淺談電氣與自動化設計在工程實踐中的融合

揭育東

（廣西恒潤電力有限公司，廣西 南寧 530000）

在傳統(tǒng)的工程設計活動中，電氣和自動化分屬兩個不同的專業(yè)，分別由兩部分不同專業(yè)的人員來協(xié)調、配合完成，從而也就決定了整個工程項目在施工過程以及以后的安裝調試、驗收，甚至工程項目完成以后的運行管理過程，電氣和自動化也是由兩個專業(yè)的不同人員來進行的。隨著電氣設備、自動化設備、網絡通訊設備及其技術的發(fā)展成熟，使得電氣設計和自動化設計工作相互滲透、交融，并且使思想方法、工作方式發(fā)生了很大的變化。因此我們也要作出相應調整，更好地達到兩個專業(yè)工作的合一，實現(xiàn)設備設計時電氣和自動一體化，機電一體化、控制和儀表系統(tǒng)的徹底分散、扁平化等。

1 傳統(tǒng)電氣和自動化設計思想的基礎和特點

按傳統(tǒng)設計制造方式提供的電氣設備其控制、保護和計量主要由分立的、機械的、物理的方式和部件來完成，其相互之間的功能組合構成達到用戶要求的配電產品。與其對應的完全由計算機構成的自動化控制系統(tǒng)，通過軟硬件組態(tài)達到用戶要求的系統(tǒng)控制管理功能。上述兩類設備分別由不同類的制造商提供，界限徑渭分明，它們由項目設計人員依據標準的現(xiàn)場信號條件和統(tǒng)一的控制管理原則劃定互聯(lián)的明顯界面，進行協(xié)調連接。電氣設計根據用電設備的用電負荷、負荷特點和用電設備的分布情況，設置高中低壓變配電系統(tǒng)。進而根據供電方條件、要求和用電設備要求和特點進行高中低壓變配電系統(tǒng)二次計量、保護、控制的設計；根據工藝控制要求和自動化系統(tǒng)要求，進行配電系統(tǒng)末端的用電設備就地控制設備的設計。

2 設備與技術發(fā)展為設計提供的現(xiàn)實基礎條件

高壓配電柜內的綜合保護控制器、綜合電量計量器；低壓配電柜內的自動空氣斷路器中的計算機控制模塊、馬達控制中心中的軟啟動器、變頻器的可控硅觸發(fā)數(shù)字控制器；就地機電設備中的小型PLC控制器；閥門電動裝置調節(jié)控制器；現(xiàn)場過程儀表，這些都可用現(xiàn)場總線連接在一起，以相同的通訊協(xié)議進行數(shù)據通訊。這些由于芯片嵌入、機電一體化、網絡通訊及其標準化統(tǒng)一所帶來的發(fā)展變化，使得測量和控制徹底的分散化于現(xiàn)場設備層得以實現(xiàn)?，F(xiàn)場通訊總線上的人機界面設備通過DDE方式采用商業(yè)化通用多平臺監(jiān)控軟件，提供運行管理人員介入系統(tǒng)的手段，并且不受時間、地點的限制。同時現(xiàn)在的監(jiān)控組態(tài)工具軟件亦有統(tǒng)一的標準 IECll31－3，系統(tǒng)制造商均對此予以支持。從控制系統(tǒng)拓撲結構上看，以現(xiàn)場總線為通訊媒介，只分為人機界面管理計算機、現(xiàn)場控制器兩個層面?，F(xiàn)在有幾大現(xiàn)場總線組織制定了相應的幾種現(xiàn)場總線通訊協(xié)議，符合同種通訊協(xié)議的現(xiàn)場控制器、儀表、嵌入式控制裝置可方便的通過現(xiàn)場總線連接組成控制系統(tǒng)。

監(jiān)控管理計算機可通過專用或商用通訊網絡與更加廣泛的管理系統(tǒng)相聯(lián)系。

3 新設計思想的內容和特點

由于現(xiàn)在高低壓變配電設備中具有嵌入式控制裝置、用電設備就地控制設備中具有的小型PLC控制器等，所以進行電氣設計時，不用像傳統(tǒng)設計時考慮集中的二次信號、計量、保護系統(tǒng)設備和自動化控制系統(tǒng)的預留互聯(lián)條件，只要按用電設備要求、工藝控制要求進行高低壓變配電系統(tǒng)，用電設備就地控制設備的一次電氣設計。同時按工藝控制要求進行儀表系統(tǒng)設計。根據供電方條件、要求和用電設備的要求和特點進行高低壓變配電系統(tǒng)二次計量、保護、控制的控制流程圖設計，根據工藝控制要求和自動控制要求，進行配電系統(tǒng)末端的用電設備就地控制設備的控制流程圖設計。在人機界面管理計算機上按上述各部分的控制流程圖，以符合 IECll3－3標準的組態(tài)工具軟件進行控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件組態(tài)，包括對儀表系統(tǒng)的組態(tài)。最后進行電氣及其控制設備安裝、電纜互聯(lián)和敷設設計。

