劉陽　李冬梅　劉翔

摘要：運(yùn)行中的電力系統(tǒng)嚴(yán)格禁止用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，而高校電氣類專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)二次回路相關(guān)知識(shí)時(shí)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置十分匱乏，針對(duì)這一問題，本文擬設(shè)計(jì)一套基于組態(tài)王及PLC控制的斷路器二次回路仿真裝置，該裝置以西門子S7200 PLC 為核心控制器，利用組態(tài)王軟件編寫上位機(jī)監(jiān)控界面，既可實(shí)現(xiàn)斷路器二次回路的現(xiàn)場(chǎng)控制，又可通過上位機(jī)界面實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，并能實(shí)時(shí)監(jiān)控二次回路工作狀態(tài)。系統(tǒng)采用36V安全電壓供電，既貼近電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際，又保證了實(shí)驗(yàn)者的安全，具有實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：組態(tài)王；S7200 PLC；二次回路；仿真裝置

隨著智能化的迅速發(fā)展，發(fā)電廠及變電站中對(duì)二次設(shè)備的控制、監(jiān)視也都實(shí)現(xiàn)了綜合自動(dòng)化，與此同時(shí)，針對(duì)高校學(xué)生學(xué)習(xí)用的變電站二次回路實(shí)驗(yàn)裝置卻十分匱乏；運(yùn)行中的電力系統(tǒng)又嚴(yán)格禁止用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)。針對(duì)這一問題，本文擬設(shè)計(jì)一套基于組態(tài)王軟件及PLC（可編程序控制器）控制的二次回路仿真裝置，利用組態(tài)王軟件開發(fā)良好的上位機(jī)監(jiān)控界面，模擬現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)際，為學(xué)生提供一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)感強(qiáng)、形象直觀的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，有效地將教學(xué)實(shí)際和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際融合[14]。

1 仿真裝置總體設(shè)計(jì)方案

仿真裝置首先應(yīng)能完成常規(guī)二次回路中斷路器控制，其次，為了貼近發(fā)電廠及變電站運(yùn)行實(shí)際，還應(yīng)具備斷路器的遠(yuǎn)程控制功能，即上位機(jī)控制。因此仿真裝置主要由三部分組成：一是斷路器二次回路部分，二是上位機(jī)部分，三是聯(lián)系以上二者的橋梁——PLC部分。二次回路部分主要由繼電器、接觸器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、指示燈等常規(guī)元件構(gòu)成，該電路完全采用常規(guī)元器件構(gòu)成有以下好處：一是方便學(xué)生認(rèn)識(shí)書本中學(xué)的各種元器件，二是加深理解二次回路中學(xué)到的理論知識(shí)[1]。上位機(jī)部分位于裝置的頂層，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器二次回路的遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制功能，是整個(gè)仿真裝置的核心部件。上位機(jī)與下位機(jī)PLC配合使用，接收PLC傳來的數(shù)據(jù)，通過PLC將控制指令下達(dá)到二次回路控制環(huán)節(jié)，同時(shí)，上位機(jī)還能完成一些輔助功能，如實(shí)時(shí)形象地顯示線路的具體運(yùn)行情況，電源電壓情況等。PLC部分在仿真裝置中起到上傳下達(dá)的作用，該部分主要由西門子S7200 PLC CPU226 主機(jī)模塊、EM235 AD轉(zhuǎn)換模塊、DC24V 開關(guān)電源及一些按鈕、繼電器構(gòu)成，采集二次回路中觸點(diǎn)的狀態(tài)、電壓等信號(hào)，處理后上傳給上位機(jī)監(jiān)控界面；上位機(jī)下達(dá)的指令，通過PLC控制相應(yīng)繼電器輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)二次回路的控制。

2 斷路器二次回路設(shè)計(jì)

