淺談電氣與儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)

禹宏雷 薛成群 韓旭

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)尤其是計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，電氣設(shè)備的自動(dòng)化水平越來越高，其設(shè)備上集成的各種功能設(shè)施越來越多，電氣設(shè)備正在自動(dòng)化以及集成化的道路上越走越遠(yuǎn)，越走越快，電氣設(shè)備的使用效率也越來越高。但與電氣自動(dòng)化水平發(fā)展相反的是，目前正在使用中的電器設(shè)備，依然存在著系統(tǒng)老化和控制系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況，這種情況不但嚴(yán)重也阻礙了企業(yè)的發(fā)展，也影響了電氣設(shè)備的自動(dòng)化水平發(fā)展。文章在電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制功能上，對(duì)電氣儀表設(shè)備的系統(tǒng)控制進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：電氣儀表；控制系統(tǒng)；自動(dòng)化

前言

目前，在一些企業(yè)中的電氣儀表設(shè)備系統(tǒng)都比較陳舊，技術(shù)又比較單一，科技水平低，控制技術(shù)落后，無法實(shí)行智能化的系統(tǒng)控制。隨著科技的不斷進(jìn)步，電氣自動(dòng)化的技術(shù)也在不斷的進(jìn)行創(chuàng)新，計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)的發(fā)展，同樣推動(dòng)了電氣自動(dòng)化技術(shù)的向前發(fā)展，電氣系統(tǒng)改為可以監(jiān)控的PLC（即可編程邏輯控制器）后，引起的自動(dòng)化控制逐漸向集成化，以智能化方向發(fā)展，而且在應(yīng)用的領(lǐng)域，不斷的推廣，發(fā)展創(chuàng)新。先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)和推廣，不但提升了操作的便捷性，而且提升了儀表的精細(xì)化管理水平。

1 電氣與儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能概述

1.1 智能監(jiān)控

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以對(duì)周邊的生產(chǎn)生活環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集環(huán)境信息。監(jiān)測(cè)一般通過相應(yīng)的傳感器來進(jìn)行，傳感器的類型主要有煤器傳感器，溫度傳感器，煙霧傳感器等多種類型，傳感器得到的信息通過由紅外收發(fā)模塊（主要由信號(hào)源及紅外收發(fā)裝置結(jié)合組成）進(jìn)行傳輸，這種收發(fā)系統(tǒng)的信號(hào)源一般由紅外線發(fā)光二極管構(gòu)成，其接著裝置常用的是光敏三極管。在工作情況下，紅外發(fā)射管會(huì)不斷的發(fā)出紅外光，然后紅外接收管接收到這些光線之后，將所得信號(hào)輸出到單片機(jī)上。哪有紅外線發(fā)射管局接手管組成的警戒線被遮擋時(shí)，紅外線接收管，不給單片機(jī)輸出信號(hào)，此時(shí)單片機(jī)會(huì)產(chǎn)生中斷，發(fā)出報(bào)警信號(hào)到相應(yīng)基站。通過這樣的一種方式，可以在無人的情況下對(duì)所處環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)智能控制。

1.2 自動(dòng)控制與保護(hù)功能

高壓和大電流開關(guān)設(shè)備的體積很大，主要的功能是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分、合閘。當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)了問題，只有安裝一套完整的屯子自動(dòng)化操作設(shè)備，才能夠?qū)╇娤到y(tǒng)進(jìn)行調(diào)控。

眾所周知，自動(dòng)化儀表工程是一項(xiàng)涉及面極廣、質(zhì)量要求極高的綜合性工程。具體就是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)、信息信號(hào)處理技術(shù)、現(xiàn)代電子通信技術(shù)，將包括測(cè)量?jī)x、信號(hào)系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等在內(nèi)的儀表設(shè)備經(jīng)過功能的優(yōu)化組合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)控制、微機(jī)保護(hù)和調(diào)度通信等綜合性的自動(dòng)化控制。

