摘要：继电器控制系统的开发设计、验证和调试，一般需要实物模型进行模拟试验，这种方法效率低、成本高、不安全。以往变电站模拟操作系统都是按照真实运行系统缩小的继电器控制系统，其投资大，接线复杂，维护费用高，故障率高等缺点。PLC、触摸屏模拟调试软件可以解决以上问题，他无需实物接线就可验证、调试、修改设计项目内容。PLC、触摸屏具有结构简单、通用性好、编程方便、可靠性高等优点，已成为工业控制的标准设备，应用于工业自动控制中。它的特点是可以随心所欲地设计各种用来模拟静止的、运动的输入、输出设备；可以画出所想要的场景。所以，开发人员借助于人机界面能方便、快捷地为PLC控制系统建立一个仿真模型，以验证、调试所开发的程序。
关键词：触摸屏；PLC；变电站
第一章变电站模拟控制系统
第一节设计背景
110KV变电所在我公司属重要岗位，负责生产一区大部分重要负荷的供电任务。24小时须有人在岗确保随时应对突发事故。所以要求值班员业务技能要过硬，早期的培训大都是经过理论讲解和书面测试来完成，这种培训方式简单效果也不明显，因不能在实际运行的系统上进行模拟操作所以达不到预期的效果，对于故障处理的能力只能在实际发生故障时不断积累经验，由于变电所运行稳定致使一部分操作员至今也没有实际处理过故障的经验。对此只有感性认识，得不到实际操作锻炼。随着公司规模的加大、供电复杂程度的提高，在供电系统上模拟训练也不可取，为提高系统运行安全、可靠，员工技能过硬就利用电气自动化技术模拟仿真操作，模拟实际系统的工作状况和运行环境，以避免运用实际系统模拟可能带来的危险性及高昂的代价（误操作）。变电所培训仿真系统依据变电所电力设备实物、一次设备和二次设备接线图进行设计，如主控室、控制屏、保护屏及设备连接状况，可在仿真设备上进行相应操作，采用鼠标点击的操作方式，简单、直观、易学。这种方式使变电运行人员的培训手段大大更新，提高了培训效率，缩短了培训周期。也进一步提高了运行人员的正确判断和处理事故的能力，防止事故扩大化和缩短事故处理时间，从而确保供电安全、可靠、经济运行。
第二节主要功能
一、正常操作训练：断路器操作、隔离开关操作、电容器的投停等。
二、故障演习训练：全所停电故障；后备保护故障、主保护故障、接地保护故障等。培训者可设定操作任务或故障，系统在出现故障时，给予提示出错误。
三、系统维护功能：系统可根据110kV变电所的主接线方式和正常运行方式的差异及实际变电所的工作情况进行选择和修改，可对培训题目进行增加或修改，使其更加接近变电所的实际运行情况。
第三节PLC的仿真实现
PLC是PLC控制系统的核心，所以实现PLC仿真是实现整个系统仿真的关键。而实现PLC仿真的实质，是使某种设备能模仿PLC控制系统中除PLC以外的所有输入、输出设备，而且这些设备能根据用户程序（如梯形图程序）运行起来。为了实现以上要求，选用了触摸屏界面作为模拟设备。它有丰富的输入、输出指示器，经设计可以用来模拟现场的各种设备，并即时显示设备的运行状态；它模拟的主令控制器件可以直接在触摸屏上操作；它的运行方式与PLC相类似，采用循环扫描方式；更为重要的是，PLC和人机界面之间的寄存器数据可以直接读取，这样就很好地解决了用户程序的输入和识别问题，也就实现了对PLC的仿真。
第四节外部设备的仿真实现
外部设备可以分成两类：一类是主令器，如按钮、开关等；一类是执行件，如各种指示灯、接地刀、开关、隔离刀等。
一、主令器的仿真实现
主令器形式多样，如交替型、保持型、复位型、数值输入型按钮等。人机界面实现起来较为方便，只需用人机界面的编辑软件画出按钮，然后在按钮属性中确认是何种类型按钮即可，在仿真时，只要直接对其屏幕按压，来操作按钮。
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二、执行件的仿真实现
