采用PLC对封闭式组合电器进行在线监控的智能汇控柜
2005/11/14 14:25:00
摘要：
FBZ-2610型GIS智能汇控柜是我公司利用先进的检测技术、控制技术、通信技术和多年来对封闭式组合电器的研究而成功开发的一种在线监控系统柜。它采用PLC可编程控制器来进行对封闭式组合电器进行在线监视和控制。本系统柜采用分散式控制，即每一间隔都有独立的CPU微处理器进行数据处理和控制，然后各智能汇控柜组网与中控室保护厂家或DCS厂家的自动化系统进行通讯。
关键词：
GIS(封闭式组合电器) PLC(Programmable controller可编程控制器) DCS(分散式控制系统) CPU微处理器
（一）项目简介
FBZ-2610型GIS智能汇控柜是我公司利用先进的检测技术、控制技术、通信技术和多年来对封闭式组合电器的研究而成功开发的一种在线监控系统柜。它采用PLC可编程控制器来进行对封闭式组合电器进行在线监视和控制。本系统柜采用分散式控制，即每一间隔都有独立的CPU微处理器进行数据处理和控制，然后各智能汇控柜组网与中控室保护厂家或DCS厂家的自动化系统进行通讯。
该系统柜由PLC 软件编程控制取代了常规的继电器组成的硬线接线逻辑控制电路，使整个控制简单清晰可靠，达到了智能化的要求。它采集GIS封闭式组合电器中各断路器、隔离开关、接地刀闸的分合状态，实现了一次设备的在线监测，能通过屏蔽双绞线与中控室通讯，实现“三遥”功能。
由于系统采用了西门子PLC程控器控制，技术成熟，抗干扰能力很强，适用于工业环境运行，从而使产品的可靠信有了明显的提高。设备投入运行后，维护、维修的工作量甚微。同时系统技术先进，采用PLC可编程控制器，使产品的控制达到了数字化的要求，能够与后台机通讯，达到远方控制功能。而且本系统极易扩展，可满足各类客户所求。
（二）系统主要特点
☆ 特点
可扩充性强：
模块化设计，便扩充易增容。
维护方便：
主从式网络结构，从变电工区到集控室仅一根电缆，工程量小。
稳定可靠：
设备良好接地，能自诊断自恢复，PLC为工控机，抗干扰性能好，稳定可靠。
实用性强：
系统具有一次设备在线监测、故障分析等功能，可随用户要求增加气室SF6密度在线监测、工作电流监测、储能电机电流监测、避雷器泄漏电流监测等。
安全性好：
整个FBZ2600系统是外挂在一次设备上的独立系统，丝毫不改变原有设备的完整性。
（三）工作环境
电源：
电压输入范围： 交流 120V－265V，
直流 165V－330V;
功耗 <100W
正常工作环境：
（四）系统构成
该监控系统由硬、软件两部分构成。硬件主要由PLC程控器、参量传感器两部分构成，软件则采用西门子公司的STEP 7-Micro/WIN98开发系统，通讯方面具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
系统工作时，由参量传感器将各种电流、电压、SF6密度、温湿度等（监测量随用户要求而定）自动转化成标准的模拟或数字信号送入PLC程控器，有程控器完成各种信号（开关量、模拟量等）的采集、比较、运算、处理和实现各开关之间的逻辑控制和闭锁。
系统备有两个RS-485接口装置，通过PPI、MPI或自由口通讯协议可直接对该系统实现遥测、遥信和遥控（亦可采用MODBUS协议与保护厂家后台监控系统接口）。
本系统中PORT 0口为MODBUS口，PORT 1口为PPI口，各GIS智能汇控柜之间组建PPI网络或MODBUS网络，与后台机组态软件或其他监控主站通讯。下面为一段MODBUS设定程序：
LD SM0.1
CALL MBUS_INIT, 1, 6, 9600, 2, +0, +128, +32, +1000, &VB0, M15.1, MB16
LD SM0.0
CALL MBUS_SLAVE, M15.2, MB17
库内存地址为VB2001-VB2780。
另外本系统增加开关计数功能：
LD I0.0 // I0.0为辅助开关位置
EU
+I +1, VW600
LD M4.0 // M4.0为清零
MOVW +0, VW600
（五）系统功能
（1）控制功能
A） 断路器的分闸、合闸操作
B） 隔离开关的分闸、合闸操作
C） 接地刀的分闸、合闸操作
D） 自动投退加热器
（2）检测功能
A) 各开关状态自动检测
B) 断路器合闸次数自动检测
C) 各开关合闸次数自动检测
D) 分合闸超时自动检测和保护
E) 断路器气室压力闭锁信号和告警监测
F) 其它气室压力告警监测
G) 储能信号监测
（3）系统“三遥”功能
通过系统备有的RS-485通讯口完成遥控、遥测和遥信功能，或与中继器相连，实现远距离的“三遥”（采用Modbus规约或西门子PPI组网）。
（4）系统联锁功能
