電氣自動化控制系統(tǒng)的設計

【摘 要】電氣自動控制系統(tǒng)是一種以計算機為基礎，便于集成和靈活控制的系統(tǒng)。在人們的生產生活中應用的越來越廣泛。電氣自動化控制系統(tǒng)的設計和應用也被越來越多的人所重視。正在被廣泛的應用。

【關鍵詞】電氣自動化；控制系統(tǒng)；設計；應用

近幾十年來，OPC技術的出現以及Windows、Microsoft平臺的使用使得在電氣自動化控制系統(tǒng)在計算機發(fā)展中的地位越來越顯赫。電氣系統(tǒng)自動化的市場需求推動了電氣自動化和IT平臺的不斷融合，電子商務的迅速發(fā)展同時也加速了這一進程。創(chuàng)新力量不僅使生產成本降低，同時也使生產效率大幅度提高；減少了消耗同時又提高質量。電氣自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展正朝著分散、開放、信息化方向發(fā)展。

1.電氣控制對象的特點和要求

（1）電氣控制系統(tǒng)相對熱機設備而言控制信息采集量小、對象少，操作頻率低，但強調快速性、準確性。

（2）電氣設備保護自動裝置要求可靠性高，動作速度快；同時對抗干擾要求較高。

（3）熱力系統(tǒng)控制處理信息量大，系統(tǒng)復雜，以過程控制為主電氣控制系統(tǒng)（ECS）主要以數據采集系統(tǒng)和順序控制為主，連鎖保護較多。

2.常規(guī)ECS系統(tǒng)的實現水平

目前，大多數電廠和DCS廠家所實現的ECS控制功能主要局限在以下幾個方面：

（1）監(jiān)視部分發(fā)電機—變壓器組系統(tǒng)，勵磁系統(tǒng)，高、低壓廠用電系統(tǒng)及備用電源系統(tǒng)，220V直流系統(tǒng)和UPS電源系統(tǒng)，電氣公用系統(tǒng)，所控電氣設備開關、閘刀的狀態(tài)監(jiān)視；中央信號及事故報警，事故記錄及追憶功能。

（2）控制部分發(fā)電機—變壓器組單元電氣一次設備的控制、聯鎖，發(fā)電機程序起停，ASS的投切；廠用工作電源，高、低壓廠變與高、低壓備變之間的正常切換操作；電氣接地系統(tǒng)管理；220kV斷路器、隔離開關的控制。應該說在傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)中對電氣量的監(jiān)視、控制非常有限，尤其是對電氣專用智能設備信息的采集更是少之又少，致使這些設備各自為政，對運行人員來說，無法在操作員站的監(jiān)視器上了解相關信息。有時不得不采用大量的電流、電壓變速器將部分模擬量采集進DCS系統(tǒng)；或者采用硬接線的方式接入DCS系統(tǒng)，使系統(tǒng)復雜、投資增加和資源浪費。

近幾年，電氣專用設備朝智能化、小型化、多功能、信息量大的方向發(fā)展。電氣專用設備制造廠家，如國電南瑞、國電南自、北京四方、許繼電氣、東大金智等廠家，紛紛推出了雙CPU（或三CPU）、智能型、帶現場總線接口的高可靠性能的產品。加之這些廠家也推出了自主知識產權的電氣綜合自動化系統(tǒng)，使ECS功能擴展，實現電氣綜合自動化，同時保證電氣系統(tǒng)的相對獨立性的條件已經成熟。

3.電氣綜合自動化系統(tǒng)的功能

根據單元機組的運行和電氣控制的特點，應將發(fā)電機一變壓器組和廠用電源等電氣系統(tǒng)的控制都納入ECS監(jiān)控。其基本功能為：

（1）發(fā)變組出口220kV/500kV斷路器、隔離開關的控制及操作。

（2）發(fā)變組保護、廠高變保護、勵磁變壓器保護控制。

（3）發(fā)電機勵磁系統(tǒng)。包括啟勵、滅磁操作，控制方式切換，增磁、減磁操作，PSS（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）的投退。

