电气工程和集成电路的关系范例(3篇)

电气工程和集成电路的关系范文

关键词：道岔融雪；发展现状；电加热；RD1

1．引言

道岔是铁路运输设备重要的组成部分。大雪降温天气会使铁路道岔积雪结冰，发生冻结，直接造成尖轨的端部和基本轨不密贴，影响车站列车接发和调车作业，造成铁路运输晚点、停运，甚至发生人身及行车安全事故。

我国铁路传统的除雪方法是人工清扫道岔部分的积雪，但这种方法效率极低，而且随着列车运行速度的提高，行车密度的加大，容易发生危及人身安全的事故。因此，为了改善人工扫雪的繁重劳动状况，保证行车安全畅通，研究运用新型道岔融雪设备势在必行。

2．国内外道岔融雪设备的发展现状

2.1国外道岔融雪设备

国外道岔融雪系统起步比较早，技术已趋于成熟，普遍采用的道岔融雪方式主要有：电热式、红外线加热式、燃气加热式、热风式、压缩空气式、喷灯加热式、温水喷射式、温水循环式和洒水式等。其中应用最多、最广的是电加热方式。

德国WOLFF（沃尔夫）公司生产的道岔电加热融雪系统广泛应用于德国、奥地利、瑞士等阿尔卑斯山区及西班牙的高原地区。我国青藏铁路就引进了该系统。

荷兰PINTSCHABEN公司生产的道岔加热系统广泛应用于俄罗斯、德国、荷兰等12个国家和地区。目前该公司在我国道岔加热领域内还没有实质性的业务开展。

上述两个公司融雪设备从功能、原理等方面都基本类似。通过钢轨温度、空气温度及湿度、积雪3个传感器采集的信号，自动控制道岔加热系统的工作，并可通过光缆实现远程集中监控，动态监测环境温度及湿度、铁轨温度、降雪状态和加热融雪系统的工作状态等参数，适应现代铁路高速、安全、高度自动化等要求。

2.2国内道岔融雪设备

国内在铁路道岔融雪设备的开发和应用起步较晚，到20世纪90年代，冬季道岔除雪基本是靠人工清扫的方式，在人员投入和管理成本上消耗巨大。1996年开始，国内一些企业就开始考虑利用融雪设备进行除雪，并开始了融雪设备的研制。

国内设备厂家吸取国际同行的经验教训，并结合国内铁路设备的现状，经过多年的对比研究试验得出结论：“电加热道岔融雪系统更适合在国内铁路上使用”。

目前，国内电加热道岔融雪系统常见的有两种，一种是沈阳铁路局吉林科学技术研究所研制的“道岔电热除雪装置”，另一种是中国铁路通信信号集团公司基础设备事业部（北京电铁通电务技术开发中心）研制的“RD1型电加热道岔融雪系统”。

“道岔电热除雪装置”，于1999年12月通过了铁道部组织的技术鉴定，并已在北方多雪地区推广使用。该装置由融雪滑床板组合件和除雪功能控制装置组合件两大部分组成，通过电加热管加热道岔前部的几对滑床板使其达到一定温度，从而实现融雪目的。其缺点主要体现在，第一是在滑床板上安装加热元件，使得加热源呈点状分布，加热不均匀，当外界气温较低时，融雪效果不理想；第二由于该装置采用人工开启方式，缺少自动及远程控制功能；第三设备无故障诊断功能，可靠性相对较低。

“RD1型电加热道岔融雪系统”，于2007年7月通过了铁路部组织的技术审查。RD1型电加热道岔融雪系统通过电加热条加热道岔岔尖基本轨和可动心轨，使其达到一定温度，实现融雪目的，其融雪效果较好。并且该系统具有远程监视、远程控制、故障报警等功能，基本适应了中国铁路安全高效的要求，因此该系统广泛应用于新建的高等级铁路线路上，如京津城际、京沪高铁等。本文主要介绍这种融雪系统。

3．RD1型电加热道岔融雪系统简介

3.1系统组成

电加热道岔融雪系统的构成框图如图1所示，由远程控制终端、车站控制终端、电气控制柜、隔离变压器、电加热元件及固定卡具、气象站、轨温传感器等组成。

图1道岔融雪系统构成框图

3.1.1远程控制终端

在调度中心安装远程控制终端，利用铁路专用信息通道与各站控制终端通信，实现对全线各站的融雪设备进行集中监控。

3.1.2车站控制终端

每站设车站控制终端1套，对该车站的所有电气控制柜及其加热电路进行实时监控。同时在车站控制终端设备上配有应急操作盘，可用于自动控制系统故障时甩开自动控制，人工启停该站的融雪设备，以保证融雪设备在自动控制系统故障情况下能正常工作。

