基于PLC的自动化测试系统设计

基于PLC的自动化测试系统设计
在目前的变电站自动化测试过程中对测控装置主要进行的是单体的测试，很少有变电站的自动化进行系统级别的测试。

针对这种现状，提出了基于PLC 的自动化测试系统，通过仿真系统的测试，对变电站的测控装置进行系统级别的测试，对变电站自动化测试系统的结构进行了说明，然后指出了该系统在变电站自动化测试过程中的重要地位，并指出了基于PLC自动化测试系统提供用户界面的开发，使得这个测试系统具有了一定的靈活性和扩展性。

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随着电力系统不断的发展和进步，对变电站自动化控制系统的功能和性能也提出了更高的要求，而目前变电站自动化系统测试过程中还停留在简单的装置单体测试水平上，几乎没有电力系统检测机构在实验室大背景下对大量测控装置组成的变电站自动化系统进行系统级别的功能测试，这种情况的存在就大大限制了变电站系统发展的需求，因此，在实验基础上，构建一个和变电站自动化系统发展向适应的测试仿真系统对于变电站自动化测试的应用和发展以及稳定电网运行有着十分重大的作用和意义。

一、变电站自动化测试系统的构建分析
1.测试系统的结构分析
整个测试系统主要是由测试仿真环境，自动化系统间隔层设备、自动化系统站控制层设备、模拟调度主站、继电保护测试仪器等设备组成的。

在整个系统中，测试仿真系统主要包括了测试仿真环境、模拟调度主站、继电保护测试装置。

而在被测试的自动化系统中主要包括了间隔层的相关设备和站控层的设备等。

在系统运行过程中，测试仿真环境能够真实的模仿现在我国电力企业经典的220kv 规模的变电站，其中共有3台主变压器，6条220kv的输电线路，10条110kv的输电线路。

测试仿真环境主要是利用PLC系统来进行设计。

其主要功能包括了对一次信号、位置信号和状态信号进行模拟，对保护装置的动作、警告信号进行模拟，同时还能够实现整个系统的防误逻辑闭锁，实现电网故障状态的序列等功能。

系统中继电保护测试仪器的主要作用是提供测试过程中所需要的正常的电流和电压模拟量的大小。

而系统中模拟调度站主要是通过基于ET-2000规格的分析仪进行构建的，其主要是通过模拟104通道和101通道和自动化系统的通信以及数据的更换和信息处理进行通信。

在系统中，自动化系统间隔层设备和站控层设备都是属于被测试的设备，间隔层设备主要按照A-7的规格进行设置，从而对相关测控装置进行测试。

而站控层设备主要包括了操作员站和通信以及数据处理装置。

测试仿真环境和自动化系统间隔设备主要通过电缆进行通信，间隔层设备和站控层设备主要通过以太网进行信息的交流，站控层设备通过信息和数据处理装置与模拟调度站进行联系。

2.测试系统的功能性说明
变电站自动化测试系统主要包括了系统的构成测试、遥测量误差测试、整个系统运行的功能测试以及防误操作功能测试和系统运行性能的测试。

其中对系统的构成进行测试主要是对自动化系统结构和网络结构进行必要的检查，这个过程中还是比较简单的。

而仿真系统进行测试主要是通过对遥测量的误差、系统的运行功能、防误操作功能和系统的性能进行测试。

其中在对系统进行测试过程中主要包括了系统正常运行过程中系统测试、电网出现故障之后的系统性能测试，发生雪崩故障之后的系统性能测试。

由于本次设计采用PLC模块具备可编程性能，因此，可以根据不同的需求采用不同的编程来实现不同电网的故障。

例如，在设计过程中可以模拟母线出现故障同时还可以模拟雪崩故障。

具体设计可以根据具体的需求进行编程。

二、测试系统环境的硬件需求分析
在设计过程中通过采用PLC系统，整个仿真系统能够真实再现变电站运行过程中各种实际运行环境。

基于PLC系统的变电站仿真测试环境主要是由三个部分构成的，一个是PLC开关输入和输出模块，一个是PLC控制单元，还有一个就是PLC后台，其中PLC开关输入和输出模块和PLC控制单元之间主要是通过Profibus总线进行连接和控制的，而PLC控制单元和PLC后台主要是通过以太网进行联系的。

而PLC开关输入和输出模块和测控设备之间主要是通过光耦进行连接的。

在整个仿真环境的硬件设备中，PLC开关输入和输出模块主要分为了三个不同的类型，一个模拟变电站一次设备的遥控遥信量，比如开关和刀闸的信号控制、位置信号和本体信号控制。

