西門子PLC 300組態(tài)的智能配電柜控制仿真設(shè)計(jì)

民航寧夏空管分局 安 輝

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，民航事業(yè)也不斷變強(qiáng)。近年來民航空管系統(tǒng)新建航管樓及外臺(tái)站數(shù)量不斷增加，供電設(shè)備作為安全保障的基礎(chǔ)，新設(shè)備、新技術(shù)也得以應(yīng)用。但隨著供電設(shè)備的增多，技術(shù)的更新，出現(xiàn)了設(shè)備維護(hù)人員維護(hù)經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)新設(shè)備，新知識(shí)的學(xué)習(xí)滯后等新問題。供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，中低壓配作為連接高壓及用戶的重要環(huán)節(jié)，對(duì)其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，是電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。在電力系統(tǒng)中，中低壓供配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是傳輸和使用的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，其運(yùn)行自動(dòng)化的程度，直接關(guān)系用戶供電的質(zhì)量和可靠性。民航空中交通管理局負(fù)責(zé)著所轄空域的空中交通服務(wù)、航空通信、導(dǎo)航、監(jiān)視、航空氣象、航行情報(bào)等的綜合職能職責(zé)。機(jī)構(gòu)對(duì)設(shè)備供電配置要求為不間斷供電，給電力供電系統(tǒng)提出了更高的要求。對(duì)多路市電輸入的中低壓配電網(wǎng)采用自動(dòng)切換控制，才可能最大限度地提高供電質(zhì)量，滿足空管系統(tǒng)工作與生產(chǎn)的需要。本文基于某空管局新型PLC可編程智能開關(guān)柜工作原理，采用西門子PLC300和組態(tài)軟件進(jìn)行仿真平臺(tái)的搭建，可作為今后供電培訓(xùn)演示平臺(tái)，用于提升維護(hù)人員業(yè)務(wù)保障水平。對(duì)今后供電設(shè)備的學(xué)習(xí)及故障排查方面具有指導(dǎo)意義。

1 總體思路

對(duì)可編程智能開關(guān)柜仿真培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于某空管局航管樓配電系統(tǒng)投切工作原理。某空管局航管樓兩路高壓電源引自機(jī)場新建35KV中心變電站的不同母線段（Ⅰ段引自2號(hào)中心變553柜體、Ⅱ段引自2號(hào)中心變563柜體），電壓等級(jí)為10KV，供電室距離約1000m。

航管樓配電室內(nèi)設(shè)兩臺(tái)630kVA、10kV/0.4kV的干式變壓器，高壓側(cè)熔斷器主保護(hù)，低壓側(cè)框架式斷路器主保護(hù)。柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源，常用功率為700KVA。低壓配電柜側(cè)設(shè)置正常母線段（Ⅰ、Ⅱ段）和應(yīng)急母線段（Ⅲ段），其中應(yīng)急母線段由柴油發(fā)電機(jī)組提供備用電源，負(fù)責(zé)特別重要一級(jí)負(fù)荷供電。低壓側(cè)運(yùn)行方式為：兩段市電正常時(shí)單母線分段運(yùn)行，既進(jìn)線開關(guān)K1、K2、K4閉合，母聯(lián)開關(guān)K3斷開；如果出現(xiàn)一路市電故障后，聯(lián)絡(luò)柜自動(dòng)投入，另一路帶全部負(fù)荷，母聯(lián)自投自復(fù)，既進(jìn)線開關(guān)K1或K2斷開，母聯(lián)開關(guān)K3、油機(jī)開關(guān)K4閉合；如果兩路市電均故障時(shí)，兩路進(jìn)線開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)均斷開，油機(jī)在15s內(nèi)完成自啟動(dòng)，負(fù)責(zé)應(yīng)急母線段負(fù)荷的供電，既開關(guān)K1、K2、K3、K4均斷開，油機(jī)ATS開關(guān)切換至油機(jī)段。柴油發(fā)電機(jī)負(fù)責(zé)著工藝用電、消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及機(jī)房備用空調(diào)設(shè)備等重要負(fù)荷。系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 航管樓供電系統(tǒng)圖

