淺析電氣自動化設計應遵循的原則和發(fā)展方向

徐濤

摘 要：隨著社會的不斷發(fā)展和信息技術的不斷完善，工業(yè)技術、電氣工程技術的進步和發(fā)展也得到了質(zhì)的飛躍。電氣自動化控制系統(tǒng)在各行各業(yè)上廣泛應用，為我國經(jīng)濟的快速發(fā)展提供了科技力量支持，是目前工業(yè)自動化生產(chǎn)的重要保障。本文就目前發(fā)展狀況，分析了當前工程設計中電氣自動化設計應遵循的原則和發(fā)展方向。

關鍵詞：電氣;自動化;設計

工程建設的關鍵環(huán)節(jié)是工程設計工作，它是工程建設的靈魂，在工程建設中起主導作用。設計工作對項目的工期、工程質(zhì)量、施工安全、竣工后的安全運行起著決定性作用。嵌入式控制系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)場總線技術的應用，對從事電氣、自動化工程技術工作者提出了更高的要求。不但要對傳統(tǒng)專業(yè)電氣知識掌握純熟，還要掌握學習不斷發(fā)展的自動化網(wǎng)絡知識，對計算機軟件運用嫻熟。隨著互聯(lián)網(wǎng)信息時代的到來，供應商、項目工程設計工作者或企業(yè)管理的所有電氣設備可通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程技術支持和調(diào)試。

一、電氣自動化設計思想基礎和特點

根據(jù)傳統(tǒng)方法設計方式，電氣設備的控制系統(tǒng)、計量和運行主要是由分立的機械部件通過物理方式來完成，相互之間通過復雜的運行可以達到用戶要求的配電設置。電氣自動化控制系統(tǒng)是由計算機，通過軟硬件組態(tài)對電氣執(zhí)行控制和管理的過程。上述兩類設備是由不同的供應商提供，界限分明。兩類設備要由工程項目的設計人員通過現(xiàn)場要求和統(tǒng)一控制管理劃定互聯(lián)的明顯界面，相互協(xié)調(diào)。用電的高、中、低壓變電、配電系統(tǒng)，要依據(jù)電氣設備的用電負荷標準和設備的分布情況進行設計。然后根據(jù)供電方條件、需求和電氣設備的需求和特性進行變電、配電系統(tǒng)的進一步計量、控制的設計。根據(jù)電氣控制要求，以及自動化控制系統(tǒng)的需求，對配電系統(tǒng)進行最后的用電設備就地控制設備的設計。

二、電氣自動化設計的未來發(fā)展趨勢

隨著嵌入式控制裝置的全面運用，使得施工現(xiàn)總線通信協(xié)議的統(tǒng)一化，其具備且完全符合標準現(xiàn)場總線通信協(xié)議的網(wǎng)絡通信功能，全部節(jié)點數(shù)據(jù)庫為分布式數(shù)據(jù)庫。生產(chǎn)過程中的智能化、分布式、扁平化設備控制系統(tǒng)也是生產(chǎn)管理系統(tǒng)的重要組成部分，扁平化管理系統(tǒng)的特點主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)共享、快速、高效、可靠性、成本低等方面。功能強大、覆蓋面廣的電氣自動化設計方案，要求設計人員在未來的實踐過程中在電氣系統(tǒng)設計的同時，針對嵌入式控制裝置進行編程組態(tài)，還要完成現(xiàn)場總線通信協(xié)議的構(gòu)架組態(tài)。只有這樣，項目設計工作過程中，人員配置，工作流程都體現(xiàn)出快速、高效、扁平化。嵌入式控制裝置的全面覆蓋和現(xiàn)場總線通信協(xié)議的統(tǒng)一化，使得互諒網(wǎng)供應商、企業(yè)生產(chǎn)管理工作者和電氣自動化設計工作人員在離線或在線的狀態(tài)下對生產(chǎn)流程進行技術支持和調(diào)整。綜合電氣自動化技術發(fā)展趨勢表現(xiàn)在：

1.保護、控制、測量一體化。鑒于目前的運行體制、人員配備、專業(yè)分工，我國的自動化系統(tǒng)主要采用站內(nèi)監(jiān)控采集數(shù)據(jù)而保護相對獨立的模式，以提供較清晰的事故分析和處理的界面。但是從技術合理性、減少設備重復配置、簡化維護工作量以及發(fā)展趨勢等方面考慮，將保護與控制、測量結(jié)合在一起會更有優(yōu)勢。

2.國際標準的應用。近年來，IED電力自動化方面有了廣泛應用。為了實現(xiàn)不同廠家 IED 設備的信息共享和互操作性，使廠站電氣綜合自動化系統(tǒng)成為開發(fā)系統(tǒng)，國際電工委員會制定了IEC61850國際標準。為了與國際接軌，國內(nèi)已經(jīng)開始了基于IEC61850標準的電氣綜合自動化系統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)，相信這將是未來自動化系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。

