基于PLC的模擬倒閘程序的開發(fā)與應(yīng)用

摘要：為了滿足當(dāng)前職業(yè)教育中供電倒閘技術(shù)的教學(xué)要求，突出供電倒閘技術(shù)訓(xùn)練的可操作性、直觀性和系統(tǒng)性，采用PLC為主要開發(fā)工具，結(jié)合觸摸屏技術(shù)和遙控技術(shù)開發(fā)實(shí)訓(xùn)室模擬倒閘操作實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有維護(hù)便捷性和通用性的特點(diǎn)，滿足了職業(yè)院校教育教學(xué)乃至崗前工作培訓(xùn)的需要。針對(duì)系統(tǒng)開發(fā)的重點(diǎn)PLC主控制器程序開發(fā)展開討論，開發(fā)的模擬倒閘程序?qū)崿F(xiàn)了學(xué)生在課堂上能夠完整系統(tǒng)地實(shí)踐現(xiàn)實(shí)工作中的倒閘操作任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了職業(yè)院校教學(xué)與崗位零距離就業(yè)的職業(yè)教育理念。

關(guān)鍵詞：PLC程序；模擬倒閘；實(shí)訓(xùn)

中圖分類號(hào)：TM74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）12-0245-02

一、PLC程序設(shè)計(jì)要求分析

電氣設(shè)備分為運(yùn)行、備用（冷備用及熱備用）、檢修三種狀態(tài)。將設(shè)備由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)的過程叫倒閘，所進(jìn)行的操作叫做倒閘操作。供電倒閘操作的安全、正確、可靠是確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要工作，也是供電作業(yè)人員的一項(xiàng)基本技能和日常工作之一。倒閘操作如隔離開關(guān)、斷路器等電氣設(shè)備的操作順序必須嚴(yán)格按照電力相關(guān)規(guī)程執(zhí)行。本文針對(duì)倒閘操作PLC程序設(shè)計(jì)要求等方面展開分析。

1.倒閘操作順序控制要求的分析

倒閘操作通過操作隔離開關(guān)、斷路器以及掛、拆接地線完成電氣設(shè)備狀態(tài)的轉(zhuǎn)換進(jìn)而改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式，由于操作過程中涉及的設(shè)備和元件較多，操作任務(wù)多樣，所以每一項(xiàng)倒閘任務(wù)中電氣設(shè)備的操作順序需要嚴(yán)格明確。停電順序：先將所有斷路器按從負(fù)荷側(cè)向電源側(cè)依次拉開，再將隔離開關(guān)從負(fù)荷側(cè)向電源側(cè)依次拉開。停電時(shí)：為防反送電，首先拉開電容器組，另外還需將電壓互感器二次空氣開關(guān)斷開。送電順序：先將所有隔離開關(guān)按從電源側(cè)向負(fù)荷側(cè)依次閉合，再將斷路器從電源側(cè)向負(fù)荷側(cè)依次閉合，兩條支路并列時(shí)可任意排序，最后閉合電容組。送電時(shí)：不管是否有接地線都要寫拆除有關(guān)接地線，為的是確認(rèn)是否還有沒拆除的接地線。

2.電氣設(shè)備狀態(tài)分析

所有電氣設(shè)備的狀態(tài)包括以下幾類：隔離開關(guān)、斷路器、變壓器、接地刀閘等電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和檢修狀態(tài)；隔離開關(guān)和斷路器投入與退出配合使用實(shí)現(xiàn)的熱備用和冷備用狀態(tài)；檢修狀態(tài)時(shí)接地刀閘投入和退出兩種狀態(tài)；程序設(shè)計(jì)要求能夠?qū)崿F(xiàn)饋線停/送電操作、母線停/送電、倒母線操作、全所停/送電操作、主變熱備用、全所停電/不停電倒電源及變壓器、電容器組停/送電、所用變壓器停/送電等不同操作票中電氣設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換的功能。

3.需要PLC實(shí)現(xiàn)的功能分析

根據(jù)不同倒閘操作票倒閘任務(wù)能夠順序執(zhí)行；各種電氣設(shè)備狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；操作錯(cuò)誤時(shí)要有報(bào)警功能；初始化狀態(tài)的設(shè)定；拓展功能：操作結(jié)束后觸摸屏能夠自動(dòng)統(tǒng)計(jì)操作時(shí)間和操作正確率，作為教師評(píng)價(jià)的依據(jù)。

