牵引变电所微机防误操作闭锁系统的研究

1、1电力系统用传统微机防误闭锁模式电力系统用微机闭锁装置一般由工控主机、微机模拟屏、电脑钥匙、开关闭锁控制器、电编码锁和机械编码锁等组成。其中工控主机为微机闭锁装置的核心,在主机内,预先储存了站内所有设备在各种运行方式下的操作程序,同时,微机模拟屏上的所有模拟元件都一对一与主机相连,通过直接在线或间接记忆的方式使模拟屏上的所有模拟元件与现场的断路器、隔离开关或接地开关的状态保持一致。电脑钥匙用于在操作过程中接收工控主机发出的操作程序,使运行人员能方便地拿着它到现场对电编码锁或机械编码锁进行解锁操作。开关闭锁控制器主要用于在控制室进行控制的断路器或隔离开关的闭锁。电编码锁和机械编码锁则分别适用于就

2、地电动操作和手动操作的隔离开关的闭锁。运行人员需要进行操作时,首先在微机模拟屏上进行预演操作,工控主机根据预选储存的程序对每一项操作进行判断,如果操作正确,就发出正确的声音提示;如果操作错误,系统则自动报警,直到所有操作均正确为止。预演操作结束后,工控主机通过通讯接口将正确的操作程序输入到电脑钥匙,运行人员就可以拿着电脑钥匙到现场进行操作,将电脑钥匙插人相应设备的编码锁中。电脑钥匙自动检验设备的操作是否正确,若正确就发出正确的声音提示,同时开放其闭锁机构,运行人员就可进行相应设备的操作。一旦操作结束,电脑钥匙将自动显示下一项操作内容,如果走错间隔,电脑钥匙会检测出编码锁的编号与要求操作的编号不

3、符,则不能开锁同时报警,防止运行人员误操作来达到强制闭锁的目的。2牵引变电所微机防误操作闭锁系统设计2.1硬件设计传统的微机防误操作闭锁系统有易走空程、不能实时在线监测、不易控制、不易扩展等缺点,且需要钥匙操作,不太适合牵引变电运行的特点,为此,我们设计了以下系统,如图1所示。该系统是利用可编程控制器 PLC 与上位机建立通信联系,可编程控制器PLC 进行采样和控制,上位机进行逻辑判断和对PLC 进行监控和指令控制,并能与综合自动化系统进行通信联系。PLC 将站内所有设备状态,如断路器位置、隔离开关位置、接地刀闸位置和其他一些电气量等经PLC 输入端口采样存储;上位机接受操作任务后,根据PLC

4、 实时采集的数据和五防规则进行逻辑判断并生成操作项,然后将操作指令依次传达给相应的PLC 单元;接到操作指令后,指定的PLC 通过输出模块接点输出或启动外部辅助接点输出,来控制断路器、隔离开关等设备的操作回路的闭锁,从而实现牵引变电站的闭锁。对于各种电气设备的电动操作机构,在其电动操作回路中串接操作闭锁接点,采用PLC 控制器,将PLC 的输出接点串入断路器和隔离开关的控制回路中,满足防误闭锁要求,如图2所示。在图2中,在断路器的操作回路正电源上加装闭锁接点DB 。只有在操作条件满足时,上位机发出操作命令,控制指定的PLC 输出接点闭合,使接点接通,达到闭锁断路器操作回路的日的;在紧急和事故情

5、况下,为了缩短操作时间,可以使用解锁钥匙JB 直接接通回路进行操作。对于户外隔离开关,在电动机构电源控制回路上加装闭锁控制DB 和就地紧急解锁JB ,这样在不改变控制回路逻辑的基础上,实现闭锁功能。上位机接受现场牵引变电所微机防误操作闭锁系统的研究Research on Micro-computer Preventing Misoperation of Railway Substation周国强申向智王富荣(西南交通大学电气工程学院,四川成都610031摘要分析了传统微机防误闭锁的缺陷,设计了一套基于可编程控制器PLC 的适合牵引变电所的微机防误闭锁系统,系统采用多台西门子S7-200进行电气

