探究電氣自動化控制系統(tǒng)的設計

屠芃

【摘要】隨著經(jīng)濟社會與科技水平的不斷進步，各行業(yè)的自動化、智能化水平越來越高，現(xiàn)代通訊技術的發(fā)展為數(shù)據(jù)的批量傳輸提供了平臺，利用高科技及時掌握現(xiàn)場設備的工作情況成為可能。在電氣自動化領域，由計算機控制的，更加靈活和易于集成的控制系統(tǒng)得到了廣泛的使用。筆者結合自身工作經(jīng)驗，就電氣自動化控制系統(tǒng)的組成、設計和發(fā)展趨勢進行了分析，希望能對廣大同行有所幫助。

【關鍵詞】電氣自動化；系統(tǒng)功能；設計思想；發(fā)展趨勢

近年來，電氣自動化控制系統(tǒng)在各行業(yè)中的應用越來越多，企業(yè)的人力成本，受到了越來越多的關注。電氣自動化控制系統(tǒng)的設計，需要把握各個環(huán)節(jié)的優(yōu)勢并有效利用，還要力求符合實際生產(chǎn)需求，充分發(fā)揮創(chuàng)新精神，努力創(chuàng)造屬于我們自己的電氣自動化控制系統(tǒng)，為國家先進控制系統(tǒng)的建設添磚加瓦。

一、電氣自動化系統(tǒng)的組成及功能

（一）電氣自動化控制系統(tǒng)的組成

當前常見的控制系統(tǒng)基本回路主要由以下幾個部分構成：

電源供電回路，其職能即向工作回路提供工作電源。

保護回路，其職能為對電氣設備、線路進行短路、失壓、過載保護，通常由失壓線圈、熔斷器、穩(wěn)壓組件、整流組件和熱繼電器組成。

信號回路，其職能在于將電信號轉換為能直接反應設備工作狀態(tài)的形式。

手動與自動回路，雖然自動控制環(huán)節(jié)在控制工程中使用最為廣泛，但在安裝、調(diào)試和處理緊急故障時通常會采用手動控制環(huán)節(jié)，二者間的轉換通?？赏ㄟ^組合開關和轉換開關來實現(xiàn)。

制動停車回路，對于一個較為完善的系統(tǒng)來說，啟動過程和制動過程是缺一不可的。倒拉反轉制動、能耗制動、電源反接制動、再生發(fā)電制動是較為常見的電動機停車制動方式。

自鎖和閉鎖回路。啟動按鈕松開后，設備維持運轉的環(huán)節(jié)即自鎖環(huán)節(jié)。在有兩臺或多臺以上設備的組件與裝置中，只有一臺能通電啟動，而另一臺不能通電啟動的保護環(huán)節(jié)，即自閉環(huán)節(jié)。

（二）電氣自動化控制系統(tǒng)的功能

控制回路是能夠實現(xiàn)主回路線路的穩(wěn)定和安全的若干電子組件的集合。其功能主要包括以下幾個方面：

自動控制功能，當一臺設備出現(xiàn)故障時，開關要自動切斷電路，保證設備和整個回路的安全，因此，具備自動控制功能的電氣設備是電氣自動化控制系統(tǒng)的必要設備。

保護功能，電氣設備運行時，有可能會發(fā)生難以預料的故障，如電壓、電流、功率強出超出設備和線路所允許的強度與范圍，因此，需要一個能及時檢測這些故障，并自動處理的保護系統(tǒng)。

測量功能，視聽信號能有限的表明設備的工作狀態(tài)，但設備具體運行參數(shù)（如電流、電壓、頻率、功率）仍需要依靠專業(yè)設備進行測量。

監(jiān)視功能，僅憑外表難以判斷一臺設備是否是帶電，因此，須借助傳感器設置各種視聽信號來監(jiān)控系統(tǒng)的實時變化。

二、電氣自動化控制系統(tǒng)的設計思路

（一）集中監(jiān)控方式

集中監(jiān)控方式的優(yōu)點在于運行維護方便，對控制站的防護要求低，設計容易。但是，由于集中監(jiān)控方式是將系統(tǒng)的所有功能都集中到一個處理器上，處理器承擔著繁重的任務，處理速度較慢，同時，由于所有設備都納入了監(jiān)控，大量的監(jiān)控對象也使得主機冗余下降，電纜數(shù)量逐漸增加，長距離電纜的引入也會影響系統(tǒng)可靠性。由于隔離刀閘閉鎖和斷路器聯(lián)鎖采用硬接線，有可能會因隔離刀閘輔助接點不到位而引起設備不能操作。二次接線的復雜性也會使得維護查線工作量增大。

（二）遠程監(jiān)控方式

實際應用表明，遠程監(jiān)控方式具有安裝維護成本低，數(shù)據(jù)傳輸實時性好，可擴展性強，靈活性強的優(yōu)點。但在另一方面，各種現(xiàn)場總線（如CAN、Lonworks等）的通訊速度較慢，現(xiàn)代企業(yè)的通訊量又相對較大，因而將其使用顯示在了較小的系統(tǒng)內(nèi)，不能應用于全廠電氣自動化控制系統(tǒng)的設計。

（三）現(xiàn)場總線監(jiān)控方式

現(xiàn)場總線監(jiān)控是實現(xiàn)現(xiàn)場設備串行連接，實現(xiàn)自動化系統(tǒng)雙向傳輸?shù)木W(wǎng)絡。其具有以下方面的特點：可用性、開放性、互可操作性強，對現(xiàn)場環(huán)境的適應能力強；系統(tǒng)結構呈現(xiàn)高度的分散性，現(xiàn)場設備智能化程度高。近年來，隨著網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，現(xiàn)場總線技術、以太網(wǎng)等已經(jīng)在眾多電氣自動化控制系統(tǒng)中得到了大量的應用，CPU、PLC等控制器，啟動器，變頻器等設備間的聯(lián)系越來越密切。中央控制器是采集信息，保證系統(tǒng)可靠性的主要環(huán)節(jié)，即使部分設備出現(xiàn)故障，也只會影響相應元件，而不至于癱瘓整個系統(tǒng)。此外，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)通過控制數(shù)據(jù)庫組態(tài)與算法組態(tài)生成的算法和參數(shù)不僅能在遠程I/O和智能設備上運行，還能根據(jù)總線標準定義功能在智能儀表中進行運算，實現(xiàn)分布式控制。

三、電氣自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

OPC技術（即OIJE fnr Process Contr01）的出現(xiàn)，IEC61131標準的頒布使得電氣技術的發(fā)展必將會與計算機網(wǎng)絡密切聯(lián)系。當前，IEC61131已被各大控制系統(tǒng)商接受，成為國際化標準。而隨著PC機和服務器體系結構的更新與信息網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，自動化控制必然會與rr平臺相互融合。視頻處理技術、通訊技術、軟件技術的發(fā)展也必然會使人機界面、設備維護發(fā)生重要的轉變。

結語：

總而言之，隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，電氣自動化控制系統(tǒng)的設計已與計算機技術緊密結合。電氣自動化控制系統(tǒng)的設計，要把握各個環(huán)節(jié)的優(yōu)勢并有效利用，在不斷的探索中用高新技術武裝自己，發(fā)揮創(chuàng)新精神，創(chuàng)造和諧發(fā)展的局面。