電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周 超

（貴州開磷控股集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州開陽 550302）

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周 超

（貴州開磷控股集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州開陽 550302）

當(dāng)前，信息技術(shù)發(fā)展迅速，相應(yīng)的控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、顯示技術(shù)以及現(xiàn)代通信技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中均得到了廣泛應(yīng)用。近些年，我國(guó)電氣智能化發(fā)展勢(shì)頭不容小覷，電氣系統(tǒng)與設(shè)備控制要求不斷提高，對(duì)此必須做好電氣控制系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)，確保其簡(jiǎn)單可靠、可操作性強(qiáng)。首先分析了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)流程，其后根據(jù)“分散控制、集中監(jiān)控”思想，就基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開了具體分析。

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)流程；遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

近些年，我國(guó)電氣技術(shù)實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，在實(shí)際工作中，應(yīng)嚴(yán)格按照網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展情況，開展電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)綜合管理水平得以有效提高，減少后期的維護(hù)量。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需走專業(yè)化道路，做到分散控制與集中監(jiān)控的結(jié)合，確保電氣系統(tǒng)功能更為完善。

1 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)流程

1.1電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用目的在于確保主回路線路安全、可靠地運(yùn)行，其具體功能包括以下三個(gè)方面。

1.1.1自動(dòng)控制功能

電力自動(dòng)化控制系統(tǒng)的一大重要應(yīng)用功能在于，設(shè)備故障時(shí)，能夠利用開關(guān)將電路及時(shí)切斷，防止出現(xiàn)安全事故。

1.1.2監(jiān)視功能

在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，無法通過肉眼看出自變量，所以需要通過傳感器監(jiān)視各種視聽信號(hào)，以便實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)變化情況。

1.1.3保護(hù)功能

電氣設(shè)備運(yùn)行過程中，故障是難以避免的，因此電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)必須能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)故障信號(hào)，并加以自動(dòng)保護(hù)[1]。

1.2電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，直接影響到電力設(shè)備的運(yùn)行安全性，因此規(guī)范化的設(shè)計(jì)流程十分必要，具體如下：①根據(jù)具體控制要求，確定設(shè)計(jì)方案；②確定控制算法，選擇微型計(jì)算機(jī)，制定相應(yīng)的總體設(shè)計(jì)內(nèi)容；③軟、硬件設(shè)計(jì)。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，需嚴(yán)格按照流程開展設(shè)計(jì)工作，并結(jié)合實(shí)際情況，綜合對(duì)比集中監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控以及現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控三種方式，以確保控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)效性。a）集中監(jiān)控方式，其主要優(yōu)點(diǎn)在于維護(hù)方便，控制站防護(hù)設(shè)計(jì)要求較低，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)較為簡(jiǎn)單。但是，由于需要將各大功能集中于一個(gè)處理器進(jìn)行處理，處理速度必然受到影響[2]。b）遠(yuǎn)程監(jiān)控方式，其利用網(wǎng)絡(luò)將管理員與需被控制計(jì)算機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)異地控制，優(yōu)勢(shì)在于能夠大量節(jié)約電纜，組態(tài)靈活、可靠性高。但是，在部分情況下，由于電氣部分通訊量較大，導(dǎo)致通訊速度受到影響。c）現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式，各裝置可利用網(wǎng)絡(luò)連接，可靠性高，同時(shí)節(jié)約了電纜，成本較低。

2 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于“分散控制、集中監(jiān)控”思想，傳統(tǒng)的DCS控制方式已經(jīng)無法滿足越來越復(fù)雜的電力設(shè)備使用需求，下文提出了基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并展開了具體分析。

2.1實(shí)現(xiàn)方式

基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)內(nèi)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)均是一個(gè)智能設(shè)備，其內(nèi)均設(shè)置了微處理器，主要包括以下功能：①采樣；②A/D轉(zhuǎn)換；③線性化；④校正；⑤運(yùn)算處理；⑥報(bào)警判斷；⑦PID控制。在實(shí)際應(yīng)用中，僅需要按照控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制策略需要的功能塊和具備的功能塊庫條件，對(duì)功能塊加以分配，同時(shí)利用組態(tài)軟件，連接功能塊，即可達(dá)到常規(guī)控制目標(biāo)，并將傳統(tǒng)DCS站內(nèi)的簡(jiǎn)單控制功能直接下放至現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)“分散控制”。

在遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需注意控制變量?jī)?nèi)存在較多邏輯量控制變量，其應(yīng)用目的在于確保輔機(jī)在開啟/停止時(shí)，電氣設(shè)備能夠遵循規(guī)定的順序開展動(dòng)作，并保證設(shè)備間的保護(hù)、順控。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，輔助車間工藝多數(shù)采取的是順序控制，因此PLC十分適用。在對(duì)PLC進(jìn)行選型時(shí)，應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)通訊協(xié)議，保證其可操作性[3]。

2.2遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)層次架構(gòu)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要可以分為遠(yuǎn)程信息管理層、網(wǎng)絡(luò)層、設(shè)備層，各層次架構(gòu)設(shè)計(jì)具體如下所示：