3.1.3电气控制柜

电气控制柜根据安装的位置不同分为室内和室外两种。根据供电方式的不同，电气控制柜在内部结构上又可分为三相控制柜和单相控制柜。

一个控制柜设有12个分支回路，能控制多组道岔的加热。控制柜设有控制模式转换开关，可分别设定自动、手动和闭锁模式。

3.1.4气象站

每个车站配置一个气象站，用来检测该站的雨雪、环境温度和湿度信息，实时上传给电气控制柜，作为控制系统判断道岔是否加热的一个重要依据。

3.1.5轨温传感器

轨温传感器安装在加热道岔的轨底，用来实时检测加热道岔的温升情况。

3.1.6隔离变压器

基于轨道电路和人身安全的考虑，在电加热道岔融雪系统的加热电路中设立隔离变压器。根据供电方式的不同，隔离变压器分为三相隔离变压器和单相隔离变压器。

3.1.7电加热元件

电加热元件是道岔融雪系统的关键件，它安装在道岔的基本轨部分、可动心轨部分和外锁闭部分，用于对道岔加热除雪。为适应不同安装位置要求，电加热元件有多种规格。在形状上有直型和L型等规格，且加热条长度也有各种规格。

3.2系统工作原理

正常情况下，系统为自动工作模式，传感器采集到降雪信息和钢轨温度信息后，将信息传送到电气控制柜，电气控制柜把采集到的信息与系统预先设定的“门限”值（根据当地气温设定）进行比较。当低于系统所设定的“门限”值时，系统将自动启动预设的加热方案，对需要加热的道岔进行加热，当加热到符合停止加热的条件时，系统将自动切断加热电路。本地控制终端将把所在车站的详细检测信息实时传输给远程控制终端，远程控制终端可以实现对各车站融雪设备的实时监测和控制。

当自动控制系统由于故障失效时，可通过车站控制终端的应急操作盘人工启停该站的融雪设备，或者通过现场各个控制柜人工启停该控制柜的各个支路。

4．RD1型电加热道岔融雪系统在具体工程实施中的注意事项

4.1关于系统组成

道岔融雪系统组成部分中，远程控制终端、车站控制终端、气象站均为可选部分。在具体工程实施中，应根据铁路线路的级别、车站的数量规模以及业主的要求等来配置道岔融雪系统。比如，如果线路级别较低，车站数量少、规模小，可以取消远程控制终端配置。如果一个线路所只有一组或者两组道岔，现场只配置了一台控制柜，甚至可以不必配备车站控制终端，直接对该控制柜人工操作来启停融雪系统。

4.2关于轨温传感器

在融雪系统中，每台控制柜可以配置一台轨温传感器，每台控制柜根据自身配备的轨温传感器所采集的钢轨温度来判断是否进行加热。一个车站也可以只配置两台轨温传感器，每个咽喉区一台。以下行咽喉为例，轨温传感器安装于距离信号楼最近的道岔岔底，该传感器采集钢轨温度，通过控制柜上传至车站控制终端。车站控制终端根据该传感器采集的数值来判断是否对下行咽喉的所有道岔进行加热。

4.3关于电气控制柜

电气控制柜安装位置可分为室内和室外。当全站的电气控制柜集中安装于车站机械室内时，加热的动力电源可集中供给电气控制柜。电气控制柜输出动力电源通过电力电缆送至加热现场的隔离变压器。其优点是便于电力供电，也便于操作和维修。缺点是控制柜距离隔离变压器太远，需耗费大量的电力电缆。因此室内安装方式只适用于站场道岔较少的车站，其供电方式应采用电力贯通线三相供电方式。

当电气控制柜分散安装于需加热的道岔现场时，动力电源分别送至各控制柜，控制柜的输出动力电源通过电力电缆送至各隔离变压器。由于控制柜距离隔离变压器近，因此其优点是节省大量电力电缆，缺点是由于控制柜分散露天安装，对控制柜的防护等级要求较高，且不便于维护。因此室外安装方式适用于站场道岔较多的的车站，其供电方式可采用电力贯通线三相供电方式，或者电气控制柜附近的接触网经过变压后供电给控制柜使用。