這樣的設計流程與傳統(tǒng)的設計方式中電氣設計、自動化設計過程是平行進行的，并在過程中互提測控條件的方式有很大的不同，它簡化了設計流程，將電氣和自動化設計人員合二為一、提高設計時效。另外，自動化設計中組態(tài)工作無需像以往等待系統(tǒng)硬件定牌后才可進行，標準的組態(tài)工具軟件和網絡通信協(xié)議使不同的設備如同同一系統(tǒng)供應商的產品一樣便捷的整合成系統(tǒng)。工程項目經過這樣的設計后，得到的整個電氣及其控制系統(tǒng)是完全為扁平化、開放化的。其優(yōu)點是電氣與自動化系統(tǒng)合一，從電氣的角度看系統(tǒng)全部智能化；從控制系統(tǒng)的角度看，系統(tǒng)徹底分散化；從網絡的角度看，扁平、開放的結構提供給用戶更經濟、易用、高效的共享數(shù)據。

4 新設計思想與未來技術發(fā)展趨勢的融合

嵌入式控制裝置將覆蓋全部現(xiàn)場設備，現(xiàn)場總線通訊協(xié)議統(tǒng)一至最少的數(shù)量，嵌入式控制裝置具有完全符合標準現(xiàn)場總線通訊協(xié)議的網絡通訊功能，現(xiàn)場總線網絡上的全部節(jié)點設備的數(shù)據庫為分布式實時數(shù)據庫，這些就如同PC及其外設的USB接口形成一樣。同樣智能化、分布式、扁平化的設備控制系統(tǒng)構成的生產過程，也是生產管理系統(tǒng)的主要組成部分，數(shù)據共享、快速、高效、可靠、低成本也是扁平化管理系統(tǒng)的特點。為了實現(xiàn)上述功能，在進行未來的設計工作中要求設計人員既要進行電氣系統(tǒng)設計，又要能對嵌入式控制裝置進行編程組態(tài)，同時還要完成基于現(xiàn)場總線通訊協(xié)議網絡的構架及其監(jiān)控軟件（包括數(shù)據庫）的組態(tài)。這樣一個項目的設計工作過程無論從人員還是到流程都是快速、高效、扁平化的。通過互聯(lián)網設備供貨商、項目設計人員、企業(yè)生產管理者均可對設備和生產流程進行離線或在線的技術支持和調整，這也得益于嵌入式控制裝置和標準現(xiàn)場總線通訊協(xié)議網絡的全面實現(xiàn)。

5 電氣和自動化在工程實踐中的融合

由于高低壓變配電系統(tǒng)設備中具有嵌入式控制裝置、用電設備就地控制設備中具有PLC控制器和現(xiàn)場總線技術的應用，電氣和自動化的交融、一體化在電氣與自動化工程實踐活動的合二為一體現(xiàn)在以下幾點：①根據用電設備和工藝控制要求進行高低壓變配電系統(tǒng)、用電設備的一次電氣設計。②根據供電方條件、要求和用電設備要求和特點進行高低壓變配電系統(tǒng)二次計量、保護、控制的控制流程框圖設計。③根據工藝控制要求和自動控制要求，進行配電系統(tǒng)末端的用電設備的就地控制裝置的控制流程框圖設計。④根據工藝控制要求進行儀表、執(zhí)行器和操作管理站等系統(tǒng)的控制流程框圖設計。⑤在操作管理站上通過組態(tài)軟件的平臺，按上述電氣、自動化系統(tǒng)的控制流程框圖內容實現(xiàn)電氣和自動化系統(tǒng)的功能。軟件的接口標準協(xié)議趨于統(tǒng)一，可以進行在線、離線或遠程狀況下的組態(tài)編程。⑥進行現(xiàn)場設備和網絡系統(tǒng)的安裝、電纜敷設設計。⑦進行設備、網絡及系統(tǒng)軟件的安裝、調試。在整個工程實踐中，簡化了設計流程和施工流程。不用像傳統(tǒng)設計時考慮集中的二次信號、計量、保護系統(tǒng)設備和自動化系統(tǒng)之間的預留互聯(lián)條件，只要按用電設備要求、工藝控制要求進行高低壓變配電系統(tǒng)、用電設備就地控制裝置的一次電氣設計和儀表系統(tǒng)設計即可；施工過程中在設備安裝、電纜敷設連接后，直接進行調試，減少了兩個專業(yè)之間的配合調試，避免了兩部分人員分頭進行的現(xiàn)象。整個系統(tǒng)電氣與自動化互相嵌入、完全融合，體現(xiàn)在電氣的智能化、自動控制的徹底分散化、網絡的扁平化和開放化。

1 ［美］M. Tim Jones.嵌入式系統(tǒng) TCP/IP應用層協(xié)議［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2003