蔡杰　李金環(huán)　代忠濱　李明凱

摘 要：文章介紹了一種基于PLC及觸摸屏的GIS二次控制系統(tǒng)，分別從硬件組成和軟件實現(xiàn)兩個方面詳細(xì)闡述了系統(tǒng)實現(xiàn)方法，在此基礎(chǔ)上分析了系統(tǒng)功能性、可靠性、可擴(kuò)展性等特點。該系統(tǒng)能有效地減少電氣接線，簡化電氣調(diào)試及運行維護(hù)，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的集約化，符合GIS小型化、智能化的發(fā)展需求。

關(guān)鍵詞：GIS；PLC；觸摸屏；控制；狀態(tài)監(jiān)視

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）20-0067-01

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（Gas Insulated metal—enclo-

sed Switchgear，簡稱GIS）是一種重要的大型輸變電設(shè)備，它把各組成元件按接線要求，依次連接組成一個整體，并封裝在充有一定壓力絕緣介質(zhì)（SF6氣體）的金屬筒體內(nèi)，用來實現(xiàn)輸、變電線路的載流、開斷及故障切除等。GIS的二次控制回路集中于二次匯控柜，實現(xiàn)GIS斷路器及刀閘的就地控制、試驗、遠(yuǎn)控/近控的切換，重要報警信號的就地顯示，同時需要實現(xiàn)電流互感器、電壓互感器二次信號，刀閘位置及其他報警及指示信號的中轉(zhuǎn)。

目前，一次本體小型化和二次監(jiān)控智能化是GIS發(fā)展的大趨勢。為適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，GIS控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從傳統(tǒng)繼電器回路到智能化控制回路的漫長過程，對二次控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、可擴(kuò)展性、集約化水平、智能化水平等方面的要求也在不斷提高。本文將介紹一種基于PLC及觸摸屏的GIS二次控制系統(tǒng)。

1 基于PLC及觸摸屏的GIS控制系統(tǒng)

針對GIS小型化、智能化的要求，控制系統(tǒng)采用“施耐德Quantum系列PLC+施耐德觸摸屏”的方式進(jìn)行設(shè)計。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 系統(tǒng)的硬件組成

系統(tǒng)硬件設(shè)備包括PLC和觸摸屏兩大部分。其中，PLC元件包括能容納10個插件的背板插槽（140XBP01000）、24 V的電源模塊（140CPS21400）、Unity CPU 486處理器（140CPU31110）、開關(guān)量輸入模塊（140DDI35300）、開關(guān)量輸出模塊（140DDO3

5300）、模擬量輸入模塊（140ACI03000）、MB+通訊模塊等（140

NOM21200）。除此之外，系統(tǒng)中還配置了用于GIS狀態(tài)監(jiān)視及人機(jī)交互的10.4英寸彩色觸摸屏（XBTGT5330）。該控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)如下。

1.1.1 電 源

通過開關(guān)電源將輸入的工頻AC220V轉(zhuǎn)換為DC24V，供給PLC的電源模塊，然后由PLC背板將電供給背板插槽上的其他模塊，供電方式簡單易行。

1.1.2 開關(guān)量輸入

GIS運行過程中斷路器及刀閘的位置狀態(tài)、各種報警及指示信號等開關(guān)量信號需要通過PLC開關(guān)量輸入模塊采集至PLC，用于PLC編程及觸摸屏狀態(tài)監(jiān)視。

1.1.3 開關(guān)量輸出

PLC通過編程實現(xiàn)斷路器、隔開開關(guān)、接地開關(guān)的分閘、合閘操作，信號復(fù)歸等功能。

1.1.4 模擬量輸入

GIS中的CT將一次線路中的電流轉(zhuǎn)換為0～5 A（或0～1 A），VT則將一次線路中的電壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的100 V（或57 V），用作測量、計量或保護(hù)。這些電流及電壓可以通過電流變送器或電壓變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA或0～5 V信號，然后通過模擬量輸入模塊輸入PLC。在PLC內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，輸出到就地彩色觸摸屏用作實時監(jiān)測或傳送到中控室。

1.1.5 人機(jī)交互

10.4英寸彩色觸摸屏安裝在就地匯控柜內(nèi)，每間隔配置一個。利用軟件對觸摸屏進(jìn)行組態(tài)和程序編寫，實現(xiàn)PLC與觸摸屏之間的通訊。這樣，本間隔內(nèi)的開關(guān)及刀閘運行狀態(tài)、各類告警及指示等信息便可以在觸摸屏上清晰地現(xiàn)實出來。同時，可通過觸摸屏向PLC發(fā)送分閘或合閘的操作命令，通過PLC的線圈輸出實現(xiàn)相應(yīng)的操作。對于帶復(fù)歸的信號還可以通過觸摸屏實現(xiàn)信號復(fù)歸。

