淺談電氣工程自動化技術(shù)的運用

張云普

【摘 要】經(jīng)濟(jì)的迅速繁殖，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步促使社會中各行都在不斷地發(fā)展壯大，特別是各種高、新、尖、精的技術(shù)應(yīng)用，而所有的一切都離不開電，而電的中樞一變電更是必不可少，起到至關(guān)重要的作用。本文將對自動化技術(shù)在電氣工程中的運用進(jìn)行討論分析。

【關(guān)鍵詞】電氣工程；電氣自動化；自動化技術(shù)；運用

1.電氣自動化監(jiān)控方式

1.1集中監(jiān)控方式

集中監(jiān)控方式不但運行維護(hù)方便，控制站的防護(hù)要求也不高，而且系統(tǒng)設(shè)計也很容易。但由于這種方式是將系統(tǒng)的各個功能集中到一個處理器進(jìn)行處理，所以處理器的任務(wù)相當(dāng)繁重，處理速度也會受到一定的影響。由于電氣設(shè)備全部進(jìn)入監(jiān)控，致使主機(jī)冗余的下降、電纜數(shù)量增加，投資加大，長距離電纜引入的干擾也可能影響系統(tǒng)的可靠性。同時，隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯(lián)鎖采用硬接線，由于隔離刀閘的輔助接點經(jīng)常不到位，這也會造成設(shè)備無法操作。這種接線的二次接線比較復(fù)雜，查線也不方便，而大大增加了維護(hù)量，還存在在查線或傳動過程中由于接線復(fù)雜而造成誤操作的可能性。

1.2遠(yuǎn)程監(jiān)控方式

遠(yuǎn)程監(jiān)控方式具有節(jié)約大量電纜、節(jié)省安裝費用、節(jié)約材料、可靠性高和組態(tài)靈活等優(yōu)點。但由于各種現(xiàn)場總線的通訊速度不是很高，使得電廠電氣部分通訊量相對又比較大，所以這種方式大都用于小系統(tǒng)監(jiān)控，而在全廠的電氣自動化系統(tǒng)的構(gòu)建中卻不適用。

1.3現(xiàn)場總線監(jiān)控方式

目前，對于以太網(wǎng)（Ethernet）、現(xiàn)場總線等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于變電站綜合自動化系統(tǒng)中，而且已經(jīng)擁有了豐富的運行經(jīng)驗，智能化電氣設(shè)備也有了較快的發(fā)展，這些都為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)電廠電氣系統(tǒng)奠定了堅實的基礎(chǔ)?，F(xiàn)場總線監(jiān)控方式使系統(tǒng)設(shè)計更加具有針對性，對于不同的間隔可以有不同的功能，這樣就可根據(jù)間隔的情況進(jìn)行設(shè)計。這種監(jiān)控方式除了具有遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的全部優(yōu)點外，還可以減少大量的隔離設(shè)備、端子柜、模擬量變送器等，而且智能設(shè)備就地安裝，與監(jiān)控系統(tǒng)通過通信線連接，節(jié)省了大量控制電纜，節(jié)約了很多投資和安裝維護(hù)工作量，從而降低成本。此外，各裝置的功能相對獨立，組態(tài)靈活，使整個系統(tǒng)具有可靠性而不會導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。因此現(xiàn)場總線監(jiān)控方式是今后發(fā)電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。

2.電力系統(tǒng)自動化技術(shù)

2.1變電站自動化

變電站自動化的目的是取代人工監(jiān)視和電話人工操作，提高工作效率，擴(kuò)大對變電站的監(jiān)控功能，提高變電站的安全運行水平。變電站自動化的內(nèi)容就是對站內(nèi)運行的電氣設(shè)備進(jìn)行全方位的監(jiān)視和有效控制，其特點是全微機(jī)化的裝置替代各種常規(guī)電磁式設(shè)備；二次設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化，盡量采用計算機(jī)電纜或光纖代替電力信號電纜；操作監(jiān)視實現(xiàn)計算機(jī)屏幕化；運行管理、記錄統(tǒng)計實現(xiàn)自動化。變電站自動化除了滿足變電站運行操作任務(wù)外還作為電網(wǎng)調(diào)度自動化不可分割的重要組成部分，是電力生產(chǎn)現(xiàn)代化的一個重要環(huán)節(jié)。

2.2電網(wǎng)調(diào)度自動化

電網(wǎng)調(diào)度自動化主要組成部分，由電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工作站、服務(wù)器、大屏蔽顯示器、打印設(shè)備等，其主要是通過電力系統(tǒng)專用廣域網(wǎng)連結(jié)的，下級電網(wǎng)調(diào)度控制中心、調(diào)度范圍內(nèi)的發(fā)電廠、變電站終端設(shè)備（如測量控制等裝置）等構(gòu)成。電網(wǎng)調(diào)度自動化的主要功能是：電力生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控電網(wǎng)運行安全分析、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計、電力負(fù)荷預(yù)測、自動發(fā)電控制（省級電網(wǎng)以上）、自動經(jīng)濟(jì)調(diào)度（省級電網(wǎng)以上）并適應(yīng)電市場運營的需求等。