采用西门子S7-200系列PLC来完成断路器与隔离开关、接地开关的闭锁等所有联锁功能，将常规的硬接线闭锁改为数字联锁，减少了现场的电缆连接和故障节点，提高了系统的可靠性。
PLC上设置就地/检修/远控3个位置选择开关，在变电站设备调试、检修时可进行就地和检修操作，设备运行时处于远控状态，从控制室进行操作。
（5）其它功能
可随用户要求增加气室SF6密度在线监测、工作电流监测、储能电机电流监测、避
雷器泄漏电流监测等，采用模拟量采集或通讯方式采集，通讯方式采集采用自由口通讯。下面为一段与西安华伟密度表通讯程序，供大家参考：
LD SM0.7
LPS
MOVB 16#11, SMB30
MOVB 16#DC, SMB87
AENO
MOVB 16#EB, SMB88
LRD
MOVB 5, SMB92
LPP
MOVB 8, SMB94
LD SM0.7
ATCH INT_0, 9
ATCH INT_1, 23
ENI
LD SM0.1
MOVB 6, VB200
MOVB 16#EB, VB201
MOVB 16#90, VB202
MOVB 16#65, VB203
MOVB 16#00, VB204
MOVB 16#01, VB205
MOVB 16#1F, VB206
LD SM0.1
MOVB 6, VB210
MOVB 16#EB, VB211
MOVB 16#90, VB212
MOVB 16#65, VB213
MOVB 16#00, VB214
MOVB 16#02, VB215
MOVB 16#1C, VB216
LD SM0.1
MOVW +0, VW220
LD SM0.1
O Q10.3
O T41
LPS
AN T39
= Q10.3
LPP
TON T39, +3
LD T39
O Q10.4
LPS
AN T40
= Q10.4
LPP
TON T40, +3
LD T40
O Q10.5
LPS
AN T41
= Q10.5
LPP
TON T41, +3
LD Q10.4
EU
AB<> SMB86, 0
+I +1, VW220
LD Q10.4
EU
AB<> SMB86, 0
LPS
AW= VW220, +1
XMT VB200, 0
LPP
AW= VW220, +2
XMT VB210, 0
MOVW +0, VW220
INT0:
LD SM0.0
RCV VB100, 0
INT1:
LD SM0.0
MOVB 16#1E, AC0
XORB VB104, AC0
XORB VB105, AC0
MOVB AC0, VB300
XORB VB106, VB300
LDB= VB101, 16#EB
AB= VB102, 16#90
AB= VB103, 16#65
AB= VB104, 16#01
AB= VB107, VB300
BMB VB105, VB305, 2
SWAP VW305
LDB= VB101, 16#EB
AB= VB102, 16#90
AB= VB103, 16#65
AB= VB104, 16#02
AB= VB107, VB300
BMB VB105, VB315, 2
SWAP VW315
西安华伟密度表通讯协议见附一。
（六）结束语
本系统去年8月在河北承德风力发电站投运，运行良好，深受用户好评。至现在为止，已在全国二十多个110KV变电站将近100台GIS智能汇控柜胜利投运。
（七）应用体会
本系统程序中根据断路器或其他开关的机构的正常分合闸时间，机构执行分合闸操作时，应用plc内部定时器进行超时切断，防止机构卡死时分合闸线圈长时间带电而烧毁，同时可检测操作回路故障问题。另外软件库中的Modbus协议应用时库内存地址切记要选用未使用内存区，和MBUS-INIT指令中holdstart的起始指针一定要不能发生冲突。还有通讯口太少，仅有的两个RS485口有时不够使用，建议开发RS485通讯扩展模块。
附一
密度表通讯协议
本通信协议适用于DKZB-ID型（485输出）SF6密度控制器（下面简称控制器）与中控室（上位机）计算机通信。采用主从（应答）方式，一台上位机的485口最多可以和255个控制器进行通信，要求每个控制器都有一个唯一的地址（1-255），控制器在出厂时地址默认为1，也可以根据用户要求把地址设置好。由上位机向密度控制器发送命令信息，密度控制器在收到命令信息后，检查同步字、校验码和目的地址是否和该密度控制器的地址相同，如果相同，则向上位机回发相应数据信息，上位机在收到数据信息后，还应该检查校验码，和发出的命令信息进行对比，来判断收到的数据是否有效。具体格<