1.1.6 通 訊

同一間隔內(nèi)的PLC CPU模塊與觸摸屏之間采用編程電纜（施耐德，990NAA26350）通過RS232進(jìn)行通訊。不同間隔之間的PLC通過MB+網(wǎng)絡(luò)適配器、站電纜（施耐德，990NAD21110）、MB+TAP接頭（施耐德990NAD23000）、干電纜（施耐德，490N

AA27102）等相連組網(wǎng)，采用MODBUS PLUS 的通訊方式。并且，在整個網(wǎng)絡(luò)的中間加入具有雙光口的光纖中繼器（施耐德Modicon，490NRP25400），將電信號轉(zhuǎn)換為光信號傳送至中控室，保證了長距離（≤2 000 m）信號傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

1.2 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

1.2.1 GIS控制程序設(shè)計

利用Unity軟件進(jìn)行PLC軟件的編寫中，將整個程序依據(jù)不同的功能分成了若干子程序，對各個子程序的掃描順序進(jìn)行編排整合后加入主程序之中。在整個主程序中，初始化的子程序主要完成對開關(guān)量輸入輸出、中間變量、時間寄存器和計數(shù)寄存器等的復(fù)位功能。斷路器、隔離開關(guān)及接地開關(guān)的子程序主要完成分合閘控制的邏輯聯(lián)鎖和操作保持及復(fù)歸。報警信號掃描子程序則主要完成對各監(jiān)測狀態(tài)量發(fā)生跳變的報警功能。

1.2.2 觸摸屏程序設(shè)計

在利用Vijeo Designer對觸摸屏進(jìn)行組態(tài)和程序編寫時，為使人機(jī)界面直觀明了，分別設(shè)置了主控制、GIS狀態(tài)監(jiān)視、操作記錄、報警日志、版本信息、用戶管理等畫面。系統(tǒng)對不同的操作用戶設(shè)置了不同的安全級別，用戶對任何一個按鈕的操作都必須首先通過用戶密碼和用戶等級的確認(rèn)，無授權(quán)密碼或者等級不夠的用戶只能觀看系統(tǒng)主畫面，不得進(jìn)行任何操作。對于重要的報警信息，一旦產(chǎn)生便會被記錄到報警日志，這樣可方便檢修人員及早預(yù)防可能發(fā)生的設(shè)備故障。同樣，任何獲得了權(quán)限的用戶只要對主回路中的斷路器、隔離開關(guān)或接地開關(guān)進(jìn)行了變動操作，不管操作是否成功，都會被系統(tǒng)以指定的模式記錄和保存下來，方便追溯。

2 控制系統(tǒng)的特點及應(yīng)用

該GIS控制系統(tǒng)采用“PLC+觸摸屏”的結(jié)構(gòu)形式，在湖北武漢220 kV GIS龍背灣水電站項目中得到應(yīng)用，具有以下主要特點：

①通過邏輯程序的編寫，PLC可替代傳統(tǒng)控制回路中的部分中間繼電器、硬接點聯(lián)鎖等。這樣，優(yōu)化了回路硬件配置，減少了電氣接線施工的工作量，同時也減少了潛在的故障點，便于查線和調(diào)試。

②通過PLC的不同模塊組合及其PLC編程，可方便實現(xiàn)對GIS的“遙控，遙信，遙測”的擴(kuò)展。

③觸摸屏與PLC相結(jié)合，實現(xiàn)了GIS控制及運行過程的就地可視化。靈活的組態(tài)方式可以實現(xiàn)友好的、多樣化的人機(jī)界面。

④控制回路精簡，匯控柜減小適應(yīng)GIS小型化的發(fā)展要求。

3 結(jié) 語

基于PLC和觸摸屏的GIS控制系統(tǒng)具有良好的功能性、可靠性、可擴(kuò)展性。采用該控制系統(tǒng)，可有效實現(xiàn)復(fù)雜的GIS控制和多樣化的狀態(tài)就地監(jiān)視。減少了電氣接線施工量和潛在的故障點，簡化了GIS的電氣調(diào)試及運行維護(hù)，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的集約化，在工程應(yīng)用中表現(xiàn)了良好的可靠性和出色的性價比，符合GIS的小型化、智能化發(fā)展的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張碩穎.基于PLC的GIS控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電力自動化設(shè)備，2011，（6）.