第二种是变电站二次设备的遥控遥信量，例如系统中的保护动作信号和报警信号灯，第三种就是公共开出和开出量的模拟，其主要用于触发定位系统时间测试仪对时和触发保护测试仪的状态序列。

而PLC控制单元主要是通过接口模块和CPU模块组成。

在系统云心过程中，通信接口主要负责与PLC后台进行数据的交换和交流，是CPU模块主要对是PLC 主程序进行运行，其主要负责对遥控量的数据处理、遥信量的产生、全站闭锁逻辑的实现和电网故障的处理等。

三、测试环境的软件实现
变电站仿真环境软件主要是由两个部分构成的，其分别是PLC控制单元程序模式和PLC后台程序。

1. PLC控制单元程序的说明
PLC控制单元程序又被称为系统的主要程序，其主要采用了面向过程编程的方式，在界面设计过程中没有人机对话的界面，使用了PLC的STL程序语言。

PLC仿真系统只有开关量的输入和输出，而没有模拟量的输入和输出。

每一个开关量的输入和输出模块都有8个分别对应的输入输出端口，每一个输入输出端口中，都有与之相对应的输入输出的全局量，例如在系统中Q0.0就表示第0个输出模块的第0个端口，而I0.0主要表示第0个输入模块的第0个端口，开关量的输入和输出端口和开关量输入和输出全局变量之间主要是通过映像缓冲区进行
关联的。

当PLC中的CPU通电之后，就会自动进入到初始化状态，对PLC的开关量输入和输出模块进行初始化设置，同时将案例选择全局变量赋值为系统正常运行案例，从而保证上电启动之后，第一次程序循环进入到正常的系统运行程序之后。

然后系统读取开关量输入区的映像区，将其状态赋值给输入全局变量。

输入映像区和输入端口实时进行关联，当输入端口为高电平，则映像区的临时变量被定义为1，当输入端口为低电平之后，则映像区临时变量被定义为0。

主程序的案例主要分为两个类型，一个是循环案例，一个是中断案例，循环案例主要讲的是对案例进行循环的执行，而中断案例主要是依靠定时器进入到中断执行程序中，一旦定时器开启之后，在每一个定时器中断的间隔时间内都会将程序中断，直到关闭定时器为止。

系统的主程序在每次完成循环过程中都会用案例选择这个全局变量进行判断，当案例选择为雪崩故障测试案例之后，系统就会自动开启定时器中断，中断的时间一般都会设置成100毫秒，因为雪崩故障测试要求的時间为500毫秒。

同时，将雪崩测试计数器清0。

然后在系统运行过程中每隔100毫秒定时器就会中断一次，计数器上就会增加一个数值，然后在中断程序过程中，对计数器的数值进行判断，当数值为5的整数倍时，则对应遥信量的状态进行改变，当变化的次数符合相关要求的规定时，则在中断程序过程中将定时器关闭，然后就结束了这次雪崩的故障测试工作。

在这里需要指明的是案例的选择宗旨主要是在人机界面中进行选择的，也就是在后台程序中进行选择，然后对案例选择的变量赋予相应数值。

2. PLC后台程序分析
PLC后台程序主要是基于Wincc编程而实现的，其与VB窗体编程十分的相似，PLC后台程序主要包括了首先，实现一次主线接图的界面，并在这个界面上对第一次设备进行强制的分离和合成，同时还要做到电气解锁。

强制分和主要是指对一次设备的位置和信号进行相应的变位。

而电气解锁主要是对接受的遥感命令不进行相应的闭锁和逻辑判断；其次，案例的选择。

目前，可以选择的案例主要有系统正常运行的案例、雪崩故障测试案例、220kv母线故障测试案例以及高压线路一侧开关失灵的检测案例。

案例的选择主要是在PLC控制单元的程序中的实现的，这一点在上述文章中已经论述的很详细了。

在这里还需要进一步明确的是一定要明确PLC后台程序闭合和PLC控制单元程序是怎样进行数据交互的。

在PLC后台程序工具中的WinccEcplorer中，可以建设一个PLC是控制单元程序中的全局变量的映射区域。

通过读取映射即可知道全局变量的值，对映射赋值即可对全局变量进行赋值。

正是通过这种方法，后台程序才得以提供人机界面让测试人员选择需要执行的测试案例。

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作者简介：王永东（1963-），男，汉族，辽宁省辽阳市人，大学，辽宁建筑职业学院副教授，研究方向：自动控制。