执行件在真实系统中也是多种多样的，为了便于仿真，把它们分成指示灯的亮与不亮，开关的合于分等。下面以指示灯为例，说明实现执行件仿真的方法。在仿真界面上，画一个指示灯，在指示灯属性中将变量的读取改写为PLC地址，直接受PLC的控制。
第五节外部设备之间逻辑关系的处理
对于PLC控制系统中的某设备来说，它的运动不仅仅取决于PLC的指令，还取决于它和其它设备之间的关系。比如说，PLC中指令驱动接地刀，必须相应的断路器和隔离刀在相应位置时PLC才能驱动接地刀，这就是所谓的外部逻辑关系。这些关系可能是由外围电气回路、机械结构所构成，有时比较复杂。但人机界面编辑软件内部具有丰富巨集指令，可以模拟各种外部逻辑关系，用户还可根据自己的要求编制若干个子程序来反映它们复杂的逻辑关系，这样能比较准确的替代外部设备之间的逻辑关系，以达到仿真效果。
第六节应用操作实例
应用本文所介绍的PLC控制系统仿真平台，采用三菱PLC和触摸屏模拟软件为变电所操作控制建立了仿真模型。使用了PLC的输入、输出点共l11个，程序总长782句。设计时首先确定设备工作流程，然后画出PLC输入输出地址表，根据变电所控制逻辑在PLC编程软件中编写梯形图并保存，在触摸屏GTDesigner2组态软件中按设备模型组态画面并保存。（在此不详细介绍），模拟运行时首先打开PLC软件中保存的梯形图并运行。然后打开GTSimuIator2触摸屏模拟软件找到保存组态工程并打开。系统自动实现通信，用鼠标点击组态画面控制元件以验证系统的正确性。系统运行画面中的各指示灯、数值显示、计数等都是依靠PLC中的软元件驱动、PLC中的软元件可由触摸开关控制，相互通信相互控制由此实现模拟运行。该系统虽不算太复杂，但各种环节都已俱全（如主令器、执行件和等），能反映出变电站的一般控制规律。另外，利用人机界面的编辑软件还可以对仿真模型进行多次离线、在线模拟，能检验该系统设计的正确性和可靠性。
倒闸操作是变电所正常运行和检修中都涉及的操作，具有重要的作用，其仿真操作过程如下：
一、运行仿真软件，操作人进入仿真系统。
二、进行功能选择，首先点击开始按钮，如选择"全所停电作项目"后，用鼠标按钮进行选择，选择"全所停电故障，查看提示注意事项。操作练习既可在模拟图上进行。操作完毕后可查看操作时间及错误操作次数，如果在操作过程中发生误操作，系统会出现报警。
第七节效果及特点
目前，此仿真系统已在中粮生化柠檬酸变电所内部作为员工辅助培训系统，并取得实效。归纳起来，变电站仿真系统具有如下的特点：
一、系统无需任何实物接线，设计周期短维护费用低，设计更改方便优于传统实物接线系统。计算机仿真程度高。仿真画面按照变电所的实际操作系统绘制，形象逼真。操作人员在模拟图上用鼠标点击元器件，即可激发元器件动作。
二、培训功能完善。可对变电所的正常和异常事故进行仿真，动画模仿电流轨迹。
三、人机界面友好，操作简单，显示直观，具有真实性、正确性和灵活性的特点。
总之，变电仿真系统能提高培训效率、缩短培训周期、降低培训成本、提高运行人员的技术业务素质，作为一种新型的培训方式，其经济效益和社会效益是显而易见的，具有广泛的应用前景。由于本人技术有限，该系统功能还需继续完善和补充，在设计中难免出现不足和错误，忠心希望各位老师不吝指正。
参考文献：
[1]三菱公司编三菱触摸屏GTDesigner2画面设计手册三菱公司出版2005
[2]三菱公司编三菱FX系列微型可编程控制器使用手册三菱公司出版2009
[3]韩兵编触摸屏技术及应用化学工业出版社2008
[4]许江将跃宗编可编程控制器基础应用教程中国水利水电出版社1996
论文作者:何兵
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/20
标签：操作论文; 变电所论文; 系统论文; 触摸屏论文; 设备论文; 人机界面论文; 控制系统论文; 《电力设备》2017年第17期论文;