1.3 測(cè)量功能

設(shè)備中的指示燈或者音響的信號(hào)只能夠簡(jiǎn)單的表征設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如果要精準(zhǔn)的了解設(shè)備的工作情況，就需要設(shè)備儀表對(duì)線路進(jìn)行參數(shù)的測(cè)量，包括電壓、電流以及頻率等。在操作的組件與儀表等設(shè)備之中都能夠通過電腦控制系統(tǒng)所取代，這就實(shí)現(xiàn)了微機(jī)自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)。

2 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的模塊組成

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要由PLC控制模塊，通信模塊，和中央控制模塊組成，下面分別介紹這三種系統(tǒng)。

2.1 PLC控制模塊

PLC控制模塊在電氣元件的選擇上是非常嚴(yán)格的，每一件電器元件都具有獨(dú)立的屏蔽系統(tǒng)，避免了電磁輻射作用的元件的干擾，在每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)上都需要遵守相應(yīng)的生產(chǎn)制度，對(duì)每一個(gè)原價(jià)都必須進(jìn)行檢查，只有合格的產(chǎn)品才會(huì)得到應(yīng)用，這種嚴(yán)格的生產(chǎn)和檢查制度提升了原價(jià)的使用性能，在實(shí)際應(yīng)用中，使用PLC控制模塊可以得到更穩(wěn)定的生產(chǎn)性能。PLC控制模塊體積小，質(zhì)量輕，安裝容易，操作簡(jiǎn)便，所以在PLC的控制系統(tǒng)建立時(shí)，消耗時(shí)間短，操作便捷，產(chǎn)品的更改和升級(jí)更為容易。PLC的操作界面非常人性化，在顯示面板上可以直接看到顯示的內(nèi)容，對(duì)使用者的操作能力要求比較低，更適于推廣。

2.2 通訊模塊

通訊模塊的主要功能是將數(shù)據(jù)采集儀器收集到的各種數(shù)據(jù)存放于存儲(chǔ)器中，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)系統(tǒng)。這種通訊系統(tǒng)一般使用通信網(wǎng)絡(luò)中的通用技術(shù)，像現(xiàn)在廣泛使用的TCP/IP協(xié)議，利用現(xiàn)有的局域網(wǎng)或者是互聯(lián)網(wǎng)功能，可以減少很多設(shè)備資源的使用，同時(shí)可以保證信息傳輸中的精確性及穩(wěn)定性，保障通信信號(hào)的實(shí)時(shí)暢通，如果通訊模塊采用光纖進(jìn)行通信，可以更好的降低傳輸中的誤碼率，降低外界因素對(duì)通信模塊的干擾。使用局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)作為基礎(chǔ)技術(shù)的通信模塊系統(tǒng)，不但可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的信息傳遞，還可以利用網(wǎng)絡(luò)在其他設(shè)備上實(shí)現(xiàn)信息共享，優(yōu)化信息傳遞途徑，同時(shí)實(shí)現(xiàn)人力資源的有效利用。

2.3 中央控制系統(tǒng)

中央控制系統(tǒng)是由安裝在系統(tǒng)中的微型計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制，隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，微型的計(jì)算機(jī)具有多種功能和相應(yīng)的特點(diǎn)，具備數(shù)量眾多的接口，可以連接眾多的設(shè)備，完成系統(tǒng)所分配的各種任務(wù)。與人工操作相比，在對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，微型計(jì)算機(jī)具有精度高，速度快的特點(diǎn)，在使用中央控制系統(tǒng)進(jìn)行操控時(shí)，能顯著提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，到操作的精確性和穩(wěn)定性。中央控制系統(tǒng)不但可以對(duì)傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并根據(jù)內(nèi)置的程序，找出相應(yīng)的解決方式，還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警功能，不間斷地對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的異常情況，可以及時(shí)的報(bào)警并啟動(dòng)相應(yīng)的預(yù)案進(jìn)行處理，避免了人為操作時(shí)的延遲。

