一种核电厂电气设备二次控制线路交互式培训装置的制作方法

本发明涉及核电厂电气设备二次控制线路仿真培训，特别是涉及一种核电厂电气设备二次控制线路交互式培训装置。

背景技术：

1、美国、德国、英国和日本等国家早在20世纪60年代就开始在各领域采用仿真培训工具进行人工培训，随着计算机技术的日益普及，计算机仿真培训系统在工业企业得到大范围推广。20世纪90年代以后，我国也成功研制了仿真培训系统，在核电厂、火电厂、变电站、化工厂等领域获得了应用。核电仿真机主要针对核岛和常规岛等连续生产流程进行仿真模拟，对电气系统二次控制的模拟十分粗略，不合适核电厂电气维修及运行人员的技术培训。目前核电厂多采用图纸教学的手段开展电气二次控制原理教学，并采用真实的电气控制机柜进行实训。电气设备的二次控制线路隐藏在电气柜内部，学员无法深入理解二次控制线路的控制原理及动作过程，实训效果较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种核电厂电气设备二次控制线路交互式培训装置，该装置将隐藏在电气控制机柜内部的电气设备二次控制线路以接线板形式直观呈现在学员面前，学员在接线板上接线以交互式方式搭建电气设备二次控制线路，并通过搭建完成的电气设备二次控制线路实现电气设备实训，加深学员对核电厂电气设备二次控制线路原理的理解，有效提升核电厂电气设备二次控制线路培训效果。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种核电厂电气设备二次控制线路交互式培训装置，包括控制机柜，安装在控制机柜上的电气设备二次控制线路接线板，布置在电气设备二次控制线路接线板的元件、元件标识和元件接线孔，布置在控制机柜上易于观察位置的其他元件，以及上位机；在电气设备二次控制线路接板接线孔上接线完成电气设备二次控制线路搭建，通过搭建完成的电气设备二次控制线路进行电气设备实训；所述电气设备控制线路包括控制器，控制器采集电气设备二次控制线路其他元件的工作状态并通过通信连接与上位机交互；所述上位机通过通用组态软件实时显示模拟电气设备二次控制线路的运行状态。

4、进一步地，所述电气设备为核电电气系统的电气设备，包括但不限于接触器和断路器。

5、在其中一个实施例中，所述电气设备为断路器，所述断路器二次控制线路的元件包括：电源、储能电机、试验盒、手摇小车、中间继电器、压板、控制器、外部信号和指示灯；所述断路器二次控制线路接线板上的元件布局参考断路器二次控制线路，便于学员直观理解；所述储能电机和指示灯布置在断路器二次控制线路接线板上，所述电源、试验盒、手摇小车、中间继电器、压板、控制器和外部信号安装在控制机柜上易于观察位置；在断路器二次控制线路接线板上设置元件标识、元件接线孔、电位指示灯和元件接线孔与元件连接的接口；每个元件接线孔旁边设置电位指示灯；当元件接线孔位置电位为对应的电位指示灯亮，直观地观察断路器二次控制线路中各元件的通断电状态；通过元件接线孔与元件连接的接口将不在断路器二次控制线路接线板上的元件与元件接线孔连接起来；学员在断路器二次控制线路接线板的元件接线孔上接线实现断路器二次控制线路的搭建，在搭建完成的断路器二次控制线路上进行断路器实训，这种交互方式便于学员对断路器二次控制线路的理解。

6、在断路器二次控制线路接线板的元件接线孔上接线实质上是按照控制要求将断路器二次控制线路的元件各端子连接起来的过程，接线完成后断路器二次控制线路可完成预设控制要求。

7、在核电厂电气系统中，电气设备的二次控制线路一般隐藏在电气柜内部，电气技术人员一般只能通过端子排对电气设备二次控制线路进行分析。本发明的交互式电气设备二次控制线路接线板为学员解开了电气设备二次控制线路神秘的面纱，学员可以从电气设备二次控制线路的原理学习自燃过渡到实训；通过在电气设备二次控制线路接线板元件接线孔上接线独立完成电气设备二次控制线路搭建，大大加深学员对电气设备二次控制线路的理解，提升电气设备二次控制线路培训的成就感和体验感；利用搭建完成的电气设备二次控制线路进行电气设备二次控制线路的实操培训。