每个控制柜输出设有12个分支回路。每个控制柜总输出功率和每个分支回路输出功率都是有限的，应根据道岔类型和布局确定控制柜位置及电缆走向。由于受道岔布局限制，控制柜供电回路可能出现空闲回路。每个回路为单相，1、4、7、10回路使用A相电,2、5、8、11回路使用B相电,3、6、9、12使用C相电，加热元件应尽可能均衡地分配在三相上，以使三相电流尽可能均衡。

4.4关于隔离变压器

隔离变压器具体型号分为A型和B型。A型是指其二次侧为单线圈，B型是指其二资侧为双线圈。安装于道岔岔尖部位两侧基本轨的加热条应连接至隔离变压器二次侧的不同线圈。这样可以实现供电电源、各组道岔加热元件以及每组道岔不同轨道间的电气隔离，保证轨道电路正常工作和人身安全。

在寒冷地区和严寒地区，相同类型道岔配置的加热条数量及功率是不同的。在寒冷地区，加热条电缆一般可全部直接连接至隔离变压器输出端子。在严寒地区，大号码道岔需要配备更多的加热条，如果隔离变压器孔径太细不足以让全部加热条进入其孔内时，可采取外扩分向盒的办法。一部分加热条电缆连接至分向盒，再通过一根电缆连接至隔离变压器的输出端子。

将某个道岔的所有隔离变压器的一次侧电缆由远及近（根据隔离变压器与电气控制柜的距离）串联起来，通过一根电缆连接至控制柜二次侧输出端子，可极大地节省电力电缆的长度，从而节省工程造价。

4.5关于施工组织

由于道岔融雪系统电缆数量较多，因此道岔融雪系统电缆埋设应与其他信号工程施工同步进行，避免后续工程施工时挖断已实施工程电缆。

5．存在的不足

目前RD1电加热道岔融雪系统正处于试验推广阶段，尚没有形成一套定型化的标准配置。因此应尽快确定该系统在寒冷地区、严寒地区等不同地区道岔融雪系统的结构组成，以及加强不同地区各种类型道岔配置的加热条的结构造型、数量及功率配置、安装方式等标准化建设，以利于标准化生产，标准化施工，标准化维护。

电气工程和集成电路的关系范文篇2

关键词：起重机械；智能监控；应用

引言

起重机械是通过起重吊钩或其他的装置起升或移动重物的一种空间运输设备，它可以减轻劳动强度，提高生产率。起重机械是现代化生产必不可少的工具，从而要求起重机械电气自动化程度的越来越高，对电气监控的智能化控制、参数测量精度提出了更高的要求，并对人机界面、数据查询、逻辑处理和网络通信等方面也提出了新的要求。在实现电气自动在线监测领域中，ARM嵌入式系统在多参数采集，多层次监测和网络化等方面具有强大的优势。

1．智能监控系统简介

智能监控系统是运用高科技技术对人、物以及人、物体运动的轨迹进行识别和处理，还对影响视频环境的因素做出判断和补偿的一种手段。它能够借助计算机强大的数据处理和识别功能对所安装有智能监控系统的起重机电气设备进行监控，及时有效的记录事发现场情况。

现代社会的发展已经使起重机械成为最忙碌的运输工具，它的运行部件多，操作按钮多，承载重量大，对电气设备的安全性尤为重要。一些发达国家的起重机械企业及特种设备安全检测机构开始利用现代化通讯手段和计算机技术，设计和制造出各自的监控系统，能够在起重机械电气设备出现故障时第一时间把情况反馈给监控系统中心，并通知专修人员对起重机进行维修，以保证设备的安全使用性。

2．系统硬件设计

系统硬件主要有以下几个部分构成：信号采集模块(包括电网被监控电量、电压，电流互感器，滤波放大器，A／D转换器)、界面LCD显示模块、声光报警模块、系统调试控制接口模块(JTAG接口)、电源模块、总线通讯模块(RS485)、信号模拟输出和继电保护动作输出模块等。

图1系统硬件功能结构

模拟量采集模块：由电压互感器、电流互感器及信号调理电路组成。电压互感器二次侧电压、电流互感器二次侧电流的模拟量首先经电流电压变换电路进行变换，变成适合A／D转换的0～2．4V交流小电压，再通过低通滤波器送入保护单元中。单片机进行信号采集。芯片LPC2132内部集成的8通道10位A／D转换器实现采集转换。

