西門子PLC 300組態的智能配電柜控制仿真設計

民航寧夏空管分局 安 輝

隨著國內經濟的發展，民航事業也不斷變強。近年來民航空管系統新建航管樓及外臺站數量不斷增加，供電設備作為安全保障的基礎，新設備、新技術也得以應用。但隨著供電設備的增多，技術的更新，出現了設備維護人員維護經驗不足，對新設備，新知識的學習滯后等新問題。供電系統網絡中，中低壓配作為連接高壓及用戶的重要環節，對其實現自動化控制，是電力系統發展的必然趨勢。在電力系統中，中低壓供配電系統網絡是傳輸和使用的最后一個環節，其運行自動化的程度，直接關系用戶供電的質量和可靠性。民航空中交通管理局負責著所轄空域的空中交通服務、航空通信、導航、監視、航空氣象、航行情報等的綜合職能職責。機構對設備供電配置要求為不間斷供電，給電力供電系統提出了更高的要求。對多路市電輸入的中低壓配電網采用自動切換控制，才可能最大限度地提高供電質量，滿足空管系統工作與生產的需要。本文基于某空管局新型PLC可編程智能開關柜工作原理，采用西門子PLC300和組態軟件進行仿真平臺的搭建，可作為今后供電培訓演示平臺，用于提升維護人員業務保障水平。對今后供電設備的學習及故障排查方面具有指導意義。

1 總體思路

對可編程智能開關柜仿真培訓系統設計是基于某空管局航管樓配電系統投切工作原理。某空管局航管樓兩路高壓電源引自機場新建35KV中心變電站的不同母線段（Ⅰ段引自2號中心變553柜體、Ⅱ段引自2號中心變563柜體），電壓等級為10KV，供電室距離約1000m。

航管樓配電室內設兩臺630kVA、10kV/0.4kV的干式變壓器，高壓側熔斷器主保護，低壓側框架式斷路器主保護。柴油發電機組作為應急電源，常用功率為700KVA。低壓配電柜側設置正常母線段（Ⅰ、Ⅱ段）和應急母線段（Ⅲ段），其中應急母線段由柴油發電機組提供備用電源，負責特別重要一級負荷供電。低壓側運行方式為：兩段市電正常時單母線分段運行，既進線開關K1、K2、K4閉合，母聯開關K3斷開；如果出現一路市電故障后，聯絡柜自動投入，另一路帶全部負荷，母聯自投自復，既進線開關K1或K2斷開，母聯開關K3、油機開關K4閉合；如果兩路市電均故障時，兩路進線開關和聯絡開關均斷開，油機在15s內完成自啟動，負責應急母線段負荷的供電，既開關K1、K2、K3、K4均斷開，油機ATS開關切換至油機段。柴油發電機負責著工藝用電、消防系統、照明系統及機房備用空調設備等重要負荷。系統圖如圖1所示。

圖1 航管樓供電系統圖

2 采取技術措施

2.1 PLC虛擬仿真平臺建設的實現方案

可編程智能開關柜仿真培訓系統采用PLC的虛擬仿真構建的思想，即用PLC編程設計一種配置簡化，易于培訓學習的平臺。既便于理論學習又能使維護人員學習到現階段分局所使用的新型供配電系統工作邏輯。利用組態軟件和PLC編程軟件的機結合，可實現PLC虛擬仿真平臺。系統不需要任何硬件實物，只需要在計算機上安裝PLC仿真編譯軟及人機交互界面即可。用組態軟件虛擬出其他外設硬件設備，然后通過串行通信方式由PLC編程軟件驅動執行。

2.2 西門子S7－300型PLC虛擬仿真平臺的組件

采用SIEMENS wincc人機界面組態軟件架構的西門子S7－300型PLC虛擬仿真平臺的組件，結構框圖如圖2所示，搭建PLC虛擬仿真平臺。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組態軟件中構建航管樓配電柜人機界面，將兩者進行通信連接設置，并在組態軟件上實現虛擬仿真。最后通過對組態軟件仿真界面中的控制對象的相應動作，來觀察仿真配電柜系統的控制結果，實現理想的虛擬仿真實驗系統。

圖2 PLC仿真平臺結構框圖

2.3 硬件組態、編程

首先打開SIEMENS wincc軟件，新建一個項目。在新建項目里進行硬件組態，界面如圖3。對于仿真軟件“S7-PLCSIM”來說，只要在硬件組態中出現了CPU選項，就可以滿足仿真的要求。以新航管樓低壓配電柜運行控制原理進行程序編寫。界面如圖4，構建虛擬仿真的硬件和軟件條件：西門子S7－300 CPU、PC/PPI電纜、計算機、PLC的編程軟件SIMATIC Manager和SIEMENS wincc人機界面組態軟件，實現組態軟件與西門子設備串行通訊。

圖3 SIMATIC Manager硬件組態

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中編輯一個如圖5的演示界面（見圖5），演示軟件真實顯示實際功能，就像監控真實的低壓配電系統一樣監控仿真系統的運行狀況。在WinCC中編輯監控界面的簡要步驟如下：

圖5 WinCC圖形編輯

（1）設定變量。

（2）在圖形編輯器中畫出所需監控的界面。

（3）運行此監控界面，在監控界面中模擬低壓配電柜運行狀態。

3 仿真系統演示

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

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

（3）運行上位運行畫面。

（4）測試各個功能。

（5）得到運行結果。

采用PLC控制全軟件模擬可編程智能開關柜仿真，可以使設備維護部門人員脫離PLC實物進行PLC語言編寫學習。能較為直觀地驗證程序的運行結果，對其實時調試修改。大大增強了維護人員的學習興趣，提高實驗效率和增強維護動手能力。但模擬仿真軟件畢竟具有局限性，并不能完全代替實際PLC的訓練，特別是對于要求實時性強、變化周期短、程序運算和讀寫頻繁、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維修手段，對現實中設備的學習及故障排查方面具有指導意義。