8、进一步地，所述控制机柜按照功能分为上层、中间层和下层，便于学员学习和培训；所述上层为直流控制仓室，在直流控制仓室的柜门上设置指示灯、复位按钮、电流表、电压表、压板和试验盒，在直流控制仓室内部布置中间继电器组和控制器；在断路器二次控制线路中使用了较多继电器，在进行信号采集时也用继电器作为中间转换，将继电器都布置在直流控制仓室，便于设计、施工和维护；控制器也布置在直流控制仓室，实现信号的采集、与上位机的通信并完成断路器二次控制线路的部分控制功能；所述中间层为断路器二次控制线路模拟仓室，安装断路器二次控制线路接线板；所述断路器二次控制线路接线板通过元件接线孔与元件连接的接口实现元件接线孔与外围元件的连接；所述下层为电源和开关仓室，所述电源和开关仓室布置几路电源空开，包括第一电源空开、第二电源空开、第三电源空开、第四电源空开和第五电源空开；为了给断路器二次控制线路的运行提供驱动信号，所述电源和开关仓室还设置了外部信号模拟按钮，包括第一外部信号模拟按钮、第二外部信号模拟按钮、第三外部信号模拟按钮、第四外部信号模拟按钮和第五外部信号模拟按钮；为了更好展示断路器的执行过程，所述电源和开关仓室还设置了手摇小车的动作模拟功能和手摇小车位置指示。

9、进一步地，所述控制器用于断路器二次控制线路的信号采集，以及实现合闸线圈防跳控制和储能控制；所述控制器为西门子s7-200 smart plc，所述控制器的型号为cpusr60 ac/dc/继电器，36点输入/24点输出，并扩展了两个em dr32开关量模块和一块emaq02模块；所述em dr32开关量模块提供16点数字量输入和16点继电器输出；所述em aq02模块提供两点模拟量输出，用于驱动电流表和电压表指针；所述控制器通过以太网与上位机连接，实现数据的双向通信。

10、进一步地，所述断路器二次控制线路的电源采用24vdc替代110vdc；所述试验盒的合闸和开闸均采用双触点按钮，航空插座用于模拟试验盒的插入和取下；所述试验盒合闸按钮的一对触点通过航空插座连接到断路器二次控制线路接线板；所述试验盒分闸按钮的一对触点通过航空插座连接到断路器二次控制线路接线板上；所述试验盒合闸按钮盒分闸按钮的另一对触点分别接入控制器，用于状态采集。

11、进一步地，所述断路器二次控制线路中使用了多个中间继电器，包括第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器和第五继电器；所述中间继电器分别接入断路器二次控制线路接线板构建断路器二次控制线路和接入控制器进行状态采集。

12、进一步地，所述断路器二次控制线路中使用了3个压板，包括第一压板、第二压板和第三压板；所述压板通过中间继电器来扩展触点，所述压板与中间继电器串联，当压板通时与压板串联的中间继电器线圈得电，与压板串联的中间继电器的与控制器连接的常开触点对闭合，压板的状态将接入控制器。

13、进一步地，所述断路器二次控制线路中使用3个指示灯，包括第一指示灯、第二指示灯和第三指示灯；所述指示灯通过中间继电器来扩展触点；所述指示灯与中间继电器串联，当指示灯通时与指示灯串联的中间继电器线圈得电，与指示灯串联的中间继电器的与控制器连接的常开触点对闭合，指示灯的状态将接入控制器；所述断路器二次控制线路中通过手动滑轨模拟手摇小车的推入和退出动作。

14、进一步地，在进行断路器实训时，虽然可以通过指示灯判断元件的通断，但断路器二次控制线路接线板上接线多，不利于呈现断路器二次控制线路的整体运行状态；故在上位机上设计上位机监控画面用于断路器二次控制线路的状态监控；所述上位机监控画面采用西门子simatic wincc软件设计完成；所述上位机与控制器之间采用以太网连接，使用西门子的通信协议；所述上位机监控画面将断路器二次控制线路重要的控制、监视和保护功能集成为一张总图；通过控制器采集断路器二次控制线路各元件的运行状态，再通过通信将断路器二次控制线路各元件的实时状态传输到上位机，在上位机监控画面中进行同步显示。

15、进一步地，在断路器二次控制线路接线板元件接线孔上接线完成断路器二次控制线路的搭建；检查断路器二次控制线路搭建正确后，对断路器二次控制线路上电即可进行断路器实操培训；通过在断路器实操培训过程中通过断路器二次控制线路接线板上的指示灯状态和上位机监控画面获得断路器二次控制线路的工作状态和动作过程；