电源部分：采用成熟的开关电源模块，分正负33V，5V，12V三路输出。各路电源隔离并加抗干扰措施。由于硬件系统直接接到交流电(市电)，要获得适合系统功能模块使用的5V直流电流，必须先将工网上的220V电压进行变压器降压，电路整流。另外，CPU和I／O接口的工作电压是3．3V，因此系统还必须通过转换芯片获得3．3V直流电源。因此系统要涉及到两类电压：一类是5V直流电源，使用对象是电路和一些系统芯片，可直接通过变压整流电路从工网上获得。另一类就是CPU和I／O管脚，以及与处理器直接相连的存储器芯片、监测复位芯片等的电源，可以通过转换芯片从5V直流电源二次获得。

继电保护输出模块：3路开出量输出(2路常开和1路常闭)。处理器对采集到的各种信息进行分析，经过系统逻辑判断发出相应的开关量输出信号，以驱动相应的出口逻辑继电器，执行相应的处理功能(如跳闸、合闸和告警等命令)。所有开出量也要经光电耦合器进行隔离后输出。

界面模块显示模块：包括键盘输入和液晶显示模块。LCD应用于终端显示，它主要用来显示三相电压和电流的幅值和相位，功率和电能。由于液晶显示屏幕一次不能显示全部内容，所以可以通过键盘按键输入来实现翻屏或清屏等功能。液晶显示模块采用LCD驱动控制器HT1625，实现了全中文的菜单显示界面、事件报告显示画面、采样信息画面等显示功能。键盘输入模块和信号灯显示模块主要功能是：(1)电动机启动、复位功能；(2)参数修改、设定功能；(3)装置运行、通信、跳闸、合闸和故障和故障信号灯显示。

HT1625液晶显示控制器是多功能全自动智能开关的显示部件，能实时、准确、在线监控供电线路的运行情况。一旦线路出现漏电、过载、短路、过压、欠压和缺相情况，智能安全用电开关能立刻启动保护程序，并显示在HT1625液晶显示控制器上。

通信模块，采用以RS485为主要传输方式。RS485采用差分传输方式，是半双工串行通信总线。由于485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，因此需要设计自己的应用层通信协议，主要针对发送和接收。

3．系统的软件设计

完善的起重机监控管理系统软件，具有彩色图形实时动画监控系统运行状态、实时显示、管理及打印等功能，并可通过Internet或局域网进行远程信息采集、监控、在线编程、诊断及管理，性价比优越。软件部分的设计主要采用嵌入式C语言，在ADS1．2编译环境中进行，优点是结构清晰，方便升级和移植。程序框架以主程序为核心，包括初始化程序、自检、主程序、定时中断程序和各个功能模块子程序。

3．1程序运行过程

系统工作流程包括3个部分：系统初始化、自检和进入主程序。系统初始化主要包括：引脚配置初始化、A／D初始化、定时器初始化、中断初始化、系统参数初始化等。自检则主要检查键盘、液晶屏、FLASH参数是否正确和装置与监控系统的通讯是否正确连接。如果自检不通过，系统则处于静止等待状态，并将出错信息发给上位机和现场监控人员。若自检通过则进入主程序主画面，即进入测试前的画面，此时显示当前要测试的项目，如继电器运行情况，工作电流、电压的测量值等。

3．2主程序

装置在进行系统初始化操作后执行主程序。正常运行时，主程序完成采样、计算、控制、通讯、保护动作等功能。如有自检故障发生，将发出故障信号，并将故障信号传送管理单元。正常运行时程序还将判断保护是否启动，若保护启动则程序转到保护处理子程序中去。在保护处理子程序中，将完成保护数据计算，保护判断，并根据判断结果执行相应的出口操作；没有故障时则返回主循环。

3．3信号采集程序设计

采集测量模块作用是实现对电气量的检测与初步处理，包括以下几部分：A／D模块初始化、定时器中断设置、采样周期、数据存储、数据判断。

4．智能监控系统的功能应用

起重机监控系统是为了完成现代化社会的监控任务的要求，建立以计算机为核心的智能化监控系统。起重机智能监控的功能应用主要表现在：（1）通过系统对起重机电气设备运作状态和起重机电气故障的检测和报警（2）相关的管理人员也可以用鼠标器在CRT上进行干预，实现对起重机电气设备运行状态的控制（3）当电气设备异常情况发生时，会及时向监控系统发出报警和控制信息，监控主控制器及时发出相应的控制信号，切断其电源。