3 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及工作過程

3.1 設(shè)計(jì)思想

3.1.1 集中監(jiān)控方式

集中監(jiān)控的主要目的就是將系統(tǒng)的功能全部匯總到一個(gè)處理器進(jìn)行處理，所以處理的過程比較慢，而且信息量大，同時(shí)電氣設(shè)備在監(jiān)控的作用下，會(huì)使系統(tǒng)的可靠性降低，但是隨著CAN總線技術(shù)以及臺(tái)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用，智能電氣設(shè)備有了較快的發(fā)展，不僅可以節(jié)約電纜等材料，而且在網(wǎng)絡(luò)的連接下可以使整個(gè)組態(tài)更加的靈活自如，降低系統(tǒng)發(fā)生故障的可能。

3.1.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控

遠(yuǎn)程監(jiān)控主要是通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立，最主要的影響因素就是在強(qiáng)噪聲干擾信號(hào)環(huán)境下的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)，因?yàn)檎駝?dòng)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的基礎(chǔ)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種具有計(jì)算機(jī)通信能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過自由組織形成的無線網(wǎng)絡(luò)。在傳感器節(jié)點(diǎn)之間的作用下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)周邊信息以及監(jiān)測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)檢查，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)周邊設(shè)備的狀態(tài)感知以及故障診斷、預(yù)知維修等功能，保證了電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

3.2 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的工作過程

3.2.1 調(diào)度端系統(tǒng)的工作過程

在計(jì)算機(jī)發(fā)送的信息被自動(dòng)化電氣設(shè)備系統(tǒng)接收后，通過前置機(jī)的處理，儲(chǔ)存到相應(yīng)的儲(chǔ)存設(shè)備中，將信息完整地保存下來，然后服務(wù)器將相關(guān)的信息傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的工作站當(dāng)中，最后經(jīng)過WEP服務(wù)器將系統(tǒng)的信息傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)，便需要的人共享信息。

3.2.2 RTU的工作流程

可以通過控制遠(yuǎn)程的遙測(cè)采集板，AID轉(zhuǎn)換器等設(shè)備，對(duì)變電所的遙測(cè)量進(jìn)行采集，通過信息網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)信息發(fā)送到控制單元上。經(jīng)中央控制系統(tǒng)處理后，將信息發(fā)送到相關(guān)的功能計(jì)算機(jī)，最后將處理其發(fā)送到調(diào)度端，進(jìn)行綜合處理。

綜上所述，雖然電氣儀表自動(dòng)化系統(tǒng)在近些年取得了很大的發(fā)展，應(yīng)用這一系統(tǒng)，可以在一定程度上提高生產(chǎn)效率，但因?yàn)檫@一系統(tǒng)尚不成熟，在實(shí)際的應(yīng)用中還存在著一些問題，解決這些問題，其是如何在控制系統(tǒng)上加強(qiáng)自我診斷能力，具有自我維護(hù)的功能，提高運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要在以后研究中的重點(diǎn)解決。雖然電氣儀表自動(dòng)化系統(tǒng)存在著這樣那樣的問題，其在應(yīng)用領(lǐng)域中的優(yōu)點(diǎn)非常的突出，在今后的各行各業(yè)中必然得到更廣泛的應(yīng)用，在研究中，用不斷的適應(yīng)這個(gè)趨勢(shì)，針對(duì)不同行業(yè)的使用特點(diǎn)，有針對(duì)性地開發(fā)相應(yīng)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，使相應(yīng)的機(jī)械生產(chǎn)加工更精確，更規(guī)范，穩(wěn)定，使我國的機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)走向高精度，高質(zhì)量，高標(biāo)準(zhǔn)的健康發(fā)展之路。

參考文獻(xiàn)

[1]華樹超，孫娜.基于電氣工程自動(dòng)化的智能化技術(shù)應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012.