2.2.1遠(yuǎn)程信息管理層

該層主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)集成，從而支撐電氣設(shè)備管控一體化，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備管理和生產(chǎn)自動(dòng)化的有機(jī)集合。利用管控一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備調(diào)度，并下達(dá)相應(yīng)的安全生產(chǎn)操作指令，有效應(yīng)對(duì)故障、突發(fā)事件。遠(yuǎn)程信息管理層能夠?qū)崿F(xiàn)各類與生產(chǎn)有關(guān)的信息的集成，并通過管控服務(wù)器采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，保證管控信息準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)。此外，在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站、遠(yuǎn)程管理監(jiān)控中心設(shè)置若干大屏幕，以全方面監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行工況，并加以指揮。

2.2.2網(wǎng)絡(luò)層

該網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用的是光纖工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，能夠在同一時(shí)間接入不同協(xié)議數(shù)據(jù)，即各個(gè)子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)使用的是以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸鏈路，確保數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化傳輸。

2.2.3設(shè)備層

該層連接的是被控電氣設(shè)備，主要功能在于確保本地單元設(shè)備運(yùn)行控制，實(shí)現(xiàn)基本保護(hù)，實(shí)時(shí)顯示控制狀態(tài)。此外，利用局域網(wǎng)、遠(yuǎn)程信息管理層中央調(diào)度室實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，從而達(dá)到本地控制和遠(yuǎn)程集控有機(jī)結(jié)合的目的。

2.3嵌入式控制集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對(duì)軟件平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μClinux，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多任務(wù)的有序調(diào)度、科學(xué)管理。對(duì)于多任務(wù)操作系統(tǒng)而言，其主要是通過任務(wù)調(diào)度函數(shù)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)任務(wù)的合理排序與及時(shí)處理。首先，調(diào)度函數(shù)會(huì)對(duì)就緒任務(wù)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序，優(yōu)先級(jí)最高則最先處理，依次進(jìn)行。根據(jù)任務(wù)劃分原則與集控系統(tǒng)要求，應(yīng)用軟件任務(wù)主要包括以下幾種：

（1）測(cè)控基本功能實(shí)現(xiàn)任務(wù)，其具體包括以下幾個(gè)方面：①測(cè)量任務(wù)；②數(shù)據(jù)預(yù)處理任務(wù)；③驅(qū)動(dòng)輸出任務(wù)等等。此類任務(wù)的實(shí)時(shí)性與可靠性要求較嚴(yán)，因此優(yōu)先級(jí)高，其中測(cè)量屬于是最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)。

（2）保護(hù)功能任務(wù)，此處的保護(hù)功能主要指的是報(bào)警功能，因此需要盡快完成，以便及時(shí)處理設(shè)備運(yùn)行故障。

（3）人機(jī)交互功能，其具體包括以下幾個(gè)方面：①鍵盤響應(yīng)；②顯示器顯示。此類任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最低。

任務(wù)系統(tǒng)的完成需要兩大程序：一是本地?cái)?shù)據(jù)采集程序；二是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序。

本地?cái)?shù)據(jù)采集程序的應(yīng)用目的在于采集外部信號(hào)，并將所得數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊，通過數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)字濾波，然后利用數(shù)據(jù)保存模塊將公共緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)保存至Flash內(nèi)。此外，鍵盤模塊的應(yīng)用功能在于實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的有效控制，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定[4]。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序主要包括兩大部分：一是嵌入式Web server程序；二是CGI程序。其中，嵌入式Web server程序?qū)儆谑呛笈_(tái)的守護(hù)進(jìn)程，主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)客戶請(qǐng)求的監(jiān)聽，一旦有用戶通過瀏覽器對(duì)本地系統(tǒng)進(jìn)行請(qǐng)求，則CGI程序隨之啟動(dòng)，對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行轉(zhuǎn)化，令服務(wù)器能夠及時(shí)識(shí)別、處理，當(dāng)處理工作完成后，CGI程序則將結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，令web瀏覽器可識(shí)別，并傳輸?shù)娇蛻舳?，完成交互操作?/p>

3 結(jié)語

綜上所述，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，需要在系統(tǒng)成本、靈活性、可用工具等多個(gè)方面做出一個(gè)權(quán)衡，確保其實(shí)際應(yīng)用效果。本文僅以基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，展開了具體分析，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控與本地操作的有機(jī)結(jié)合，在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用前景十分廣闊。

[1] 劉國(guó)智.論電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想[J].科技致富向?qū)В?011，（11）：9.

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[4] 劉世陽.電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的相關(guān)探討[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2013，（15）：422.

Electrical Automation Control System Design

Zhou Chao

At present，the rapid development of information technology，the corresponding control technology，network technology，display technology and modern communications technology in various fi elds have been widely applied.In recent years，China’s development of intelligent electrical momentum can not be underestimated，electrical systems and equipment control requirements continue to increase，which must do the electrical design automation control system to ensure that it is simple and reliable，easy to operate.This paper analyzes the electrical automation control system and its design process，and thereafter in accordance with “decentralized control，centralized monitoring，” thinking，based on industrial Ethernet remote electrical control system design automation launched a specifi c analysis.

Electrical automation and control systems；design process；Remote Control System

TM762

A

1003-6490（2016）01-0070-02

2016-01-24

周超（1985—），男，貴州水城人，助理工程師，主要研究方向?yàn)楣I(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用。