二次回路即斷路器控制、保護(hù)和信號(hào)回路，本文采用原理相對(duì)簡(jiǎn)單的電磁操作機(jī)構(gòu)的斷路器控制、保護(hù)和信號(hào)回路[2]，其中的斷路器部分采用仿真斷路器實(shí)現(xiàn)，主要由中間繼電器構(gòu)成，斷路器的合閘線圈和跳閘線圈功能由兩組中間繼電器代替完成功能，分別稱其為合閘繼電器和跳閘繼電器[1]。轉(zhuǎn)換開關(guān)采用LW2型萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)。整個(gè)回路包含8個(gè)部分，分別是合閘回路（自動(dòng)合、手動(dòng)合）、跳閘回路（自動(dòng)跳、手動(dòng)跳）、手動(dòng)跳閘燈光信號(hào)回路，手動(dòng)合閘燈光信號(hào)回路、自動(dòng)跳閘燈光信號(hào)回路、自動(dòng)合閘燈光信號(hào)回路、合閘線圈回路、事故跳閘音響發(fā)信回路。當(dāng)需要合閘（或跳閘）時(shí)，首先通過合閘（或跳閘）回路使中間繼電器得電并自鎖，從而使合閘（或跳閘）繼電器得電，同時(shí)，燈光信號(hào)回路相關(guān)指示燈亮，完成仿真斷路器的合閘（或跳閘）模擬。對(duì)二次回路控制的基本要求如下： （1） 斷路器正常工作時(shí)，應(yīng)是紅燈亮，綠燈滅，并分別起到監(jiān)視跳閘和合閘回路的完好性；（2） 當(dāng)過電流保護(hù)裝置檢測(cè)到過電流信號(hào)時(shí)，應(yīng)立即啟動(dòng)跳閘裝置跳閘[5，6]。

3 上位機(jī)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

上位機(jī)監(jiān)控界面即提供人機(jī)交互的操作界面，采用組態(tài)王軟件編寫。組態(tài)王

軟件為開發(fā)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表[7]。設(shè)計(jì)的上位機(jī)監(jiān)控界面內(nèi)容包括：二次回路原理圖，操作按鈕（測(cè)試、合閘、分閘、故障設(shè)置等），斷路器狀態(tài)顯示、通信窗口，歷史數(shù)據(jù)等。上位機(jī)監(jiān)控界面的主要功能：首先是下達(dá)指令，通過點(diǎn)擊界面上的操作按鈕，將信號(hào)通過PPI通信傳遞給PLC模塊，再由PLC發(fā)出信號(hào)給繼電器，通過繼電器觸點(diǎn)的動(dòng)作接通或者斷開斷路器；其次，上位機(jī)還能接收現(xiàn)場(chǎng)傳來的信號(hào)，如斷路器的狀態(tài)、電源電壓的大小等，都可以經(jīng)PLC部分相應(yīng)模塊采集信號(hào)，傳遞給上位機(jī)界面顯示。

裝置可完成的實(shí)驗(yàn)包括：（1）斷路器手動(dòng)分、合閘實(shí)驗(yàn)；（2）斷路器自動(dòng)分、

合閘實(shí)驗(yàn)；（3）預(yù)告信號(hào)實(shí)驗(yàn)；（4）事故信號(hào)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可先查看二次回路原理圖，讀懂圖以后，可先點(diǎn)擊測(cè)試按鈕，查看上位機(jī)與下位機(jī)之間通信是否正常，合閘線圈、分閘線圈是否有異常。無誤后，通過操作按鈕對(duì)二次回路進(jìn)行操作，同時(shí)觀察電路是否有相應(yīng)動(dòng)作。操作過程在通信窗口留有記錄，方便學(xué)生對(duì)操作過程回顧分析。

4 結(jié)語

本文在充分調(diào)研了發(fā)電廠及變電站發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合應(yīng)用技術(shù)型高校

教學(xué)實(shí)際，探究將組態(tài)軟件及PLC應(yīng)用于斷路器二次回路仿真裝置中，實(shí)現(xiàn)斷路器控制的智能化，貼近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，專業(yè)針對(duì)性強(qiáng)，豐富了教學(xué)手段，推進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的步伐，非常有實(shí)用價(jià)值。

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基金項(xiàng)目：中國石油大學(xué)勝利學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2017025