電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展

趙永剛

（天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300110）

1 現(xiàn)狀

1.1 電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)

由于經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，電氣自動(dòng)化也不斷發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)、PLC技術(shù)，變配電監(jiān)控系統(tǒng)、DCS等技術(shù)在電氣自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)普遍應(yīng)用，尤其是在工業(yè)領(lǐng)域。

1.2 電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的集成化監(jiān)控

集成化控制方式是指在系統(tǒng)控制中實(shí)現(xiàn)集中管理，單個(gè)處理器在實(shí)際的應(yīng)用以及維護(hù)中對(duì)全部功能進(jìn)行處理。在我國(guó)各行業(yè)被廣泛應(yīng)用。集成控制方式在實(shí)際操作中十分簡(jiǎn)單和方便，要求也不是很高，在控制站中，仍然存在一些不足的地方。比如，監(jiān)控?cái)?shù)量太多導(dǎo)致處理器出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)超負(fù)荷的情況，因此對(duì)處理速度產(chǎn)生影響。此外，電纜數(shù)量增多，主機(jī)的自由空間減少，在一定程度上投資成本增大，對(duì)隔離器中的硬接線在一定程度上大大阻礙了設(shè)備功能的擴(kuò)容。與此同時(shí)，使查找難度大大增加，尤其是出現(xiàn)設(shè)備故障，再加上線路復(fù)雜，使操作失誤的概率也增加不少，所以，在保養(yǎng)系統(tǒng)和維修系統(tǒng)方面就會(huì)增加人力和物力的需要。

1.3 電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)中的DCS系統(tǒng)應(yīng)用

DCS又稱作分布式控制系統(tǒng)，普遍應(yīng)用在電氣自動(dòng)化工程中，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中特別受歡迎。主要應(yīng)用在監(jiān)控軟件、CPU以及計(jì)算機(jī)，還有PLC等裝置，用電纜直接連接，斷路器連接降低，直接利用中央系統(tǒng)來(lái)操作，讓控制器的輸入轉(zhuǎn)化為執(zhí)行器，輸出轉(zhuǎn)化為檢驗(yàn)器。由于DCS具有很高的使用價(jià)值，而且性能也可靠，因此在實(shí)際生產(chǎn)中被大量應(yīng)用，大大發(fā)揮了其作用。

2 具體應(yīng)用

2.1 工程概況

某項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為5000t/d水泥生產(chǎn)線，年產(chǎn)水泥熟料160萬(wàn)噸，年產(chǎn)PPC水泥成品260萬(wàn)噸。該項(xiàng)目為EP項(xiàng)目，電氣設(shè)計(jì)采用IEC標(biāo)準(zhǔn)及拉法基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（電氣DTS1-18）。

2.2 電氣設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及要求

第一，遵守拉法基的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（電氣DTS 1～18），此標(biāo)準(zhǔn)為英文版，有幾百頁(yè)，設(shè)計(jì)前要仔細(xì)研讀并在設(shè)計(jì)中遵照?qǐng)?zhí)行；設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)中也有隨機(jī)帶的電氣部分標(biāo)準(zhǔn)，電氣設(shè)計(jì)同樣要遵守。

第二，業(yè)主要求的計(jì)算書很多，有防雷計(jì)算、接地計(jì)算、電纜最小截面計(jì)算及短路計(jì)算書、照度計(jì)算、電容補(bǔ)償計(jì)算及全廠負(fù)荷計(jì)算等，要耐心配合業(yè)主做好相關(guān)的工作。

第三，文件及圖紙編號(hào)、設(shè)備代碼、元器件代碼、常用符號(hào)、電氣子項(xiàng)編號(hào)采用拉法基編碼系統(tǒng)。

第四，本工程132/6．6kV總降壓變電站，單電源、單回路進(jìn)線，設(shè)計(jì)容量為45MVA的變壓器1臺(tái)。總降設(shè)上計(jì)業(yè)主規(guī)范多、要求嚴(yán)、確認(rèn)手續(xù)繁瑣。

第五，全廠6平方以上動(dòng)力電纜采用鋁芯電力電纜，比采用銅纜節(jié)省不小的投資。

第六，工程前期根據(jù)合同編寫設(shè)備電氣統(tǒng)一要求，如防護(hù)等級(jí)、端子、各種電壓、元器件選擇、電纜、柜子進(jìn)線密封圈等。這樣設(shè)備廠家很清楚設(shè)計(jì)要求，提供的資料基本按要求提供，設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)后很少出錯(cuò)。

第七，在滿足拉法基標(biāo)準(zhǔn)的情況下，利用鑄鐵板作為接地極，利用扁鋼作為接地連接線，比以銅板為接地極及銅線作為接地連接線來(lái)說(shuō)節(jié)省費(fèi)用。