16、所述实操培训包括断路器的正常控制，所述断路器的正常控制包括远方合闸控制、远方分闸控制、试验盒插入就地合闸控制、试验盒插入就地分闸控制和电机储能控制；

17、远方合闸控制：逆时针摇动手摇小车手轮到死点，模拟手摇小车拉出状态；顺时针摇动小车手轮到试验位或工作位；手摇小车位置通过手摇小车试验位指示灯和工作位指示灯指示；拔出试验盒航空插头，按动电源和开关仓室的第一外部信号模拟按钮，模拟远方合闸信号；检查合闸指示灯点亮起，表明远方合闸成功；

18、远方分闸控制：确认断路器处于合闸状态，确认拔出试验盒航空插头，按动电源和开关仓室的第二外部信号模拟按钮，模拟远方分闸信号；检查合闸指示灯点灭，分闸指示灯点亮，表明远方分闸成功；

19、试验盒插入就地合闸控制：逆时针摇动手摇小车手轮到死点，模拟手摇小车拉出状态；顺时针摇动小车手轮到试验位或工作位；手摇小车位置通过手摇小车试验位指示灯和工作位指示灯指示；插入试验盒航空插头，按动试验盒上的合闸按钮；检查合闸指示灯点亮起，表明就地合闸成功；

20、试验盒插入就地分闸控制：确认断路器处于合闸状态；确认插入试验盒航空插头，按动试验盒上的分闸按钮；检查合闸指示灯点灭，分闸指示灯点亮，表明就地分闸成功。

21、电机储能控制：进行远方合闸或就地合闸操作；合闸完成，储能指示灯闪烁表示储能进行中，约10s后储能指示灯常亮表示储能完成。

22、进一步地，所述实操培训还包括断路器的保护跳闸控制，所述保护跳闸控制包括：

23、首先确认断路器处于合闸状态，再按动第三外部模拟信号按钮，检查分闸指示灯亮，表明第三外部模拟信号出现导致断路器成功断开；

24、首先确认断路器处于合闸状态，再按动第四外部模拟信号按钮，检查分闸指示灯亮，表明第四外部模拟信号出现导致断路器成功断开；

25、首先确认断路器处于合闸状态，再按动第一外部模拟信号按钮按钮，检查分闸指示灯亮，表明第一外部模拟信号出现导致断路器成功断开。

26、进一步地，所述实操培训还包括断路器的故障模拟，所述断路器的故障模拟包括直流母线断线、第二电源空开断开、第四电源空开断开、第一压板断开、第二压板断开、第三压板断开和第一电源空开断开操作；

27、其中，直流母线断线操作包括断开控制机柜内直流母线空开，断路器所有控制和指示功能失去；接通控制机柜内直流母线空开，断路器所有控制和指示功能恢复；

28、第二电源空开断开操作包括断开控制机柜内第二电源空开，断路器控制功能无效，断路器指示回路有效；接通控制机柜内第二电源空开，断路器控制功能恢复；

29、第四电源空开断开操作包括断开控制机柜内第四电源空开，断路器指示回路全部熄灭，但相关控制功能均有效；接通控制机柜内第四电源空开，断路器指示功能恢复；

30、第一压板断开操作包括断开第一压板，试验盒插入后远方分闸指令无效，试验盒拔出后远方分闸指令有效；接通第一压板，试验盒插入后远方分闸信号有效；

31、第二压板断开操作包括断开第二压板，闭锁相关主控报警信号；接通第二压板，相关主控报警信号有效；

32、第三压板断开操作包括断开第三压板，闭锁母线低电压跳闸信号；接通第三压板，母线低电压跳闸信号有效；

33、第一电源空开断开操作包括断开控制机柜内第一电源空开，储能电机无法工作，储能指示灯灭；接通控制机柜内第一电源空开，储能电机能工作，储能时指示灯闪烁，储能完成后指示灯常亮。

34、本发明的有益技术效果：

35、本发明的核电厂电气设备二次控制线路交互式培训装置，将隐藏在电气控制机柜内部的电气设备二次控制线路以电气设备二次控制线路接线板的形式直观地呈现给学员，学员在电气设备二次控制线路接线板上接线完成电气设备二次控制线路搭建，在搭建完成的电气设备二次控制线路上进行电气设备实训，实现电气设备二次控制线路的交互式培训，通过上位机监控画面可视化呈现电气设备二次控制线路，加深学员对电气设备二次控制线路理解，提升电气设备二次控制线路培训效果。