PLC及触摸屏在GIS二次控制中的应用

蔡杰　李金环　代忠滨　李明凯

摘 要：文章介绍了一种基于PLC及触摸屏的GIS二次控制系统，分别从硬件组成和软件实现两个方面详细阐述了系统实现方法，在此基础上分析了系统功能性、可靠性、可扩展性等特点。该系统能有效地减少电气接线，简化电气调试及运行维护，实现控制系统的集约化，符合GIS小型化、智能化的发展需求。

关键词：GIS；PLC；触摸屏；控制；状态监视

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）20-0067-01

气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated metal—enclo-

sed Switchgear，简称GIS）是一种重要的大型输变电设备，它把各组成元件按接线要求，依次连接组成一个整体，并封装在充有一定压力绝缘介质（SF6气体）的金属筒体内，用来实现输、变电线路的载流、开断及故障切除等。GIS的二次控制回路集中于二次汇控柜，实现GIS断路器及刀闸的就地控制、试验、远控/近控的切换，重要报警信号的就地显示，同时需要实现电流互感器、电压互感器二次信号，刀闸位置及其他报警及指示信号的中转。

目前，一次本体小型化和二次监控智能化是GIS发展的大趋势。为适应这种发展趋势，GIS控制系统经历了从传统继电器回路到智能化控制回路的漫长过程，对二次控制系统的安全性、可靠性、可扩展性、集约化水平、智能化水平等方面的要求也在不断提高。本文将介绍一种基于PLC及触摸屏的GIS二次控制系统。

1 基于PLC及触摸屏的GIS控制系统

针对GIS小型化、智能化的要求，控制系统采用“施耐德Quantum系列PLC+施耐德触摸屏”的方式进行设计。系统结构如图1所示。

1.1 系统的硬件组成

系统硬件设备包括PLC和触摸屏两大部分。其中，PLC元件包括能容纳10个插件的背板插槽（140XBP01000）、24 V的电源模块（140CPS21400）、Unity CPU 486处理器（140CPU31110）、开关量输入模块（140DDI35300）、开关量输出模块（140DDO3

5300）、模拟量输入模块（140ACI03000）、MB+通讯模块等（140

NOM21200）。除此之外，系统中还配置了用于GIS状态监视及人机交互的10.4英寸彩色触摸屏（XBTGT5330）。该控制系统的硬件实现如下。

1.1.1 电 源

通过开关电源将输入的工频AC220V转换为DC24V，供给PLC的电源模块，然后由PLC背板将电供给背板插槽上的其他模块，供电方式简单易行。

1.1.2 开关量输入

GIS运行过程中断路器及刀闸的位置状态、各种报警及指示信号等开关量信号需要通过PLC开关量输入模块采集至PLC，用于PLC编程及触摸屏状态监视。

1.1.3 开关量输出

PLC通过编程实现断路器、隔开开关、接地开关的分闸、合闸操作，信号复归等功能。

1.1.4 模拟量输入

GIS中的CT将一次线路中的电流转换为0～5 A（或0～1 A），VT则将一次线路中的电压转换为标准的100 V（或57 V），用作测量、计量或保护。这些电流及电压可以通过电流变送器或电压变送器转换为标准的4～20 mA或0～5 V信号，然后通过模拟量输入模块输入PLC。在PLC内部进行转换后，输出到就地彩色触摸屏用作实时监测或传送到中控室。

1.1.5 人机交互

10.4英寸彩色触摸屏安装在就地汇控柜内，每间隔配置一个。利用软件对触摸屏进行组态和程序编写，实现PLC与触摸屏之间的通讯。这样，本间隔内的开关及刀闸运行状态、各类告警及指示等信息便可以在触摸屏上清晰地现实出来。同时，可通过触摸屏向PLC发送分闸或合闸的操作命令，通过PLC的线圈输出实现相应的操作。对于带复归的信号还可以通过触摸屏实现信号复归。

1.1.6 通 讯

同一间隔内的PLC CPU模块与触摸屏之间采用编程电缆（施耐德，990NAA26350）通过RS232进行通讯。不同间隔之间的PLC通过MB+网络适配器、站电缆（施耐德，990NAD21110）、MB+TAP接头（施耐德990NAD23000）、干电缆（施耐德，490N

AA27102）等相连组网，采用MODBUS PLUS 的通讯方式。并且，在整个网络的中间加入具有双光口的光纤中继器（施耐德Modicon，490NRP25400），将电信号转换为光信号传送至中控室，保证了长距离（≤2 000 m）信号传输的可靠性。

1.2 系统的软件结构

1.2.1 GIS控制程序设计

利用Unity软件进行PLC软件的编写中，将整个程序依据不同的功能分成了若干子程序，对各个子程序的扫描顺序进行编排整合后加入主程序之中。在整个主程序中，初始化的子程序主要完成对开关量输入输出、中间变量、时间寄存器和计数寄存器等的复位功能。断路器、隔离开关及接地开关的子程序主要完成分合闸控制的逻辑联锁和操作保持及复归。报警信号扫描子程序则主要完成对各监测状态量发生跳变的报警功能。

1.2.2 触摸屏程序设计

在利用Vijeo Designer对触摸屏进行组态和程序编写时，为使人机界面直观明了，分别设置了主控制、GIS状态监视、操作记录、报警日志、版本信息、用户管理等画面。系统对不同的操作用户设置了不同的安全级别，用户对任何一个按钮的操作都必须首先通过用户密码和用户等级的确认，无授权密码或者等级不够的用户只能观看系统主画面，不得进行任何操作。对于重要的报警信息，一旦产生便会被记录到报警日志，这样可方便检修人员及早预防可能发生的设备故障。同样，任何获得了权限的用户只要对主回路中的断路器、隔离开关或接地开关进行了变动操作，不管操作是否成功，都会被系统以指定的模式记录和保存下来，方便追溯。

2 控制系统的特点及应用

该GIS控制系统采用“PLC+触摸屏”的结构形式，在湖北武汉220 kV GIS龙背湾水电站项目中得到应用，具有以下主要特点：

①通过逻辑程序的编写，PLC可替代传统控制回路中的部分中间继电器、硬接点联锁等。这样，优化了回路硬件配置，减少了电气接线施工的工作量，同时也减少了潜在的故障点，便于查线和调试。

②通过PLC的不同模块组合及其PLC编程，可方便实现对GIS的“遥控，遥信，遥测”的扩展。

③触摸屏与PLC相结合，实现了GIS控制及运行过程的就地可视化。灵活的组态方式可以实现友好的、多样化的人机界面。

④控制回路精简，汇控柜减小适应GIS小型化的发展要求。

3 结 语

基于PLC和触摸屏的GIS控制系统具有良好的功能性、可靠性、可扩展性。采用该控制系统，可有效实现复杂的GIS控制和多样化的状态就地监视。减少了电气接线施工量和潜在的故障点，简化了GIS的电气调试及运行维护，实现了控制系统的集约化，在工程应用中表现了良好的可靠性和出色的性价比，符合GIS的小型化、智能化发展的需求。

参考文献：

[1] 张硕颖.基于PLC的GIS控制系统设计[J].电力自动化设备，2011，（6）.