电气工程和集成电路的关系范文

关键词：GIS；光纤通讯；可编程控制器；在线监测

中图分类号：TJ768.4文献标识码：A文章编号：

绪论

课题的背景及意义

气体绝缘金属全封闭组合电器（GIS）是指整个开关站设备包封在金属壳内并充以SF6气体作绝缘，这类设备具有尺寸小、占地面积小、可抵御苛酷环境条件、可靠性高等优点。近几年，随着智能化电气的发展,特别是智能化开关[1]、光电式互感器等机电一体化设备的出现,以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用,使以GIS开关为原型的变电站信息的采集、传输实现全智能化处理提供了理论和物质基础。

随着可编程逻辑控制器（PLC）的发展，PLC的功能得到极大的提升，形成了各种规模的系列化产品，以适用于各种环境和规模的工业控制场合。同时，随着电子技术的发展，PLC的硬件功能不断增强，除了提供逻辑处理功能以外，PLC还不断完善了数据运算能力，以便用于各种数字控制领域。随着PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用开放的通信接口，如以太网、高速串口等；同时，PLC采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路具备很强的抗干扰能力，一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间更长。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以入器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。因此，整个系统具有极高的可靠性，在变电站综合自动化中得到了广泛的应用。

国内外发展现状

国外智能GIS发展现状

当前，世界上大型高压开关制造公司竞相改革GIS的二次技术，尤其欧洲几大制造公司表现的更为突出。

西门子公司

最新型8DN9GIS采用了在线检测系统，利用计算机辅助的电子控制和监视单元进行连续控制和监测。用电流和电压传感器取代传统电流电压互感器。带间隔处理能力的数字间隔控制系统用于监测和记录所有基本运行参数，这样可以进行系统发展趋势分析，实现“状态检修”。

Alstom公司

在就地控制柜中安装计算机控制二次功能。用密度计、光电传感器、电流传感器和局放测量传感器对GIS进行周期性或永久性的状态监测，用光纤或屏蔽电缆传送信号，数字技术和计算方法将所有信息不仅用于间隔的自动控制，也用于监测整个设备。

ABB公司

GIS产品分为EXK和ELK型，其产品很有特点。ABB公司早在1984年就开始更新高压电器设备的二次系统控制技术，将一次和二次技术融合在一起，在二次技术上经历了3个发展阶段：传统技术、现代技术和智能技术。其中在EXK为智能化产品[2]有72.5、123KV电压等级，其中EXK-01型Smart-GIS中体现了智能技术应用，是先进的一次设备制造技术、新型传感器和现代计算机技术的整合。

我国智能GIS发展现状

随着淮北110千伏桓谭变电站投运，我国已建成的智能变电站数量已经超过10座以上。其中有北川110千伏智能变电站、220千伏西泾智能变电站以及500千伏兰溪变电站，特别是世界最高电压等级的智能变电站——750千伏延安变电站投运，标志着我国智能变电站试点工程不断取得进展。这将拉开我国开始大规模建设智能变电站的序幕，同时对于我国建设坚强智能电网[4]也具有重要意义。

我国在淮北110千伏桓谭变电站的建设过程中，采用大量的新技术、新工艺、新设备来实现整个变电站的数字化、智能化。工程建设中应用国内领先的纯光纤电子式电流互感器；断路器独立地执行其当地功能，一次开关实现智能化；应用国内领先光学电压互感器技术；应用统一的信息共享平台；将通过配置光伏发电系统，以实现变电站的“零损耗”；应用智能化告警与分析策略高级智能功能应用智能站用电源及辅助设备系统；应用变压器新型光纤光栅温度传感器在线监控系统应用；采用GOOSE网络，实现网络化、信息共享标准化；应用GIS组合电气采用SF6压力、微水在线监测系统等，采用数字化的监视和控制手段减少了设备停电检修的几率和时间，实现一次设备100%在线监控。

基于可编程控制器的110kV智能化GIS二次控制系统设计与实现

系统控制要求

系统总体控制要求

传统的GIS控制系统主要是模拟控制板、多位控制开关、光字牌、辅助开关、中间继电器、接触器等构成，用户通过手动操作模拟控制台，通过一系列的中间继电器的联锁验证后，在满足主回路逻辑条件和内部电控元件的自锁保护条件下，对开关进行输出控制，光字牌则主要用来直接反映开关位置状态和其它报警信号。其现场安装接线和调试工作量大，大量元件造成整个系统可靠性较低，容易拒动和误动作，而且，无法进行智能控制和在线监控功能。