FBZ-2610型GIS智能汇控柜是我公司利用先进的检测技术、控制技术、通信技术和多年来对封闭式组合电器的研究而成功开发的一种在线监控系统柜。它采用PLC可编程控制器来进行对封闭式组合电器进行在线监视和控制。本系统柜采用分散式控制，即每一间隔都有独立的CPU微处理器进行数据处理和控制，然后各智能汇控柜组网与中控室保护厂家或DCS厂家的自动化系统进行通讯。
关键词：
GIS(封闭式组合电器) PLC(Programmable controller可编程控制器) DCS(分散式控制系统) CPU微处理器
（一）项目简介
FBZ-2610型GIS智能汇控柜是我公司利用先进的检测技术、控制技术、通信技术和多年来对封闭式组合电器的研究而成功开发的一种在线监控系统柜。它采用PLC可编程控制器来进行对封闭式组合电器进行在线监视和控制。本系统柜采用分散式控制，即每一间隔都有独立的CPU微处理器进行数据处理和控制，然后各智能汇控柜组网与中控室保护厂家或DCS厂家的自动化系统进行通讯。
该系统柜由PLC 软件编程控制取代了常规的继电器组成的硬线接线逻辑控制电路，使整个控制简单清晰可靠，达到了智能化的要求。它采集GIS封闭式组合电器中各断路器、隔离开关、接地刀闸的分合状态，实现了一次设备的在线监测，能通过屏蔽双绞线与中控室通讯，实现“三遥”功能。
由于系统采用了西门子PLC程控器控制，技术成熟，抗干扰能力很强，适用于工业环境运行，从而使产品的可靠信有了明显的提高。设备投入运行后，维护、维修的工作量甚微。同时系统技术先进，采用PLC可编程控制器，使产品的控制达到了数字化的要求，能够与后台机通讯，达到远方控制功能。而且本系统极易扩展，可满足各类客户所求。
（二）系统主要特点
☆ 特点
可扩充性强：
模块化设计，便扩充易增容。
维护方便：
主从式网络结构，从变电工区到集控室仅一根电缆，工程量小。
稳定可靠：
设备良好接地，能自诊断自恢复，PLC为工控机，抗干扰性能好，稳定可靠。
实用性强：
系统具有一次设备在线监测、故障分析等功能，可随用户要求增加气室SF6密度在线监测、工作电流监测、储能电机电流监测、避雷器泄漏电流监测等。
安全性好：
整个FBZ2600系统是外挂在一次设备上的独立系统，丝毫不改变原有设备的完整性。
（三）工作环境
电源：
电压输入范围： 交流 120V－265V，
直流 165V－330V;
功耗 <100W
正常工作环境：
（四）系统构成
该监控系统由硬、软件两部分构成。硬件主要由PLC程控器、参量传感器两部分构成，软件则采用西门子公司的STEP 7-Micro/WIN98开发系统，通讯方面具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
系统工作时，由参量传感器将各种电流、电压、SF6密度、温湿度等（监测量随用户要求而定）自动转化成标准的模拟或数字信号送入PLC程控器，有程控器完成各种信号（开关量、模拟量等）的采集、比较、运算、处理和实现各开关之间的逻辑控制和闭锁。
系统备有两个RS-485接口装置，通过PPI、MPI或自由口通讯协议可直接对该系统实现遥测、遥信和遥控（亦可采用MODBUS协议与保护厂家后台监控系统接口）。
本系统中PORT 0口为MODBUS口，PORT 1口为PPI口，各GIS智能汇控柜之间组建PPI网络或MODBUS网络，与后台机组态软件或其他监控主站通讯。下面为一段MODBUS设定程序：
LD SM0.1
CALL MBUS_INIT, 1, 6, 9600, 2, +0, +128, +32, +1000, &VB0, M15.1, MB16
LD SM0.0
CALL MBUS_SLAVE, M15.2, MB17
库内存地址为VB2001-VB2780。
另外本系统增加开关计数功能：
LD I0.0 // I0.0为辅助开关位置
EU
+I +1, VW600
LD M4.0 // M4.0为清零
MOVW +0, VW600
（五）系统功能
（1）控制功能
A） 断路器的分闸、合闸操作
B） 隔离开关的分闸、合闸操作
C） 接地刀的分闸、合闸操作
D） 自动投退加热器
（2）检测功能
A) 各开关状态自动检测
B) 断路器合闸次数自动检测
C) 各开关合闸次数自动检测
D) 分合闸超时自动检测和保护
E) 断路器气室压力闭锁信号和告警监测
F) 其它气室压力告警监测
G) 储能信号监测
（3）系统“三遥”功能
通过系统备有的RS-485通讯口完成遥控、遥测和遥信功能，或与中继器相连，实现远距离的“三遥”（采用Modbus规约或西门子PPI组网）。
（4）系统联锁功能
采用西门子S7-200系列PLC来完成断路器与隔离开关、接地开关的闭锁等所有联锁功能，将常规的硬接线闭锁改为数字联锁，减少了现场的电缆连接和故障节点，提高了系统的可靠性。
