西门子PLC 300组态的智能配电柜控制仿真设计

民航宁夏空管分局 安 辉

随着国内经济的发展，民航事业也不断变强。近年来民航空管系统新建航管楼及外台站数量不断增加，供电设备作为安全保障的基础，新设备、新技术也得以应用。但随着供电设备的增多，技术的更新，出现了设备维护人员维护经验不足，对新设备，新知识的学习滞后等新问题。供电系统网络中，中低压配作为连接高压及用户的重要环节，对其实现自动化控制，是电力系统发展的必然趋势。在电力系统中，中低压供配电系统网络是传输和使用的最后一个环节，其运行自动化的程度，直接关系用户供电的质量和可靠性。民航空中交通管理局负责着所辖空域的空中交通服务、航空通信、导航、监视、航空气象、航行情报等的综合职能职责。机构对设备供电配置要求为不间断供电，给电力供电系统提出了更高的要求。对多路市电输入的中低压配电网采用自动切换控制，才可能最大限度地提高供电质量，满足空管系统工作与生产的需要。本文基于某空管局新型PLC可编程智能开关柜工作原理，采用西门子PLC300和组态软件进行仿真平台的搭建，可作为今后供电培训演示平台，用于提升维护人员业务保障水平。对今后供电设备的学习及故障排查方面具有指导意义。

1 总体思路

对可编程智能开关柜仿真培训系统设计是基于某空管局航管楼配电系统投切工作原理。某空管局航管楼两路高压电源引自机场新建35KV中心变电站的不同母线段（Ⅰ段引自2号中心变553柜体、Ⅱ段引自2号中心变563柜体），电压等级为10KV，供电室距离约1000m。

航管楼配电室内设两台630kVA、10kV/0.4kV的干式变压器，高压侧熔断器主保护，低压侧框架式断路器主保护。柴油发电机组作为应急电源，常用功率为700KVA。低压配电柜侧设置正常母线段（Ⅰ、Ⅱ段）和应急母线段（Ⅲ段），其中应急母线段由柴油发电机组提供备用电源，负责特别重要一级负荷供电。低压侧运行方式为：两段市电正常时单母线分段运行，既进线开关K1、K2、K4闭合，母联开关K3断开；如果出现一路市电故障后，联络柜自动投入，另一路带全部负荷，母联自投自复，既进线开关K1或K2断开，母联开关K3、油机开关K4闭合；如果两路市电均故障时，两路进线开关和联络开关均断开，油机在15s内完成自启动，负责应急母线段负荷的供电，既开关K1、K2、K3、K4均断开，油机ATS开关切换至油机段。柴油发电机负责着工艺用电、消防系统、照明系统及机房备用空调设备等重要负荷。系统图如图1所示。

图1 航管楼供电系统图

2 采取技术措施

2.1 PLC虚拟仿真平台建设的实现方案

可编程智能开关柜仿真培训系统采用PLC的虚拟仿真构建的思想，即用PLC编程设计一种配置简化，易于培训学习的平台。既便于理论学习又能使维护人员学习到现阶段分局所使用的新型供配电系统工作逻辑。利用组态软件和PLC编程软件的机结合，可实现PLC虚拟仿真平台。系统不需要任何硬件实物，只需要在计算机上安装PLC仿真编译软及人机交互界面即可。用组态软件虚拟出其他外设硬件设备，然后通过串行通信方式由PLC编程软件驱动执行。

2.2 西门子S7－300型PLC虚拟仿真平台的组件

采用SIEMENS wincc人机界面组态软件架构的西门子S7－300型PLC虚拟仿真平台的组件，结构框图如图2所示，搭建PLC虚拟仿真平台。首先按照航管楼配线柜控制原理编写PLC程序，然后编译PLC程序，检查其正确性。其次在winc组态软件中构建航管楼配电柜人机界面，将两者进行通信连接设置，并在组态软件上实现虚拟仿真。最后通过对组态软件仿真界面中的控制对象的相应动作，来观察仿真配电柜系统的控制结果，实现理想的虚拟仿真实验系统。

图2 PLC仿真平台结构框图

2.3 硬件组态、编程

首先打开SIEMENS wincc软件，新建一个项目。在新建项目里进行硬件组态，界面如图3。对于仿真软件“S7-PLCSIM”来说，只要在硬件组态中出现了CPU选项，就可以满足仿真的要求。以新航管楼低压配电柜运行控制原理进行程序编写。界面如图4，构建虚拟仿真的硬件和软件条件：西门子S7－300 CPU、PC/PPI电缆、计算机、PLC的编程软件SIMATIC Manager和SIEMENS wincc人机界面组态软件，实现组态软件与西门子设备串行通讯。

图3 SIMATIC Manager硬件组态

图4 SIMATIC Manager编程界面

2.4 仿真界面绘制

此款仿真软件功能完全支持和WinCC的连接。在WinCC中编辑一个如图5的演示界面（见图5），演示软件真实显示实际功能，就像监控真实的低压配电系统一样监控仿真系统的运行状况。在WinCC中编辑监控界面的简要步骤如下：

图5 WinCC图形编辑

（1）设定变量。

（2）在图形编辑器中画出所需监控的界面。

（3）运行此监控界面，在监控界面中模拟低压配电柜运行状态。

3 仿真系统演示

（1）打开Step7软件，打开程序。选择需要下载的站，点击下载图标。此过程处理器会停止。

（2）部分程序下载，在线修改完成后，保存程序，点击下载图标，此过程中处理器不会停止。

（3）运行上位运行画面。

（4）测试各个功能。

（5）得到运行结果。

采用PLC控制全软件模拟可编程智能开关柜仿真，可以使设备维护部门人员脱离PLC实物进行PLC语言编写学习。能较为直观地验证程序的运行结果，对其实时调试修改。大大增强了维护人员的学习兴趣，提高实验效率和增强维护动手能力。但模拟仿真软件毕竟具有局限性，并不能完全代替实际PLC的训练，特别是对于要求实时性强、变化周期短、程序运算和读写频繁、扫描周期很长的程序，模拟仿真软件的变化速度有很大滞后。但作为一种辅助维护维修手段，对现实中设备的学习及故障排查方面具有指导意义。