2.3發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)（DCS）

發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)（DCS）一般采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由過程控制單元（PCU）、運行員工作站（0S）、工程師工作站（ES）和冗余的高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）組成。

過程控制單元（PCU）由可冗余配置的主控模件（MCU）和智能I/0模件組成。MCU模件通過冗余的I/0總線與智能FO模件通訊。PCU直接面向生產(chǎn)過程，接受現(xiàn)場變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開關(guān)量、脈沖量等信號，經(jīng)運算處理后進(jìn)行運行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的實時顯示和打印以及輸出信號直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成生產(chǎn)過程的監(jiān)測、控制和聯(lián)鎖保護(hù)等功能。

運行員工作站（0S）和工程師工作站（ES）提供了人機(jī)接口。 運行員工作站接收PCU發(fā)來的信息和向PCU發(fā)出指令，為運，行操作人員提供監(jiān)視和控制機(jī)組運行的手段，工程師工作站為維護(hù)工程師提供系統(tǒng)組態(tài)設(shè)置和修改、系統(tǒng)診斷和維護(hù)等手段。

3.通用變頻器開始大量投入實用

一般把系列化、批量化、占市場量最大的中小功率如400KVA以下的變頻器稱為通用變頻器。從產(chǎn)品來看，第一代是普通功能型U/F 控制型，多采用16位CPU，第二代為高功能型U/F型，采用32位DSP或雙16位CPU進(jìn)行控制，采用了磁通補(bǔ)償器、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償器和電流限制拄制器.具有挖土機(jī)和“無跳閘”能力，也稱為“無跳閘變頻器”。這類變頻器！目前占市場份額最大。第三代為高動態(tài)性能矢量控制型。它采用全數(shù)字控制，可通過軟件實現(xiàn)參數(shù)自動設(shè)定，實現(xiàn)變結(jié)構(gòu)控制和自適應(yīng)控制，可選擇U/F頻率開環(huán)控制、無速度傳感器矢量控制和有速度傳感器矢量控制，實現(xiàn)了閉環(huán)控制的自優(yōu)化。從技術(shù)發(fā)展看，雖然電力半導(dǎo)體器件有GTO、GTI、IGBT，但以后兩種為主，尤以IGBT為發(fā)展趨勢：變頻器的可靠性、可維修性、可操作性即所謂的RAs（ Reliabiliry，Availability，Serviceability）功能也由于采用單片機(jī)控制動技術(shù)而得以提高。

4.單片機(jī)、集成曳路及工業(yè)控荊計算機(jī)的發(fā)展

以MCS-51為代表白8位機(jī)雖然仍占主導(dǎo)地位，但功能簡單，指令集短小，可靠性高，保密性高，適于大批量生產(chǎn)的PIC系列單片機(jī)及CMS97C系列單片機(jī)等正在推廣，而且單片機(jī)的應(yīng)用范圍已開始擴(kuò)展至智能儀器儀表或不太復(fù)雜的工業(yè)控制場合以充分發(fā)揮單片機(jī)的優(yōu)勢另外，單片機(jī)的開發(fā)手段也更加豐富，除用匯編語言外，更多地是采用模塊化的（-語言、PL/M語言）。

在集成電路方面，需要重點說明的是集成模擬乘法器和集成鎖相環(huán)路及集成時基電路在自動控制系統(tǒng)中運用很廣。在電機(jī)控制方面，還有專用于產(chǎn)生PWM控制信號的HEF4752、TL494、SLE4520和 MA818等應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。

在邏輯電路方面，值得注意的是用專用芯片（ASIC）進(jìn)行邏輯設(shè)計。 ASIC（Appilca-， tion Specific L ntegrated Circuit）中有編程邏輯陣列 PLD（Programrnable Logic Device）。 PLD力現(xiàn)有四種類型的器件： PROM、FPLA、PAL、GAL。GAL是PAL的第二代產(chǎn)品，它可以在線電擦洗，與TTL兼容，有較高的響應(yīng)速度，有可編程的保密位等優(yōu)點。這些特點使得 GAL在降低系統(tǒng)造價，減少產(chǎn)品體積和功耗，提高可靠性和穩(wěn)定性及簡化系統(tǒng)設(shè)計，增強(qiáng)應(yīng)用的保密性方面有廠‘闊的發(fā)展產(chǎn)景，特別適合新產(chǎn)品研制及DMA控制和高速圖表處理，其上述交流的控制最終用工業(yè)控制計算機(jī)完成。

5.結(jié)語

眾所周知，電氣自動化技術(shù)是當(dāng)今世界最活躍、最充滿生機(jī)、最富有開發(fā)前景的綜合性學(xué)科與眾多高新技術(shù)的合成。其應(yīng)用范圍十分廣泛，幾乎滲透到國民經(jīng)濟(jì)各個部門，我國社會對電力的需求日益增大，同時我國的電網(wǎng)建設(shè)水平不斷發(fā)展，并取得了長足進(jìn)步，電氣自動化技術(shù)也隨之提高。