本文提出的基于PLC系统的GIS二次智能化控制和监测系统，省去了模拟控制板、光字牌和中间继电器等外设元件，它们都将以模拟或者数字信号的方式存在于PLC程序中或者直接显示于触摸屏。一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。换言之，变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。

其中中间继电器均以中间变量的形式存在于PLC程序中，而模拟控制板和光字牌则直接在触摸屏中以图形状态体现，同时与PLC程序中的对应变量相关联。因此它不仅节省了元件成本，同时也提升了系统的安全性和稳定性。

同时，为监测GIS一次元件的正常运行，早日发现事故隐患，本系统根据GIS开关运行特性，除应满足电力系统要求的“五防”和“四遥”外，还增加了如下的智能化程序模块，以便用户能迅速判断开关的运行状况，更准确地确定开关的检修时间，使开关的状态检修更加有针对性，最终达到节约成本目的：

1)断路器、三工位隔离、接地开关、快速接地开关等操作元件的合分闸操作记录，用于监视各一次主要操作元件是否达到额定的机械寿命。

2)断路器事故分闸记录，记录开断电流的加权值，间接测量断路器弧触头的烧损情况[1]。

3)记录各元件气室的SF6气体密度变化情况，同时增加监视SF6气体的下降变化率，以便更准确地判断故障。

4)断路器、三工位隔离、接地开关、快速接地开关等操作元件的操作回路监视，包括常规的回路断线，电机回路故障等，还增加了电机操作电流监视，以判断机构有无卡涩等情况。

系统的主要功能组成

整个系统由设备控制部分、在线监测部分和安全监控部分组成。设备控制部分主要完成数据和状态信号采集、现场控制输出。在线监测部分主要进行现场模拟量数据的收集、分析，并向用户提供状态检修意见和报警功能。监控部分则通过比较经过CPU处理的数据，实时显示系统各元件的工作状态，并向设备控制层发出控制指令，实现“遥信、遥测、遥控、遥调”功能。

系统监控层通过西门子的软件STEP7和SIMATICWINCCFLEXIBLE操作屏组态软件进行编程，它承担了控制操作、状态显示、数据处理、操作记录等功能。用户在就地操作时，可通过触摸屏了解整个系统的工作状态，查看报警信息、发出控制信号；用户在远方操作时，可通过WINCC组态后的画面，了解整个系统的工作状态，查看报警信息、发出控制信号。

此监控层实现的主要功能如下：

1）控制操作：对系统内的所有被控断路器和辅助开关进行实时控制。

2）状态显示：用图形实时地显示一次主接线图内主要元件的运行状态。

3）数据处理：利用实时数据和历史数据，对系统内采集的各状态量进行逻辑判断。

4）操作记录：实时地记录用户对本系统的每一个操作（包括日期、用户名、设备名、具体操作结果等）

5）报警功能：当某一指定状态量发生变位时，直接通过触摸屏中的虚拟光字牌显示系统报警信号。

6）安全设置：可以设置多级密码，按不同的操作权限分别加密，以特定管理员来限定用户级别，并记录其它用户信息；普通用户将无法创建其它用户或者查看其它用户信息；管理员和普通用户均须登录成功后方可进行控制操作或者查看操作记录。

可编程控制器的选型

系统的硬件配置和构成

GIS控制系统硬件配置与一次元件的构成是相互相存的，主要根据一次元件的内容来配置二次元件功能和配置，为了说明本文的主要功能，设计一次系统主接线如图2.1所示：

图2.1一次系统主接线

其中CT11-CT14为电流互感器，用于测量一次系统电流，PT01为母线侧电压互感器，用于测量变电站母线电压，PT11为线路侧电压互感器，用于测量线路侧电压，CB11为线路断路器，DSES11为母线侧三工位开关，DSES13为线路侧三工位开关，FES1开关为线路侧快速接地开关。

通过分析比较国内外知名公司的工控产品并结合GIS智能控制系统的需求，选用了深圳鑫诺尔的HTS-2000VA正弦波逆变电源、西门子的SIMATICS7-300可编程控制器和TP277触摸屏来构成此智能控制系统。系统硬件配置如图2.2所示：