三、電氣自動化控制系統(tǒng)的設計要點

1. 智能化設計。電氣自動化控制系統(tǒng)的智能化設計是借助軟件模塊的設計來實現(xiàn)的。如發(fā)電廠電氣自動化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由多線程在線可編程并行數(shù)據(jù)參數(shù)設計來實現(xiàn)，以及以 PLC控制器作為控制系統(tǒng)的單機控制系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)和分布式控制系統(tǒng)等。無論是哪一種的 PLC 控制系統(tǒng)，都要根據(jù)實際需要，在編輯器內(nèi)進行自動化參數(shù)設置。然后通過操作系統(tǒng)和應用軟件對智能化的 PLC 模塊進行激活。因此。在電氣自動化控制系統(tǒng)的設計上，較為重要的一點就是軟件的設計。通過軟件可以智能化選擇 PLC 的控制類型，使工業(yè)生產(chǎn)根據(jù)市場需求量靈活選擇控制系統(tǒng)，工作量小可以智能切換到單機控制系統(tǒng)，工作量大可以智能切換到集中控制或分布式控制系統(tǒng)。

2. 節(jié)能化設計。電氣自動化控制系統(tǒng)的設計需要體現(xiàn)節(jié)能的特點。由于目前我國加強對環(huán)境的保護政策，提倡低碳節(jié)能，因此在設計要點上同樣要體現(xiàn)節(jié)能化。在能源緊張的世界格局下，人類越發(fā)地珍惜歷史給人們留下的這部分財產(chǎn)，每用一點都要小心翼翼。生怕浪費。當節(jié)能成為所有行為的發(fā)生基礎時，我們就不得不在能源使用上另辟蹊徑。節(jié)能技術顯然成為了經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護之間的協(xié)調(diào)者。例如 PLC 控制系統(tǒng)作為電力控制系統(tǒng)時，為了達到節(jié)能目的，必須用 PLC 控制器來控制分時段控電策略。避免變壓器的低負荷或空載運行。設計 PLC 控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)分為手動和自動，分別有控制器完成。在自動控制中，將不同變壓器設置在不同的控制檔，采用多個接點連接到 PLC外接繼電器上。當自動選擇時。這些變壓器就會在 PLC 程序控制下，自動完成單臺代電或多臺供電的按時段切換控制 ， 實現(xiàn)節(jié)能設計。

3. 可靠性設計。電氣自動化控制技術無論是 PLC 控制技術、現(xiàn)場總線技術，還是變頻技術以及 DCS 技術、微電子技術，在控制系統(tǒng)設計上都要考慮可靠性。盡管這些新的電氣自動化控制技術具有較高的可靠性和安全性，但一旦出現(xiàn)問題，往往會給用戶帶來極大的損失。因此，在設計上要加強可靠性措施，提高控制系統(tǒng)的可靠性。以 PLC 控制技術為例，設計時，PLC 輸入端最有效的保護方法是外加一級光電耦合器，一旦有高電壓等侵入回路時，使其擊穿保護級光耦，然后像更換熔斷器一樣方便地更換損壞的光耦，及時排除故障。增加的保護級光耦可選用4N25 型，對于開關頻率高的場合，可選用 4N25 型的導通延遲時間為 2.8μS，關斷延遲時間為 4.5μs，而 PLC 輸入電路的一次叫路與二次電路用光耦隔離時，內(nèi)部約有 lOms 的響應滯后，這對于 PLC 反應速度的影響完全可能忽略不計。

四、工程實踐中電氣與自動化的融會貫通

工程實踐中，電氣和自動化的相互融合的過程中，主要體現(xiàn)為以下幾個方面：①根據(jù)電氣設備的要求和工藝控制的需要，針對高低壓變配電系統(tǒng)和用電設備的配置進行第一次電氣設計。②針對供電方的實際供電條件、需求和工程項目中電氣設備的要求與特點，進行第二次計量、保護、控制的框架設計。③配電系統(tǒng)末端的就地控制裝置的框架設計要依據(jù)自動控制要求和工藝進行設計。④通過組態(tài)軟件管理控制平臺，針對電氣自動化系統(tǒng)控制框架圖實現(xiàn)對電氣自動化系統(tǒng)控制功能。統(tǒng)一軟件標準協(xié)議，實現(xiàn)在線、離線或遠程組態(tài)編程。⑤進行網(wǎng)絡系統(tǒng)、電氣設備、電纜敷設的設計安裝。⑥電氣設備、網(wǎng)絡系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件的安裝調(diào)試。實現(xiàn)二者相互融匯貫通，充分體現(xiàn)電氣的自動化、智能化和網(wǎng)絡的開放化。

五、結(jié)語

隨著社會的進步和電力技術的發(fā)展，電氣自動化技術在今后的使用會越來越廣泛，為了更好了將控制模塊應用于各行各業(yè)，在自動化模塊設計上要充分實現(xiàn)規(guī)范化設計，總結(jié)典型的設計思路，從而使典型設計起到部分標準和規(guī)范性的作用。

參考文獻：

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