基于PLC的模擬倒閘程序的開發與應用

摘要：為了滿足當前職業教育中供電倒閘技術的教學要求，突出供電倒閘技術訓練的可操作性、直觀性和系統性，采用PLC為主要開發工具，結合觸摸屏技術和遙控技術開發實訓室模擬倒閘操作實訓系統。該系統具有維護便捷性和通用性的特點，滿足了職業院校教育教學乃至崗前工作培訓的需要。針對系統開發的重點PLC主控制器程序開發展開討論，開發的模擬倒閘程序實現了學生在課堂上能夠完整系統地實踐現實工作中的倒閘操作任務，實現了職業院校教學與崗位零距離就業的職業教育理念。

關鍵詞：PLC程序；模擬倒閘；實訓

中圖分類號：TM74 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）12-0245-02

一、PLC程序設計要求分析

電氣設備分為運行、備用（冷備用及熱備用）、檢修三種狀態。將設備由一種狀態轉換為另一種狀態的過程叫倒閘，所進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安全運行的一項重要工作，也是供電作業人員的一項基本技能和日常工作之一。倒閘操作如隔離開關、斷路器等電氣設備的操作順序必須嚴格按照電力相關規程執行。本文針對倒閘操作PLC程序設計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、斷路器以及掛、拆接地線完成電氣設備狀態的轉換進而改變系統的運行方式，由于操作過程中涉及的設備和元件較多，操作任務多樣，所以每一項倒閘任務中電氣設備的操作順序需要嚴格明確。停電順序：先將所有斷路器按從負荷側向電源側依次拉開，再將隔離開關從負荷側向電源側依次拉開。停電時：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斷開。送電順序：先將所有隔離開關按從電源側向負荷側依次閉合，再將斷路器從電源側向負荷側依次閉合，兩條支路并列時可任意排序，最后閉合電容組。送電時：不管是否有接地線都要寫拆除有關接地線，為的是確認是否還有沒拆除的接地線。

2.電氣設備狀態分析

所有電氣設備的狀態包括以下幾類：隔離開關、斷路器、變壓器、接地刀閘等電氣設備的運行狀態和檢修狀態；隔離開關和斷路器投入與退出配合使用實現的熱備用和冷備用狀態；檢修狀態時接地刀閘投入和退出兩種狀態；程序設計要求能夠實現饋線停/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備狀態轉換的功能。

3.需要PLC實現的功能分析

根據不同倒閘操作票倒閘任務能夠順序執行；各種電氣設備狀態的轉換；操作錯誤時要有報警功能；初始化狀態的設定；拓展功能：操作結束后觸摸屏能夠自動統計操作時間和操作正確率，作為教師評價的依據。

二、程序設計的中心思想及功能的實現

程序設計的中心思想是能夠通過PLC程序設計的靈活性、易維護性來代替傳統硬件難操作、難維護的缺點，程序不僅要實現操作票的順序操作、報警功能，還要實現人機交互功能，以便于隨時監控操作人員的行為。在主程序中通過中間繼電器實現各種操作任務的切換，每個子程序能夠實現一種操作票任務，結合主接線中所有電氣設備不同狀態的種類，為每一種電氣設備的每一種狀態賦予地址碼，程序實現過程即是操作票順序執行的過程。

1.順序操作功能的實現

由PLC程序順序掃描和執行功能來實現倒閘操作的順序執行。如圖1所示，圖中網絡41中Q0.5是的101斷路器輸出常閉觸點，I6.0是2204隔離開關的輸入常開觸點，只有101斷路器輸出在失電時即拉開101狀態下，2204隔離開關輸入在得電時程序才能夠執行，否則程序無法執行。這樣通過101斷路器和2204隔離開關的互鎖功能實現了先斷開101斷路器之后才能拉開2204隔離開關的順序執行功能。同理，在網絡43中只有在2201、2202、2203、2204隔離開關輸出失電即拉開狀態下，1211隔離開關輸入常開觸點得電時才能夠執行。

2.電氣設備狀態轉換的實現

本文由PLC程序控制模擬盤從而驅動模擬盤按鈕來實現電氣設備狀態的轉換；程序設計時設備狀態的轉換用中間繼電器的輸出線圈得電/失電來完成其常開/常閉觸點的得電/失電。如圖1所示，通過中間繼電器M5.0和M5.1網絡41和網絡42配合可以實現兩個功能：一是在斷開101斷路器后才能拉開2204隔離開關的順序執行；二是利用2204隔離開關的自鎖功能，無論2204隔離開關原來狀態是得電還是失電，在按下其常開觸點后均能完成其狀態的轉換。

3.錯誤報警功能的實現

錯誤報警包括操作順序錯誤時的報警和不相干操作報警。通過PLC互鎖報警程序和不相干操作報警程序來實現錯誤操作時的報警功能。程序設計是前面所述順序執行的反邏輯。通過此功能的設置學生可以自主練習和判斷，并及時修正錯誤，老師則可以參考報警次數監督考核學生。

4.各種倒閘任務初始狀態的實現

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

三、程序調試過程及教學過程中出現的問題及解決方案

目前本實訓室的建設已大部分投入教學中，在具體教學過程中發現的問題及解決方案總結如下：

1.PLC程序實際調試過程中遇到的問題及解決方案

（1）程序的設計是否需要考慮電氣設備初始化狀態的問題。比如101斷路器在全所停電倒閘操作任務中初始狀態是得電，而在全所送電倒閘操作任務中初始狀態是失電，如果編程過程中要考慮每項操作任務中每一種電氣設備的初始狀態，那么編程量將變為原來的N次方倍增長，N代表操作任務中涉及的電氣設備數量。而在本程序的設計中，巧妙采用了中間繼電器自鎖功能來實現。如前所述，在圖1中網絡41和網絡42就是這種原理。

（2）在調試過程中發現模擬盤上部分按鍵無論如何操作都沒有反應，這種現象需要及時排除。這種情況的發生有兩種可能：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應的電氣設備。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備號和對應的地址碼，在報警程序中加入遺漏項。

2.實際教學過程中遇到的問題及解決方案

在實際教學過程中，由于學生對初始化時間把握不準，有的學生在初始化還未結束就開始操作按鍵，導致程序不能順利執行。在程序中雖然設計了初始化結束后的報警提示功能，但對于提前進入操作，目前采取退出當前系統重新執行或等待初始化結束后再繼續操作的方法。

四、程序開發和實訓室建設創新性

多種高科技技術融合：本文采用PLC作為主控制器控制倒閘操作模擬盤。同時融合觸摸屏技術，通過串行通信與PLC配合實現對倒閘操作觸摸屏的監視和控制。此外還采用了遙控技術，以便教師教學管理使用。

自鎖功能和互鎖功能：自鎖功能實現了電氣設備自身狀態的轉換，互鎖功能實現了不同電氣設備狀態轉換的順序執行。

五、結束語

本次倒閘實訓室建設是響應北京鐵路電氣化學校國家級中等職業教育改革發展示范學校建設的號召而進行的開發研究，是學校工學結合、產教結合、實踐教學的典范。通過PLC程序開發、PLC控制觸摸屏以及遙控技術的應用實現了供電倒閘訓練的可操作性和直觀性，體現了供電倒閘的系統性，彰顯了操作的人性化。在滿足實現倒閘操作訓練的基礎上更滿足了當前職業教育中供電倒閘技術的教學需求，體現了現代高科技技術融合在職業教育教學中的創新性應用，切實提高了當前供電倒閘技術的教育教學水平。

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（責任編輯：王祝萍）