基于計算機技術(shù)的電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計研究

張娟榮

（咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院陜西咸陽712000）

電氣自動化控制系統(tǒng)主要是根據(jù)計算機技術(shù)和電子通訊技術(shù)相互結(jié)合，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的控制和管理。將其使用到變電站、建筑工程中，能夠?qū)崿F(xiàn)工程運行全過程的全面分析、管理及檢測[1]。并且，其還能夠使建筑工程及變電站在運行過程中能夠安全穩(wěn)定的運行，以此有效降低機械設(shè)備在運行過程中的故障發(fā)生幾率，有效節(jié)約維護成本[2]。而且，電氣自動化控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到工業(yè)中，能夠基于保護和電氣控制監(jiān)控，對電氣控制的故障問題進行自動報警，并且還能夠以不同需求為基礎(chǔ)實現(xiàn)科學(xué)的配電，以此對配電系統(tǒng)運行過程中的安全性進行保證，還能夠?qū)﹄娔苓M行精準(zhǔn)的計算，控制耗電量，以此使能源的使用有效降低，有效提高人們?nèi)粘５纳钌a(chǎn)水平[3]?；诖?，本文就實現(xiàn)了基于計算機技術(shù)的電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計。

1 電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計方式

目前，我國在實現(xiàn)電氣自動化系統(tǒng)設(shè)計的過程中，主要使用集中監(jiān)控、遠程監(jiān)控、現(xiàn)場總線監(jiān)控。

其一，集中控制。在電氣自動化控制系統(tǒng)中收集集中監(jiān)控設(shè)計的方式，其能夠在后期工作過程中利于檢查及維修。圖1為電氣自動化集中控制的電路結(jié)構(gòu)。

圖1 電氣自動化集中控制的電路結(jié)構(gòu)

一般，此種控制方式對于設(shè)備的要求比較低，并且自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計也非常的簡單，但是在設(shè)計的過程中其要滿足系統(tǒng)的具體需求[4]。

其二，遠程控制。在電氣自動化控制系統(tǒng)中實現(xiàn)遠程監(jiān)控，其要求雙方都能夠?qū)崿F(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)異地撥號及互聯(lián)網(wǎng)進行實現(xiàn)，其能夠利用被監(jiān)控的計算機相互連接進行。遠程監(jiān)控能夠通過計算機頁面將被控制計算機界面進行充分的展現(xiàn)。此種方式具有多種優(yōu)勢，其具有一定的安全性、成本較低等，從而能夠促進使系統(tǒng)得到保障[5]。圖2為電氣自動化遠程控制的設(shè)備結(jié)構(gòu)。

圖2 電氣自動化遠程控制的設(shè)備結(jié)構(gòu)

其三，現(xiàn)場總線監(jiān)控。在現(xiàn)代技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，以現(xiàn)場總線及以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛使用，以此有效促進了其在變電站中的使用。另外，電氣智能化設(shè)備也廣泛使用到變電站中，變電站電氣系統(tǒng)中尤為重要的就是以計算機為基礎(chǔ)的控制?，F(xiàn)場總線控制的具有較高的針對性，并且節(jié)約設(shè)備，還能夠有效提高電氣自動化控制系統(tǒng)在運行過程中的可靠性及安全性[6]。圖3為電氣自動化遠程控制的現(xiàn)場總線控制結(jié)構(gòu)。

圖3 電氣自動化遠程控制的現(xiàn)場總線控制結(jié)構(gòu)

2 電氣自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

以建筑設(shè)備為例，現(xiàn)代電氣自動化系統(tǒng)主要使用集散控制結(jié)構(gòu)，詳見圖4。

圖4 現(xiàn)代自動化設(shè)備的集散控制結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要包括主控制器、中央監(jiān)控計算機、現(xiàn)場控制器及通信網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場控制器的主要目的就是實現(xiàn)各個建筑設(shè)備的現(xiàn)場監(jiān)控，中央監(jiān)控計算機的主要目的就是利用網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場控制器進行信息的交換。

系統(tǒng)中的兩級網(wǎng)主要包括二級網(wǎng)絡(luò)及一級網(wǎng)絡(luò)，一級網(wǎng)絡(luò)屬于一般局域網(wǎng)，二級網(wǎng)絡(luò)使用標(biāo)準(zhǔn)總線，其屬于工業(yè)控制總線。

系統(tǒng)四級控制裝置中的第一級控制裝置屬于中央監(jiān)控計算機，其能夠和系統(tǒng)中的設(shè)備在一級網(wǎng)中連接，創(chuàng)建計算機系統(tǒng)[7]。

在一級網(wǎng)和二級網(wǎng)之間有多個主控制器的連接，其主要目的就是實現(xiàn)一級控制裝配和三級現(xiàn)場控制器動作的協(xié)調(diào)，使二級網(wǎng)和一級網(wǎng)能夠相互的通信，主控制器實現(xiàn)控制器數(shù)據(jù)的保存，并且實現(xiàn)報警信息的發(fā)送。

二級網(wǎng)實現(xiàn)現(xiàn)場控制器的連接，此種現(xiàn)場控制設(shè)備主要包括通信卡、CPU卡、模擬量I/O卡等設(shè)備，能夠收集、控制、處理現(xiàn)場的信號，并且利用主控制器和上位管理計算機實現(xiàn)信息的交互[8]。