（4）220kV/500kV開關自動同期并網及手動同期并網。

（5）6kV高壓廠用電源監(jiān)視、操作、廠用電壓快切裝置的狀態(tài)監(jiān)視、投退、手動啟動等。

（6）380V低壓廠用電源監(jiān)視、操作、低壓備自投裝置控制。

（7）高壓啟/備變壓器控制和操作（2臺機共用）。

（8）柴油發(fā)電機組和保安電源控制和操作。

4.電氣自動化控制系統(tǒng)的設計

（1）集中監(jiān)控方式這種監(jiān)控方式優(yōu)點是運行維護方便，控制站的防護要求不高，系統(tǒng)設計容易。但由于集中式的主要特點是將系統(tǒng)的各個功能集中到一個處理器進行處理，處理器的任務相當繁重，處理速度受到影響。由于電氣設備全部進入監(jiān)控，伴隨著監(jiān)控對象的大量增加隨之而來的是主機冗余的下降、電纜數量增加，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鎖采用硬接線，由于隔離刀閘的輔助接點經常不到位，造成設備無法操作。這種接線的二次接線復雜，查線不方便，大大增加了維護量，還存在由于查線或傳動過程中由于接線復雜而造成誤操作的可能性。

（2）遠程監(jiān)控方式遠程監(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、組態(tài)靈活等優(yōu)點。由于各種現場總線（如Lonworks總線，CAN總線等）的通訊速度不是很高，而電廠電氣部分通訊量相對又比較大，所有這種方式適合于小系統(tǒng)監(jiān)控，而不適應于全廠的電氣自動化系統(tǒng)的構建。

（3）現場總線監(jiān)控方式目前，對于以太網（Ethernet）、現場總線等計算機網絡技術已經普遍應用于變電站綜合自動化系統(tǒng)中，且已經積累了豐富的運行經驗，智能化電氣設備也有了較快的發(fā)展，這些都為網絡控制系統(tǒng)應用于發(fā)電廠電氣系統(tǒng)奠定了良好的基礎。現場總線監(jiān)控方式使系統(tǒng)設計更加有針對性，對于不同的間隔可以有不同的功能，這樣可以根據間隔的情況進行設計。采用這種監(jiān)控方式除了具有遠程監(jiān)控方式的全部優(yōu)點外，還可以減少大量的隔離設備、端子柜、I/O卡件、模擬量變送器等，而且智能設備就地安裝，與監(jiān)控系統(tǒng)通過通信線連接，可以節(jié)省大量控制電纜，節(jié)約很多投資和安裝維護工作量，從而降低成本。另外，各裝置的功能相對獨立，裝置之間僅通過網絡連接，網絡組態(tài)靈活，使整個系統(tǒng)的可靠性大大提高，任意裝置故障僅影響相應的元件，不會導致系統(tǒng)癱瘓。因此現場總線監(jiān)控方式是今后發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。

5.探討電氣自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

OPC（OIJEforProcess Control）技術的出現，IEC61131的頒布，以及Microsoft的Windows平臺的廣泛應用，未來的電氣技術的結合，計算機日益發(fā)揮著不可替代的作用。IEC61131已成為了一個國際化的標準，正被各大控制系統(tǒng)廠商廣泛采納。

PC客戶機/服務器體系結構、以太網和Internet技術引發(fā)了電氣自動化的一次又一次革命。正是市場的需求驅動自動化和IT平臺的融和，電子商務的普及將加速這一過程。Internet/Intranet技術和多媒體技術在自動化領域有著廣泛的應用前景。企業(yè)的管理層利用標準的瀏覽器可以存取企業(yè)的財務、人事等管理數據，也可以對當前生產過程的動態(tài)畫面進行監(jiān)控，在第一時間了解最全面和準確的生產信息。

虛擬現實技術和視頻處理技術的應用，將對未來的自動化產品，如人機界面和設備維護系統(tǒng)的設計產生直接的影響。相對應的軟件結構、通訊能力及易于使用和統(tǒng)一的組態(tài)環(huán)境變得重要了。軟件的重要性在不斷提高，這種趨勢正從單一的設備轉向集成的系統(tǒng)。

6.總結

本文從電氣自動化控制系統(tǒng)在生產生活中的應用入手，講述了其的發(fā)展狀況和趨勢，并闡明了電氣自動化控制設計的設計思想，更進一步舉例說明電氣自動化控制在電廠中的應用。

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