閾值進行比較，若傳感器當中的換算信號大于等于即：整數-雙整數-浮點數-加減乘除-雙整數-整數-比較指令，信號處理主要還是通過程序處理具體程序如圖3-2所示，寫出程序進行仿真當仿真寫入溫度大于等于85°C時Q1線圈閉合即聲光報警器動作，程序仿真圖如圖3-3所示。其他傳感器原理類似。

在本設計中溫度傳感器的測量范圍為0～100℃，輸入信號的數字量為0～32000。我們可以設置當溫度大于等于85℃系統發出報警信號。通過計算：85/100=0.85。0.85*32000=27200（模擬信號）3.3程序設計模擬圖及過程

本文采用S7-200編程工具軟件。可用梯型圖、指令表編程且，具有程序編輯、相關參數值設置、網絡設置、監控、仿真調試、在線修改程序等功能，可以在PLC人機交互界面實現修改與運動執行器之間進行共享。

3.4變壓機故障診斷系統的功能及優點

變壓器故障診斷系統可應用于各種工作環境，采用PLC來控制變壓器內部的多個傳感器實現多種功能，如檢測溫度、煙霧、噪聲、油位、濕度等功能。本文主要內容是設計了一個對變壓器常出現的故障進行檢測的系統。這個系統的基礎是PLC，并且結合了變壓器的故障特點。這個系統的優點很多，比如它能夠讓使用者簡便快捷地關注著變壓器的實事實情況，能夠第一時間對變壓器進行檢修，增大變壓器使用壽命。本診斷系統采用PLC標準模塊，實現功能可靠、抗干擾能力強，工作環境相對惡劣，成功實現自動化工作。

4.結語

變壓器故障診斷采用PLC控制多個傳感器實現智能、高效、全自動化診斷目的，同時采用人機界面實時監測變壓器故障，供電系統的構造相對比較復雜，設備的種類和數量也很多，因此只依靠人力進行監測和維護很難達到全部覆蓋的效果，也不能及時發現變壓器的故障問題。而將傳感器使用到變壓器當中就可以很好的解決這一問題，傳感器可以實時的將變壓器的各項數據傳輸給管理人員，同時可以實現變壓器的在線監測，利用計算機信息技術對數據進行詳細的分析，就可以智能化的對各變壓器的運行狀況進行統計。同時在變壓器的故障診斷中，傳感器也可以發揮自身的作用。傳感器可以對變壓器的各種故障具體情況進行實時的監測，在信息平臺上對各種傳感器故障檢測情況進行統一的分析，及時發現變壓器的故障問題和原因。

通過在線監測和直接檢測，我們可以掌握設備的運行情況，因為我們試圖在設備中實現操作系統問題，全面分析新的操作系統問題，控制設備的運行。解決操作系統問題，并糾正設備狀態，制定合理的維護策略，并根據我們的實際建議執行這些策略，避免變壓器因為未發現其中問題導致變壓器損壞。隨著傳感器、計算機信息技術的快速發展，其應用途徑也會越來越多，在變壓器檢測中使用傳感器進行故障排除，可以提高工作效率的同時，解決變壓器故障的問題。

參考文獻

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