6、量信号采集和操作闭锁执行功能,实现对现场电气设备的自动控制。上位机作为系统的控制和综合判断中心,起着“大脑”的作用,它利用RS-485通信线与PLC 进行通信,并能与综合自动化系统进行信息共享和交换,实现现场设备的实时监控。关键词:牵引变电所,微机防误,电磁锁,PLCAbstractThis paper analyzes defect of traditional micro -computer preventing misoperation system,designed a new system based on PLC,for the preventing misoperation of

7、 rail substation.The system adopt parts S7-200to collect electric signal and perform an operation,to realize automatic control.The computer is control and synthetical center,serve as the brains,it communication with PLC by RS-485.The system can be communication with comprehensive antomation system,r

8、ealized real time moniter.Keywords:railway substation,micro-computer preventing misoperation,electromagnetic lock,PLC图1PLC 防误操作闭锁系统原理框图牵引变电所微机防误操作闭锁系统的研究58工业控制计算机2008年21卷第3期刀闸辅助接点的位置信号,实现闭锁装置实时在线监控。2.2软件设计该系统在采集现场电流量、电压量和开关量信号的基础上,实现现场电气设备操作过程的实时监控。系统程序引入了操作票专家系统,自动生成正确的操作票作为变电站现场操作的依据。图3为PLC防误操作闭锁系

9、统的程序流程图。图3PLC防误操作闭锁系统的程序流程图在图3中,当初始条件检查通过后,上位机将生成开关(刀闸的目标状态并调用推理机,以后操作中,程序对当前和操作后的状态进行判断,检查是否与五防操作规则相符,如果不符,报警并给出提示,直到符合为止,再进入下一个开关(刀闸的操作,重复此过程直至开关(刀闸状态与日标相符为止。这样,上位机依次向相应的PLC元件发出解锁指令,保证倒闸操作顺利、安全地进行。2.3操作票专家系统本操作票专家系统利用点图开票,在上位机里预先存储了变电站的一次、二次系统图以及一次、二次设备的操作规则(包括五防规则和其它规则,操作人员在系统图上通过点击新建操作任务,并设置设备的操

10、作初始状态和目标状态,系统软件根据五防规则和其它规则进行逻辑判断并逐条生成操作项。如图4所示。一次设备的判断及生成操作项示意框图如图5所示。二次设备的判断及生成操作项示意框图如图6所示。3五防功能的实现3.1防止误分、误合断路器此环节由在断路器电动操作回路中加装辅助接点来实现,如图2所示,只有在操作条件满足时,上位机发出操作命令,控制指定的PLC输出接点闭合,使接点接通,达到闭锁断路器操作回路的日的;在紧急和事故情况下,为了缩短操作时间,可以(下转第62页图2 断路器控制回路中串入闭锁接点示意图图4 操作票生成系统流程图图5一次设备的判断、生成操作项示意图图6二次设备的判断、 生成操作项示意图

11、59(上接第59页使用解锁钥匙JB 直接接通回路进行操作。这样,只有当操作条件满足防误规则时,才能对断路器进行操作,从而很好地避免了断路器的误操作。3.2防止带负荷拉、合隔离开关对于电动隔离开关,原理与断路器类似,可以在其电动操作回路中加装辅助接点来实现,此不再重述。对于手动隔离开关,可以在开关柜门上加装电磁锁以达到闭锁的目的。电磁锁的基本工作原理是这样的:在锁内有一螺管线圈,管中有一可吸动的磁性销子。在线圈的外部供电回路中,加入闭锁条件。当操作条件具备时,线圈带电,将磁性销子吸进,使操作机构可以操作。目前隔离开关制造厂可以成套提供电磁锁。3.3防止带电挂接地线(或合接地刀闸对于接地刀闸,可以