四級控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)執(zhí)行器及傳感器和現(xiàn)場控制器的相互連接。

以上結(jié)構(gòu)在使用過程中比較靈活，部分系統(tǒng)能夠?qū)⒅醒氡O(jiān)控計算機和現(xiàn)場的控制器在控制總線中相互連接，其中并沒有主控制器，現(xiàn)場控制器的通信能夠進行點到點通信，以此有效提高現(xiàn)場控制器獨立的工作能力[9]。

3 基于計算機技術(shù)的電氣自動化系統(tǒng)設(shè)計

在實現(xiàn)計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的電氣自動化系統(tǒng)設(shè)計的過程中，其主要設(shè)計原則就是簡單、穩(wěn)定及可靠，并且還要求具有良好的擴展性及較強的兼容性。

3.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

電氣自動化系統(tǒng)的監(jiān)控模式和系統(tǒng)配置要以實際系統(tǒng)的類型、總裝機容量等實現(xiàn)設(shè)計。圖5為計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)。

圖5 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)

在計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的過程中，其主要包括兩種模式，分別為集中式和分布式。集中式計算機監(jiān)控系統(tǒng)一般都是使用一臺計算機實現(xiàn)自動化監(jiān)控任務(wù)，所以導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好。分布式結(jié)構(gòu)能夠充分展現(xiàn)沒有涉及到的系統(tǒng)功能，促進控制過程實現(xiàn)，有效降低控制中心負擔(dān)及傳輸信息量。如果其中部分功能故障，其不會對其他功能造成影響[10]。

本文使用分層分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)計，其主要包括供熱主控制層、下級設(shè)備控制層、微機繼電保護裝置。圖6為分層分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)。

圖6 分層分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計

良好通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠保證自動化系統(tǒng)在運行過程中的可靠性、穩(wěn)定性及安全性。根據(jù)實際需求，要求本文所設(shè)計的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通暢，并且具有較強數(shù)據(jù)傳輸能力、安全穩(wěn)定性及集成性，從而保證系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實時的通信及信息交換工作。牧犬電氣自動化控制系統(tǒng)種的計算機主要是使用以太網(wǎng)方式進行連接，其傳輸速度比較快，并且具有良好的擴展性及開放性[11]。圖7為通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)。

圖7 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)

其中供熱系統(tǒng)通信功能主要通過以太網(wǎng)實現(xiàn)連接，接地層實現(xiàn)一體化共控制的安裝，內(nèi)部具有智能模塊，實現(xiàn)各種信號的收集，圖8為供熱系統(tǒng)站的通信結(jié)構(gòu)。

圖8 供熱系統(tǒng)站的通信結(jié)構(gòu)

供熱系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)主要是利用調(diào)制解調(diào)器和應(yīng)急保護設(shè)備實現(xiàn)通信，使用通信通道使各個分站中信息的傳輸[12]。圖9為供熱系統(tǒng)及調(diào)度系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)。

3.3 自動化系統(tǒng)的設(shè)計

自動化控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)控系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、工具軟件及應(yīng)用軟件，其能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)資源的共同管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集及管理。圖10為自動化系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)。

作系統(tǒng)要求穩(wěn)定性良好，人機界面互動良好，并且能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)開放性、通用性及可移植性，可以使用Windows NT軟件實現(xiàn)，其具有良好的實用性及穩(wěn)定性，還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)保密[13]。圖11為自動化系統(tǒng)的操作系統(tǒng)設(shè)計。

圖9 供熱系統(tǒng)及調(diào)度系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)

圖10 自動化系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)

圖11 自動化系統(tǒng)的操作系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)計算機系統(tǒng)的自動監(jiān)控，一般都是具有數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)庫管理、處理軟件及應(yīng)用軟件等。圖12為自動化系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。

圖12 自動化系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

工具軟件主要包括3D圖形、FIX開發(fā)、PLC編程等，從而能夠編輯程序并且編譯，使監(jiān)控系統(tǒng)能夠朝著客戶進行開放，使用戶能夠?qū)τ嬎銠C的監(jiān)控技術(shù)進行全面的掌握[14]。圖13為自動化系統(tǒng)的工具軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

圖13 自動化系統(tǒng)的工具軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

4 系統(tǒng)的實現(xiàn)

將本文所研究的系統(tǒng)線路在某工程中實現(xiàn)，圖14為電氣自動化控制系統(tǒng)的接線圖。

圖14 電氣自動化控制系統(tǒng)的接線圖

為了便于系統(tǒng)的前期調(diào)試及后期維護，系統(tǒng)在安裝過程中要進行同時掛牌，并且在系統(tǒng)設(shè)置過程中，要和設(shè)備端進行相互的連接。通過系統(tǒng)的使用表示，本文所研究的系統(tǒng)能夠滿足用戶的實際需求，其在使用過程中較為安全，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備控制的自動化[15-16]。

5 結(jié)束語

在現(xiàn)代我國社會經(jīng)濟不斷發(fā)展的過程中，電氣自動化控制技術(shù)也被廣泛應(yīng)用到社會各領(lǐng)域中，包括企業(yè)智能化生產(chǎn)，其不僅能夠有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，還能夠有效節(jié)約成本，實現(xiàn)企業(yè)設(shè)備的集中生產(chǎn)，擴大企業(yè)經(jīng)濟效率及再生產(chǎn)，從而促進企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。