2 采取技術(shù)措施

2.1 PLC虛擬仿真平臺(tái)建設(shè)的實(shí)現(xiàn)方案

可編程智能開關(guān)柜仿真培訓(xùn)系統(tǒng)采用PLC的虛擬仿真構(gòu)建的思想，即用PLC編程設(shè)計(jì)一種配置簡化，易于培訓(xùn)學(xué)習(xí)的平臺(tái)。既便于理論學(xué)習(xí)又能使維護(hù)人員學(xué)習(xí)到現(xiàn)階段分局所使用的新型供配電系統(tǒng)工作邏輯。利用組態(tài)軟件和PLC編程軟件的機(jī)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)PLC虛擬仿真平臺(tái)。系統(tǒng)不需要任何硬件實(shí)物，只需要在計(jì)算機(jī)上安裝PLC仿真編譯軟及人機(jī)交互界面即可。用組態(tài)軟件虛擬出其他外設(shè)硬件設(shè)備，然后通過串行通信方式由PLC編程軟件驅(qū)動(dòng)執(zhí)行。

2.2 西門子S7－300型PLC虛擬仿真平臺(tái)的組件

采用SIEMENS wincc人機(jī)界面組態(tài)軟件架構(gòu)的西門子S7－300型PLC虛擬仿真平臺(tái)的組件，結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，搭建PLC虛擬仿真平臺(tái)。首先按照航管樓配線柜控制原理編寫PLC程序，然后編譯PLC程序，檢查其正確性。其次在winc組態(tài)軟件中構(gòu)建航管樓配電柜人機(jī)界面，將兩者進(jìn)行通信連接設(shè)置，并在組態(tài)軟件上實(shí)現(xiàn)虛擬仿真。最后通過對(duì)組態(tài)軟件仿真界面中的控制對(duì)象的相應(yīng)動(dòng)作，來觀察仿真配電柜系統(tǒng)的控制結(jié)果，實(shí)現(xiàn)理想的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

圖2 PLC仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖

2.3 硬件組態(tài)、編程

首先打開SIEMENS wincc軟件，新建一個(gè)項(xiàng)目。在新建項(xiàng)目里進(jìn)行硬件組態(tài)，界面如圖3。對(duì)于仿真軟件“S7-PLCSIM”來說，只要在硬件組態(tài)中出現(xiàn)了CPU選項(xiàng)，就可以滿足仿真的要求。以新航管樓低壓配電柜運(yùn)行控制原理進(jìn)行程序編寫。界面如圖4，構(gòu)建虛擬仿真的硬件和軟件條件：西門子S7－300 CPU、PC/PPI電纜、計(jì)算機(jī)、PLC的編程軟件SIMATIC Manager和SIEMENS wincc人機(jī)界面組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件與西門子設(shè)備串行通訊。

圖3 SIMATIC Manager硬件組態(tài)

圖4 SIMATIC Manager編程界面

2.4 仿真界面繪制

此款仿真軟件功能完全支持和WinCC的連接。在WinCC中編輯一個(gè)如圖5的演示界面（見圖5），演示軟件真實(shí)顯示實(shí)際功能，就像監(jiān)控真實(shí)的低壓配電系統(tǒng)一樣監(jiān)控仿真系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。在WinCC中編輯監(jiān)控界面的簡要步驟如下：

圖5 WinCC圖形編輯

（1）設(shè)定變量。

（2）在圖形編輯器中畫出所需監(jiān)控的界面。

（3）運(yùn)行此監(jiān)控界面，在監(jiān)控界面中模擬低壓配電柜運(yùn)行狀態(tài)。

3 仿真系統(tǒng)演示

（1）打開Step7軟件，打開程序。選擇需要下載的站，點(diǎn)擊下載圖標(biāo)。此過程處理器會(huì)停止。

（2）部分程序下載，在線修改完成后，保存程序，點(diǎn)擊下載圖標(biāo)，此過程中處理器不會(huì)停止。

（3）運(yùn)行上位運(yùn)行畫面。

（4）測試各個(gè)功能。

（5）得到運(yùn)行結(jié)果。

采用PLC控制全軟件模擬可編程智能開關(guān)柜仿真，可以使設(shè)備維護(hù)部門人員脫離PLC實(shí)物進(jìn)行PLC語言編寫學(xué)習(xí)。能較為直觀地驗(yàn)證程序的運(yùn)行結(jié)果，對(duì)其實(shí)時(shí)調(diào)試修改。大大增強(qiáng)了維護(hù)人員的學(xué)習(xí)興趣，提高實(shí)驗(yàn)效率和增強(qiáng)維護(hù)動(dòng)手能力。但模擬仿真軟件畢竟具有局限性，并不能完全代替實(shí)際PLC的訓(xùn)練，特別是對(duì)于要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)、變化周期短、程序運(yùn)算和讀寫頻繁、掃描周期很長的程序，模擬仿真軟件的變化速度有很大滯后。但作為一種輔助維護(hù)維修手段，對(duì)現(xiàn)實(shí)中設(shè)備的學(xué)習(xí)及故障排查方面具有指導(dǎo)意義。