PLC上设置就地/检修/远控3个位置选择开关，在变电站设备调试、检修时可进行就地和检修操作，设备运行时处于远控状态，从控制室进行操作。
（5）其它功能
可随用户要求增加气室SF6密度在线监测、工作电流监测、储能电机电流监测、避
雷器泄漏电流监测等，采用模拟量采集或通讯方式采集，通讯方式采集采用自由口通讯。下面为一段与西安华伟密度表通讯程序，供大家参考：
LD SM0.7
LPS
MOVB 16#11, SMB30
MOVB 16#DC, SMB87
AENO
MOVB 16#EB, SMB88
LRD
MOVB 5, SMB92
LPP
MOVB 8, SMB94
LD SM0.7
ATCH INT_0, 9
ATCH INT_1, 23
ENI
LD SM0.1
MOVB 6, VB200
MOVB 16#EB, VB201
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MOVB 16#00, VB204
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LD SM0.1
MOVB 6, VB210
MOVB 16#EB, VB211
MOVB 16#90, VB212
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MOVB 16#00, VB214
MOVB 16#02, VB215
MOVB 16#1C, VB216
LD SM0.1
MOVW +0, VW220
LD SM0.1
O Q10.3
O T41
LPS
AN T39
= Q10.3
LPP
TON T39, +3
LD T39
O Q10.4
LPS
AN T40
= Q10.4
LPP
TON T40, +3
LD T40
O Q10.5
LPS
AN T41
= Q10.5
LPP
TON T41, +3
LD Q10.4
EU
AB<> SMB86, 0
+I +1, VW220
LD Q10.4
EU
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XMT VB200, 0
LPP
AW= VW220, +2
XMT VB210, 0
MOVW +0, VW220
INT0:
LD SM0.0
RCV VB100, 0
INT1:
LD SM0.0
MOVB 16#1E, AC0
XORB VB104, AC0
XORB VB105, AC0
MOVB AC0, VB300
XORB VB106, VB300
LDB= VB101, 16#EB
AB= VB102, 16#90
AB= VB103, 16#65
AB= VB104, 16#01
AB= VB107, VB300
BMB VB105, VB305, 2
SWAP VW305
LDB= VB101, 16#EB
AB= VB102, 16#90
AB= VB103, 16#65
AB= VB104, 16#02
AB= VB107, VB300
BMB VB105, VB315, 2
SWAP VW315
西安华伟密度表通讯协议见附一。
（六）结束语
本系统去年8月在河北承德风力发电站投运，运行良好，深受用户好评。至现在为止，已在全国二十多个110KV变电站将近100台GIS智能汇控柜胜利投运。
（七）应用体会
本系统程序中根据断路器或其他开关的机构的正常分合闸时间，机构执行分合闸操作时，应用plc内部定时器进行超时切断，防止机构卡死时分合闸线圈长时间带电而烧毁，同时可检测操作回路故障问题。另外软件库中的Modbus协议应用时库内存地址切记要选用未使用内存区，和MBUS-INIT指令中holdstart的起始指针一定要不能发生冲突。还有通讯口太少，仅有的两个RS485口有时不够使用，建议开发RS485通讯扩展模块。
附一
密度表通讯协议
本通信协议适用于DKZB-ID型（485输出）SF6密度控制器（下面简称控制器）与中控室（上位机）计算机通信。采用主从（应答）方式，一台上位机的485口最多可以和255个控制器进行通信，要求每个控制器都有一个唯一的地址（1-255），控制器在出厂时地址默认为1，也可以根据用户要求把地址设置好。由上位机向密度控制器发送命令信息，密度控制器在收到命令信息后，检查同步字、校验码和目的地址是否和该密度控制器的地址相同，如果相同，则向上位机回发相应数据信息，上位机在收到数据信息后，还应该检查校验码，和发出的命令信息进行对比，来判断收到的数据是否有效。具体格<
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