二、程序設(shè)計(jì)的中心思想及功能的實(shí)現(xiàn)

程序設(shè)計(jì)的中心思想是能夠通過PLC程序設(shè)計(jì)的靈活性、易維護(hù)性來代替?zhèn)鹘y(tǒng)硬件難操作、難維護(hù)的缺點(diǎn)，程序不僅要實(shí)現(xiàn)操作票的順序操作、報(bào)警功能，還要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，以便于隨時(shí)監(jiān)控操作人員的行為。在主程序中通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)各種操作任務(wù)的切換，每個(gè)子程序能夠?qū)崿F(xiàn)一種操作票任務(wù)，結(jié)合主接線中所有電氣設(shè)備不同狀態(tài)的種類，為每一種電氣設(shè)備的每一種狀態(tài)賦予地址碼，程序?qū)崿F(xiàn)過程即是操作票順序執(zhí)行的過程。

1.順序操作功能的實(shí)現(xiàn)

由PLC程序順序掃描和執(zhí)行功能來實(shí)現(xiàn)倒閘操作的順序執(zhí)行。如圖1所示，圖中網(wǎng)絡(luò)41中Q0.5是的101斷路器輸出常閉觸點(diǎn)，I6.0是2204隔離開關(guān)的輸入常開觸點(diǎn)，只有101斷路器輸出在失電時(shí)即拉開101狀態(tài)下，2204隔離開關(guān)輸入在得電時(shí)程序才能夠執(zhí)行，否則程序無法執(zhí)行。這樣通過101斷路器和2204隔離開關(guān)的互鎖功能實(shí)現(xiàn)了先斷開101斷路器之后才能拉開2204隔離開關(guān)的順序執(zhí)行功能。同理，在網(wǎng)絡(luò)43中只有在2201、2202、2203、2204隔離開關(guān)輸出失電即拉開狀態(tài)下，1211隔離開關(guān)輸入常開觸點(diǎn)得電時(shí)才能夠執(zhí)行。

2.電氣設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)

本文由PLC程序控制模擬盤從而驅(qū)動(dòng)模擬盤按鈕來實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；程序設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)備狀態(tài)的轉(zhuǎn)換用中間繼電器的輸出線圈得電/失電來完成其常開/常閉觸點(diǎn)的得電/失電。如圖1所示，通過中間繼電器M5.0和M5.1網(wǎng)絡(luò)41和網(wǎng)絡(luò)42配合可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：一是在斷開101斷路器后才能拉開2204隔離開關(guān)的順序執(zhí)行；二是利用2204隔離開關(guān)的自鎖功能，無論2204隔離開關(guān)原來狀態(tài)是得電還是失電，在按下其常開觸點(diǎn)后均能完成其狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

3.錯(cuò)誤報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)

錯(cuò)誤報(bào)警包括操作順序錯(cuò)誤時(shí)的報(bào)警和不相干操作報(bào)警。通過PLC互鎖報(bào)警程序和不相干操作報(bào)警程序來實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤操作時(shí)的報(bào)警功能。程序設(shè)計(jì)是前面所述順序執(zhí)行的反邏輯。通過此功能的設(shè)置學(xué)生可以自主練習(xí)和判斷，并及時(shí)修正錯(cuò)誤，老師則可以參考報(bào)警次數(shù)監(jiān)督考核學(xué)生。

4.各種倒閘任務(wù)初始狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)

通過PLC中間繼電器啟動(dòng)觸摸屏，由觸摸屏程序來完成不同操作票中電氣設(shè)備不同狀態(tài)的初始化。初始化結(jié)束后由PLC啟動(dòng)語音提示，表明系統(tǒng)已完成初始化，操作人員可以進(jìn)行倒閘操作。圖3是電氣化鐵道供電倒閘操作系統(tǒng)全站停電操作票初始化狀態(tài)完成的界面。

三、程序調(diào)試過程及教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題及解決方案

目前本實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)已大部分投入教學(xué)中，在具體教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題及解決方案總結(jié)如下：

