关于PLC的GIS控制系统设计探析

摘要：可编程控制器（PLC）的GIS控制系统以PLC为逻辑控制核心，采用梯形图语言编写逻辑控制程序，使GIS控制由逻辑硬连接控制向逻辑软连接控制的转变，最终实现了GIS控制系统的智能升级与构造优化。实验表明，基于PLC的控制系统作为GIS控制系统有利于提高气体绝缘全封闭组合电器（GIS）运行可靠性高并具有良好的应用效果。本文探讨了采用可编程控制器（PLC）实现GIS控制的集约化与智能化，提高GIS的设计、制造效率及其运行可靠性，简化GIS的安装施工与运行维护，实现坚强电网、智能电网、绿色电网的建设。

关键词：可编程逻辑控制器；气体绝缘全封闭组合电器；控制系统；设计

一、引言

气体绝缘全封闭组合电器GIS （Gas-InsulatedSwitchgear）的控制系统普遍是由一系列的继电器、接触器、辅助开关等按照一定的逻辑关系，通过大量控制电缆进行联系的继电器式控制系统，完成既定的逻辑控制功能。GIS控制系统实际运行中由于不能及时有效地切除故障线路而扩大了电网事故范围，造成不必要的社会影响与经济损失。

二、PLC简介

PLC是一种以微处理器为核心、数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计，采用可编程序的存储器，用来存储执行逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字或模拟的输入／输出接口，控制各种类型的机器或生产过程，具有面向用户、适应工业环境、控制功能强、可靠性高、使用灵活方便、通用性强、易于扩展等特点，广泛应用于自动化控制领域。

三、GIS的控制要求

GIS的安全可靠运行依赖于完善有效的逻辑闭锁与联锁设计，以广泛使用的液压碟簧操动机构GIS为例，其控制要求如下：

a.断路器的低油压合闸闭锁、低油压分闸闭锁、SF6低气压闭锁；

b.隔离开关与相邻断路器、接地开关的分合状态联锁；

c.检修用接地开关与相邻断路器、隔离开关的分合状态联锁；线路快速接地开关与相邻断路器、隔离开关的分合状态联锁以及线路的有电闭锁。

四、GIS的PLC控制系统方案设计

1. PLC控制系统的硬件设计根据GIS的构造原理及其控制要求，要保证110 kV GIS单元间隔的安全可靠运行。

PLC控制系统需要采集如下的状态与控制节点信号：a.低油压合闸闭锁节点、低油压分闸闭锁节点、低气压闭锁节点、分合状态辅助节点、远方／就地控制切换节点、就地合／分闸控制节点、远方合／分闸控制节点；b.分合状态辅助节点、远方／就地控制切换节点、就地合／分闸控制节点、远方合／分闸控制节点；c. 分合状态辅助节点、远方／就地控制切换节点、就地合／分闸控制节点、远方合／分闸控制节点；d. TV电压值信号节点为TV二次侧空气开关辅助节点、TV电压值信号节点。以三菱FX2N系列可编程控制器为例，如采用型号为FX2N-128MR的三菱PLC即可满足110 kVGIS单元间隔的硬件接线要求，该型PLC内含64个输入继电器（八进制计数）与64个输出继电器（八进制计数），为继电器型输出，具有特殊功能模块扩展能力。当然，也可以采用其他型号或品牌的PLC，主要区别是功能更加多样以及逻辑控制程序编写规则有所不同，但基本原理是相似的。GIS的PLC控制系统硬件结构功能，与继电器式控制系统相比，PLC控制系统对GIS各构成组件的各个状态与控制节点只需采集1次或2次（可对采集信号进行逻辑判断，提高信号采集的可靠性），通过逻辑程序的编写可多次复用，实现GIS复杂的闭锁与联锁功能，达到对GIS的有效可靠控制，保证GIS的安全稳定运行。

2. PLC控制系统的软件设计

采用PLC控制系统的GIS的安全、可靠、稳定运行，依赖于PLC控制程序编写的全面与完善。当确定好适当型号的PLC后，通过对GIS各构成组件逻辑控制的分析与分解，采用模块化设计与编写控制程序，即可实现GIS的智能控制与程序化操作。合闸控制逻辑程序，采用类似传统继电器控制原理的梯形图语言编写，根据GIS的构造原理及其控制要求，按照三菱FX2N系列PLC的编程规则编写，以远方合闸控制为例，要控制合闸，首先其各个状态参量必须符合正常操作的要求，即控制合闸处于分闸位置、低气压闭锁节点与QF01低油压合闸闭锁节点不动作，从而使PLC的输入继电器状态不发生变化，逻辑常闭触点仍保持闭合状态，并且远方／就地控制切换节点打到闭合位置，从而输入继电器的逻辑常开节点闭合、逻辑常闭节点打开。当输入继电器收到来至远方合闸控制节点的闭合信号时，PLC远方合闸逻辑控制程序中的所有逻辑节点闭合，进而使PLC输出继电器动作，程序逻辑常开节点闭合形成逻辑自保持，外部输出常开节点闭合，导通PLC外部的合闸控制回路，形成合闸动作。GIS的其他构成组件逻辑控制程序的导通原理与以上举例都是相似的。即当PLC控制系统所采集的各个状态参量与控制信号都满足预先设计好的逻辑要求后，经逻辑运算就可以进行相应的运行控制操作。

五、 PLC控制系统的构造特点

1.通过逻辑控制程序的编写，PLC可替代GIS控制回路中的一系列继电器、接触器、辅助开关等控制硬接点，优化控制回路硬件配置，降低控制电缆需求量，减少GIS控制回路的安装施工接线工程量，将采集的各种状态参量与控制信号，就地集成传送给其他的保护、测量、控制装置，达到其他的保护、测量、控制目的，设备间互联线清晰简单，又进一步降低控制电缆的需求量，提高工程作业人员的作业效率，有效缩短工程周期。

2. PLC控制系统大幅减少了控制系统的硬接点量，使得潜在故障点数量大幅减少，这样就提高了控制系统运行的可靠性与稳定性，日常运行维护将极大简化，运行维护费用将得到降低，具有良好的全寿命运行费用性价比。

3. PLC控制系统逻辑控制功能的编写规则与电气工程人员已掌握的电气控制原理与日常使用习惯十分相近，具有方便直观、容易掌握、修改方便、功能扩展性强等优点，控制性能的不断提高与完善只需通过修改逻辑控制程序，并不依赖于硬件方面的大量改变与投入，将使GIS的智能化、系列化、规模化生产制造大幅度提速。

六、结语

PLC控制系统具有良好的功能性、可靠性、扩展性，采用PLC控制系统替代现已广泛使用的继电器式控制系统，可有效实现GIS各单元间隔及其构成组件的集约化与智能化控制，提高GIS的设计、制造效率以及运行可靠性，简化GIS的安装施工与运行维护，具有优异的操作可行性与经济性表现，符合建设坚强电网、智能电网、绿色电网的需求。

参考文献：

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