12、用电磁锁达到闭锁的目的,只有在操作条件满足时,上位机发出操作命令,控制指定的PLC 输出接点闭合,使接点接通,打开电磁锁,才能合接地刀闸,这样就从根本上避免了误合接地刀闸的可能。3.4防止带接地线(或未拉开接地刀闸合隔离开关此环节也是用电磁锁达到闭锁的目的,与以上相似,只有在操作条件满足时,上位机发出操作命令,控制指定的PLC 输出接点闭合,使接点接通,打开电磁锁,才能合隔离开关,条件不满足或不符合五防规则时,隔离开关不能动作,这样从根本上避免了隔离开关的误动作。3.5防止误入带电间隔对于间隔网门,可以在网门上加装电磁锁,只有在操作条件满足时,上位机发出操作命令,控制指定的PLC 输出接点闭合

13、,使接点接通,打开对应网门的电磁锁,才能开启该网门,其它时候则不能进入此间隔,这样避免了误入间隔的可能。4结束语该系统是利用可编程控制器PLC ,将计算机和PLC 完美结合,不仅具备完善和灵活的操作票专家系统,而且可以和综合自动化系统进行通信,实时获得第一时间的数据和现场开关量信息,很好地实现了牵引变电所防误闭锁的要求。系统利用PLC 具有可靠性高、可编程维护、通用性好等优点,克服了传统的微机防误操作闭锁系统有易走空程、不能实时在线监测、不易控制、不易扩展等缺点,提高了闭锁系统的可靠性,更适合牵引变电所的防误闭锁要求。参考文献1布天文.110KV 综合自动化变电所中微机五防系统J .四川电力技

14、术,2004(52严浩军.变电所防误闭锁问题的研究J .浙江电力,2005(53李道霖.电气控制与PLC 原理及应用M .北京:电子工业出版社,20044孙京华.有关变电站的传统电气闭锁防误与现代微机闭锁防误问题的探讨J .工程建设与设计,2005(1糊控制器可以在很短的时间内产生较小的控制力使小车回到导轨的中央,同时维持摆杆不倒。整个控制过程响应迅速,超调量小。即使在较难控制的情况中,虽然上、下摆角的调节幅度以及施加在小车上的控制力均大于情况,但系统仍能在短时间内回到平衡位置,且各量均在合理的范围内。通过与基于LQR 状态反馈控制方法和基于T-S 模型采用局部状态变量作为输入的模糊控制方法比

15、较,本文提出的基于T-S 模型的逐级模糊控制法在几种初始状态下均可在更大范围内实现倒立摆的稳定控制。表2显示三种控制方法在不同初始状态实现稳定控制时2的角度范围对比结果。表2三种控制方法在不同初始状态的2初始值范围的比较由于本设计方法先对系统稳态影响最重要的因素(二级摆杆进行粗调,在保证其进入稳定域控制的基础上,再依次分级调整其他因素(一级摆杆,小车,进而实现最重要因素的逐级细调,从而提高整个系统的控制精度,达到稳定要求。因此,虽然规则数量有所减少,但所选取的有效模糊规则已足以实现其稳定控制。这种逐级控制思想符合人们处理问题的思维方式,简化了模糊控制器的设计,因此可以将其应用到三级倒立摆系统的

16、稳定控制中。4结束语针对现有模糊控制中存在的规则爆炸问题,本文提出了基于T-S 模型的二级倒立摆逐级模糊控制方法。此种方法结合线性系统理论和模糊控制技术,通过分析各变量之间的关系及这些变量对系统稳定性的影响,采用逐级模糊控制思想,选取有效模糊规则,简化多输入情况下的模糊控制器设计,成功解决了多变量系统的控制问题。通过仿真验证使用该种方法可以实现二级倒立摆的稳定控制。本文提出的设计方法对其他不稳定系统的控制也有一定的参考价值。参考文献plications to modeling and control J.IEEE Trans.on Sys-tems ,Man ,and Cybernetics ,1985,15(1:116-1322史晓霞,张振东,李俊芳,等.二级倒立摆系统数学模型的建立及意义J .河北工业大学学报,2001,30(5:48-513朱学峰,周文彬,陈华艳.二级倒立摆的TS 型逐级模糊神经网络控制J .华南理工大学学报(自然科学版,2005,33(2:43-474孟巧荣,廉自生.倒立摆控制系统的建模与仿真J .机械工程与自动化,2004(4:7-9 !稿件征集”频道。"""""""&qu