图2.2系统硬件配置图

深圳鑫诺尔的HTS-2000VA正弦波逆变电源专门为通信系统、电力系统及工业自动化应用而设计的高品质逆变器，产品具有直流输入过欠压、输出过载保护、短路保护、直流输入与交流输出完全电气隔离等保护功能。并可提供RS232数字通信口、输入与输出有或无的故障干接点，也可通过计算机进行监控逆变电源的工作状态及历史记录，同时可以通过LCD或LED显示逆变电源的工作状态。

SF6密度变送器采用秦川集团宝鸡仪表有限公司MSK—20型远传六氟化硫气体密度控制器，该仪器用于高压开关设备灭弧气体—六氟化硫(SF6)密度监测[3]的专用仪表，是该公司最新研制的机电一体化产品。仪表由MS-20型六氟化硫气体密度变送器、YX—100SF6六氟化硫气体压力（密度）表组合而成。变送器输出的4~20mA信号可接入PLC实时显示六氟化硫气体的密度，并可实现报警和闭锁功能。仪表外观新颖，美观大方。具有独特先进的环境温度补偿功能，改变了传统的一般六氟化硫气体压力表的压力监测值与温度压力变化曲线对照来计算六氟化硫气体实际密度的繁杂检测过程。该表在使用温度范围内的任何温度下指示的压力值即指示的是室温20℃的压力（密度）值。

断路器三相电流二次测量采用香港恒发科技有限公司HF-SD(DP)420E型交流电流传感器，采用霍尔电流元件，输入电流（交流）0-10A，电流测量范围0-50A，输出电流4-20mA，响应时间≤20mS，线性度≤1%FS，直流电源为5-24VDC。能满足断路器三相故障电流采样使用。

可编程控制器采用SIMSTICS7-300系统，是西门子公司的新一代高端产品，它具有完善的指令集，且采用了模块化的设计，使得其在计算性能、可扩展性和稳定性等方面有突出的优势；彩色触摸屏TP277配以西门子经典组态软件SIMATICWINCCFLEXIBLE操作屏组态软件，使得整个人机界面操作简单灵活，且管理功能强大，可以直观准确的实现GIS系统的各项监控功能，并完全满足系统智能控制的要求；远方控制中心采用基于西门子WINCC控制系统的上位PC机，用于就地设备的操作、状态显示、历史记录、SOE显示和RTU功能。

PLC硬件配置

硬件设备中PLC元件表见表3.1，其中包括CPU（中央处理单元）、电源模块、开关量输入模块、开关量输出模块、光纤接口PROFIBUSDP主站或从站等，这些模块均为西门子SIMATICS7-300PLC系列的标准模块。其中数字量输入模块（DI16XDC24VSM321输入模块）采用高速输入响应模块，响应时间小于200μS，满足高压开关开入量10ms测量要求。模拟量输入模块采用高速输入响应模块，响应时间小于10mS，能满足电流测量要求。

表2.1可编程控制器的硬件配置表

I/O点及地址分配

根据控制要求，对可编程控制器的I/O点及地址进行分配，详见表2.2。

表2.2可编程控制器的I/O点及地址进行分配表

电气控制系统原理图

表2.3可编程控制器的I/O点及地址进行分配表

系统控制程序的设计

系统控制流程图

图3.1主程序框图

控制程序的设计

图3.2断路器（或三工位开关、快速接地开关）的控制程序框图

图3.3电机电流采集和判断程序框图

结论

本次论文主要完成了间隔层的智能化GIS开关操作柜设计研究，说明了西门子S7-300型在GIS智能化设计过程的应用情况，通过S7-300丰富的编程功能和强大的硬件配置，完成了基本间隔要求的开关操作、联锁设计、就地电量/电度采集，实现了变电站的遥控，遥信和遥测的功能，有效地实现了高压开关的最安全控制；利用采集的开关机构操作过程电流信号以及操作时间，可以进一步分析开关机械设备的状况；同时，由于GIS自身的结构特点，不可避免存在SF6气体的泄漏，本次系统对SF6气体压力在线连续监视和诊断，很大程度上确保GIS的安全运行，促使用户在压力波动大时提前检修设备，避免事故的发生，为用户的实现状态检修提供依据；智能判断故障设备并自动告警，进一步提高了系统的可用性；采用标准的通信协议以及高速安全的网络通信与电站级管理系统连接，实现了变电站综合自动化对高压电器的智能化要求。

参考文献

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