組態(tài)王及PLC在二次回路仿真裝置中的應用研究

劉陽　李冬梅　劉翔

摘要：運行中的電力系統(tǒng)嚴格禁止用于學生實驗，而高校電氣類專業(yè)學生在學習二次回路相關知識時相應的實驗裝置十分匱乏，針對這一問題，本文擬設計一套基于組態(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)王軟件編寫上位機監(jiān)控界面，既可實現斷路器二次回路的現場控制，又可通過上位機界面實現遠程控制，并能實時監(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)運行實際，又保證了實驗者的安全，具有實用價值。

關鍵詞：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)電廠及變電站中對二次設備的控制、監(jiān)視也都實現了綜合自動化，與此同時，針對高校學生學習用的變電站二次回路實驗裝置卻十分匱乏；運行中的電力系統(tǒng)又嚴格禁止用于教學實驗。針對這一問題，本文擬設計一套基于組態(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)良好的上位機監(jiān)控界面，模擬現場運行實際，為學生提供一個現場感強、形象直觀的實驗環(huán)境，有效地將教學實際和現場實際融合[14]。

1 仿真裝置總體設計方案

仿真裝置首先應能完成常規(guī)二次回路中斷路器控制，其次，為了貼近發(fā)電廠及變電站運行實際，還應具備斷路器的遠程控制功能，即上位機控制。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、轉換開關、按鈕、指示燈等常規(guī)元件構成，該電路完全采用常規(guī)元器件構成有以下好處：一是方便學生認識書本中學的各種元器件，二是加深理解二次回路中學到的理論知識[1]。上位機部分位于裝置的頂層，用于實現對斷路器二次回路的遠程監(jiān)視與控制功能，是整個仿真裝置的核心部件。上位機與下位機PLC配合使用，接收PLC傳來的數據，通過PLC將控制指令下達到二次回路控制環(huán)節(jié)，同時，上位機還能完成一些輔助功能，如實時形象地顯示線路的具體運行情況，電源電壓情況等。PLC部分在仿真裝置中起到上傳下達的作用，該部分主要由西門子S7200 PLC CPU226 主機模塊、EM235 AD轉換模塊、DC24V 開關電源及一些按鈕、繼電器構成，采集二次回路中觸點的狀態(tài)、電壓等信號，處理后上傳給上位機監(jiān)控界面；上位機下達的指令，通過PLC控制相應繼電器輸出，實現對二次回路的控制。

2 斷路器二次回路設計

二次回路即斷路器控制、保護和信號回路，本文采用原理相對簡單的電磁操作機構的斷路器控制、保護和信號回路[2]，其中的斷路器部分采用仿真斷路器實現，主要由中間繼電器構成，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]。轉換開關采用LW2型萬能轉換開關。整個回路包含8個部分，分別是合閘回路（自動合、手動合）、跳閘回路（自動跳、手動跳）、手動跳閘燈光信號回路，手動合閘燈光信號回路、自動跳閘燈光信號回路、自動合閘燈光信號回路、合閘線圈回路、事故跳閘音響發(fā)信回路。當需要合閘（或跳閘）時，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，燈光信號回路相關指示燈亮，完成仿真斷路器的合閘（或跳閘）模擬。對二次回路控制的基本要求如下： （1） 斷路器正常工作時，應是紅燈亮，綠燈滅，并分別起到監(jiān)視跳閘和合閘回路的完好性；（2） 當過電流保護裝置檢測到過電流信號時，應立即啟動跳閘裝置跳閘[5，6]。

3 上位機監(jiān)控界面設計

上位機監(jiān)控界面即提供人機交互的操作界面，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，有利于實現實時現場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表[7]。設計的上位機監(jiān)控界面內容包括：二次回路原理圖，操作按鈕（測試、合閘、分閘、故障設置等），斷路器狀態(tài)顯示、通信窗口，歷史數據等。上位機監(jiān)控界面的主要功能：首先是下達指令，通過點擊界面上的操作按鈕，將信號通過PPI通信傳遞給PLC模塊，再由PLC發(fā)出信號給繼電器，通過繼電器觸點的動作接通或者斷開斷路器；其次，上位機還能接收現場傳來的信號，如斷路器的狀態(tài)、電源電壓的大小等，都可以經PLC部分相應模塊采集信號，傳遞給上位機界面顯示。

裝置可完成的實驗包括：（1）斷路器手動分、合閘實驗；（2）斷路器自動分、

合閘實驗；（3）預告信號實驗；（4）事故信號實驗。

實驗時，學生可先查看二次回路原理圖，讀懂圖以后，可先點擊測試按鈕，查看上位機與下位機之間通信是否正常，合閘線圈、分閘線圈是否有異常。無誤后，通過操作按鈕對二次回路進行操作，同時觀察電路是否有相應動作。操作過程在通信窗口留有記錄，方便學生對操作過程回顧分析。

4 結語

本文在充分調研了發(fā)電廠及變電站發(fā)展現狀的基礎上，結合應用技術型高校

教學實際，探究將組態(tài)軟件及PLC應用于斷路器二次回路仿真裝置中，實現斷路器控制的智能化，貼近現場實際，專業(yè)針對性強，豐富了教學手段，推進了實驗教學的步伐，非常有實用價值。

參考文獻：

[1]王銘，尹東，任婷會.上位機控制的二次回路仿真試驗裝置的設計與實現[J].電器與能效管理技術，2017（5）：8488.

[2]何永華.發(fā)電廠及變電站的二次回路[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3]韓江虹，林昌年，李峰云，等.基于Visio的變電站二次回路仿真培訓系統(tǒng)[J].電網技術，2012，36（8）：265270.

[4]李梅蘭.變電站仿真實訓設計思想和運行效果[J].中國電力教育，2009（7）.

[5]宋人杰HYPERLINK"http：//www.cnki.com.cn/Article/%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09http：/search.cnki.com.cn/Search.aspx？q=author：%E5%AE%8B%E4%BA%BA%E6%9D%B0"＼t"_blank".通用型繼電保護及二次回路多媒體仿真培訓系統(tǒng)平臺[J].繼電器，2001.

[6]顧子明，包東飛.斷路器二次回路中PLC的應用[J].PLC&FA，2006（5）.

[7]穆亞輝.組態(tài)王軟件實用技術[P].鄭州：黃河水利出版社，2012.

基金項目：中國石油大學勝利學院大學生創(chuàng)新訓練項目，項目編號：2017025