1.PLC程序?qū)嶋H調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案

（1）程序的設(shè)計(jì)是否需要考慮電氣設(shè)備初始化狀態(tài)的問題。比如101斷路器在全所停電倒閘操作任務(wù)中初始狀態(tài)是得電，而在全所送電倒閘操作任務(wù)中初始狀態(tài)是失電，如果編程過程中要考慮每項(xiàng)操作任務(wù)中每一種電氣設(shè)備的初始狀態(tài)，那么編程量將變?yōu)樵瓉淼腘次方倍增長，N代表操作任務(wù)中涉及的電氣設(shè)備數(shù)量。而在本程序的設(shè)計(jì)中，巧妙采用了中間繼電器自鎖功能來實(shí)現(xiàn)。如前所述，在圖1中網(wǎng)絡(luò)41和網(wǎng)絡(luò)42就是這種原理。

（2）在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)模擬盤上部分按鍵無論如何操作都沒有反應(yīng)，這種現(xiàn)象需要及時(shí)排除。這種情況的發(fā)生有兩種可能：一是硬件接線處接觸不良造成；二是操作票中未涉及到此按鍵對(duì)應(yīng)的電氣設(shè)備。第一種情況需要人工重新檢查插線來排除；第二種情況則需要記下遺漏的電氣設(shè)備號(hào)和對(duì)應(yīng)的地址碼，在報(bào)警程序中加入遺漏項(xiàng)。

2.實(shí)際教學(xué)過程中遇到的問題及解決方案

在實(shí)際教學(xué)過程中，由于學(xué)生對(duì)初始化時(shí)間把握不準(zhǔn)，有的學(xué)生在初始化還未結(jié)束就開始操作按鍵，導(dǎo)致程序不能順利執(zhí)行。在程序中雖然設(shè)計(jì)了初始化結(jié)束后的報(bào)警提示功能，但對(duì)于提前進(jìn)入操作，目前采取退出當(dāng)前系統(tǒng)重新執(zhí)行或等待初始化結(jié)束后再繼續(xù)操作的方法。

四、程序開發(fā)和實(shí)訓(xùn)室建設(shè)創(chuàng)新性

多種高科技技術(shù)融合：本文采用PLC作為主控制器控制倒閘操作模擬盤。同時(shí)融合觸摸屏技術(shù)，通過串行通信與PLC配合實(shí)現(xiàn)對(duì)倒閘操作觸摸屏的監(jiān)視和控制。此外還采用了遙控技術(shù)，以便教師教學(xué)管理使用。

自鎖功能和互鎖功能：自鎖功能實(shí)現(xiàn)了電氣設(shè)備自身狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，互鎖功能實(shí)現(xiàn)了不同電氣設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換的順序執(zhí)行。

五、結(jié)束語

本次倒閘實(shí)訓(xùn)室建設(shè)是響應(yīng)北京鐵路電氣化學(xué)校國家級(jí)中等職業(yè)教育改革發(fā)展示范學(xué)校建設(shè)的號(hào)召而進(jìn)行的開發(fā)研究，是學(xué)校工學(xué)結(jié)合、產(chǎn)教結(jié)合、實(shí)踐教學(xué)的典范。通過PLC程序開發(fā)、PLC控制觸摸屏以及遙控技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了供電倒閘訓(xùn)練的可操作性和直觀性，體現(xiàn)了供電倒閘的系統(tǒng)性，彰顯了操作的人性化。在滿足實(shí)現(xiàn)倒閘操作訓(xùn)練的基礎(chǔ)上更滿足了當(dāng)前職業(yè)教育中供電倒閘技術(shù)的教學(xué)需求，體現(xiàn)了現(xiàn)代高科技技術(shù)融合在職業(yè)教育教學(xué)中的創(chuàng)新性應(yīng)用，切實(shí)提高了當(dāng)前供電倒閘技術(shù)的教育教學(xué)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]李嘉.利用PLC模擬電氣主接線的倒閘操作過程[J].硅谷，2011，（15）.

[2]孫曉敏.變電站倒閘操作過程中隔離開關(guān)故障處理方法[J].廣東電力，2011，24（7）.

[3]嚴(yán)欣婷，李曉東.電氣倒閘操作票訓(xùn)練通用系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2010，（8）.

[4]竺煒，謝迎九.電力綜合實(shí)驗(yàn)室電氣倒閘誤操作檢測(cè)方法的研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007，（1）.

[5]萬勇.變電站變電運(yùn)行中倒閘操作之我見[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，（21）.

（責(zé)任編輯：王祝萍）