2.3 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）中壓變頻設(shè)備的應(yīng)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。本工程有5臺(tái)高壓主電機(jī)、高溫風(fēng)機(jī)、窯尾尾排、窯頭風(fēng)機(jī)、煤磨主電機(jī)采用的是中壓變頻控制設(shè)備，采用變頻調(diào)速可以合理地調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，大大提高電動(dòng)機(jī)的效率，減少了運(yùn)行成本和降低設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中的故障率，降低電耗，而且能十分顯著地提高業(yè)主的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）合理設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償，減少電能的損耗。除變頻外，幾乎所有的高壓電機(jī)都采用了就地電容器無(wú)功補(bǔ)償方式，低壓每個(gè)車間變壓器出線的低壓母線上設(shè)無(wú)功補(bǔ)償，由于采用了分散補(bǔ)償方式，即總降不設(shè)無(wú)功補(bǔ)償，減少了系統(tǒng)及線路的損耗?？偨?．6kV母線上的功率因數(shù)達(dá)到約 0．95。

（3）全廠總線技術(shù)的應(yīng)用，節(jié)約成本，降低施工難度。全廠低壓柜、高壓柜、窯頭及窯尾車間的儀表制，及變頻軟起等設(shè)備采用PROFIBUS總線，節(jié)省了相當(dāng)一部份電纜及計(jì)算機(jī)模塊，使電纜敷設(shè)得以減少，進(jìn)而降低了施工難度，節(jié)約了成本。

（4）先進(jìn)的自動(dòng)化控制水平，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。工程采用了先進(jìn)的DCS全能綜合型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的全自動(dòng)化控制和管理。該系統(tǒng)由過程控制級(jí)、控制管理級(jí)以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所組成。過程控制級(jí)由現(xiàn)場(chǎng)控制站和遠(yuǎn)程I/O控制站通過網(wǎng)絡(luò)電纜連接組成，主要完成工藝生產(chǎn)過程各種參數(shù)的檢測(cè)、處理、過程回路控制、馬達(dá)順序邏輯控制、設(shè)備監(jiān)控和系統(tǒng)的測(cè)試與診斷以及實(shí)施安全性方面的功能。控制管理級(jí)由置于中央控制室的2臺(tái)工程師工作站和5臺(tái)操作員站組成；全系統(tǒng)集中在中央控制室的操作員站和各車間的操作員站上，完成對(duì)其所控制范圍的生產(chǎn)流程進(jìn)行操作與監(jiān)控。整個(gè)控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)的全過程進(jìn)行在線監(jiān)視、控制和參數(shù)調(diào)整。

3 未來(lái)發(fā)展

工廠智能化是電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的發(fā)展方向和潮流。通過建立具備高度自動(dòng)化、數(shù)字化、可視化、流程化、模型化為特征的自動(dòng)化集成系統(tǒng)，建立基于智能數(shù)字化工廠的信息化管理、基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)優(yōu)化的分析與實(shí)施，集成當(dāng)今最先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)和裝備，提高生產(chǎn)效率，降低能耗，實(shí)現(xiàn)人員的減員和有效分配，實(shí)現(xiàn)工廠智能化。目前個(gè)別新建水泥廠已經(jīng)開始實(shí)施工廠智能化，個(gè)別工廠的實(shí)施效果顯示，可大幅提高生產(chǎn)效率，減少工廠生產(chǎn)人員。

工程智能化建設(shè)中，需要重點(diǎn)從以下幾方面入手。首先，建立智能化生產(chǎn)系統(tǒng)，生產(chǎn)線全流程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。其次，搭建全廠信息化系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全廠無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，通過全廠信息化硬件平臺(tái)搭建，實(shí)現(xiàn)包括設(shè)備資產(chǎn)管理、排班管理、能源管理、質(zhì)量管理、智能物流、生產(chǎn)管理等。實(shí)現(xiàn)全廠無(wú)紙化辦公，做到設(shè)備、廠區(qū)、集團(tuán)層面的現(xiàn)代化管理。數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程可追溯，所有的KPI對(duì)標(biāo)、操作記錄、停機(jī)記錄、庫(kù)存、質(zhì)量管理做到隨時(shí)、隨地可查詢，可追蹤。然后，搭建全廠專家控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的無(wú)人值守和穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行。此外，提供技術(shù)全球領(lǐng)先的裝備智能集成方案，實(shí)現(xiàn)全廠定員增效。工廠實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)后，可以減少人為操作，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，有助于推動(dòng)我國(guó)各行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。本文以水泥生產(chǎn)線建設(shè)為例，分析了電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，并且著眼于未來(lái)，分析了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。希望本文的提出有助于未來(lái)電氣工程的進(jìn)一步發(fā)展。

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