電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計

翟齊生 周娣

摘 要：在電氣自動化的控制系統(tǒng)領(lǐng)域中，以計算機(jī)作為基礎(chǔ)，便于集成和靈活控制，因此被廣泛的應(yīng)用到電氣自動化的控制系統(tǒng)中。本文簡單介紹了電氣自動化控制系統(tǒng)的功能及設(shè)計要點，對電氣自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行分析，對其發(fā)展趨勢進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：電氣自動化；控制系統(tǒng)；設(shè)計特點

近年來，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，計算機(jī)技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計也離不開計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的合理運(yùn)用。隨著社會的發(fā)展，自動化控制系統(tǒng)得到了人們的普遍關(guān)注，自動化控制系統(tǒng)不僅能夠提高工作效率，減少工作錯誤，也能夠節(jié)約人力成本，因此，電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計對于變電站的發(fā)展有著重要的意義。

近幾十年來，OPC技術(shù)的出現(xiàn)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(jī)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(wù)的迅速發(fā)展同時也加速了這一進(jìn)程。創(chuàng)新力量不僅使生產(chǎn)成本降低，同時也使生產(chǎn)效率大幅度提高；減少了消耗同時又提高質(zhì)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 電氣自動化控制系統(tǒng)的特點和設(shè)計思路

1.1 特點

與傳統(tǒng)的熱機(jī)機(jī)械設(shè)備相比照，電氣自動化系統(tǒng)無疑信息量小、操作的頻率較低、所控對象較少，同時還具有工作效率高、精確化運(yùn)行的優(yōu)勢。正因為電氣設(shè)備需要自動裝置的牢靠特性、高抗干擾和反應(yīng)敏銳的能力，電氣自動化的控制系統(tǒng)具備批量連鎖防護(hù)的功能特點，可滿足有效管理的需求。

1.2 設(shè)計思路

電氣自動化的控制系統(tǒng)有遠(yuǎn)程監(jiān)控、現(xiàn)場總線的監(jiān)控以及集中監(jiān)控三大類設(shè)計方法。遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的主要特點就是可以大量節(jié)約電纜、節(jié)約材料、可靠性高、節(jié)省安裝費(fèi)用、組態(tài)靈活等。由于Lonworks總線，CAN總線等各種現(xiàn)場總線的通訊速度并不是很高，而有的情況下要求的電氣部分通訊量又相對比較大，例如電廠。這個限制就使這種遠(yuǎn)程監(jiān)控方式只能適合于小系統(tǒng)監(jiān)控的場合，而對于全廠的電氣自動化系統(tǒng)的構(gòu)建是不適應(yīng)的。而現(xiàn)場總線監(jiān)控方式不僅具備遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的所有優(yōu)點，還減少了大量的隔離設(shè)備、I/O卡件、端子柜、模擬量變送器等輔助設(shè)備和器件，并且這種智能設(shè)備大多都就地安裝，并通過通信線與監(jiān)控系統(tǒng)連接，大量節(jié)省了控制電纜，減少了投資和安裝維護(hù)工作量，使成本大幅度的降低。此外，各裝置的設(shè)置和功能都相對獨立，在各個裝置之間只通過網(wǎng)絡(luò)連接，這樣就使系統(tǒng)的可靠性提高，系統(tǒng)中任一裝置的故障只會影響到相應(yīng)的元件，并不會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓。所以，現(xiàn)場總線監(jiān)控方式在未來各個電氣自動化控制領(lǐng)域有較大的發(fā)展空間，也是發(fā)電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。集中監(jiān)控方式的主要優(yōu)點就是運(yùn)行維護(hù)比較方便，由于控制站的防護(hù)要求并不高，系統(tǒng)設(shè)計相對容易。但集中監(jiān)控的一個就需要達(dá)到集中的要求，這就要求將系統(tǒng)的各大功能集中到同一個處理器處理，這樣就會造成處理器的任務(wù)繁重，相應(yīng)的處理速度就會受到影響。

2 電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計的現(xiàn)實狀況

1）電氣自動化控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)語言規(guī)范是WindowsNT和IE在電氣自動化的發(fā)展領(lǐng)域，人機(jī)界面操作已經(jīng)成為了一種主流的發(fā)展方向，它具有微機(jī)系統(tǒng)控制的靈活性以及容易集成化等優(yōu)點。另一方面，電氣自動化工程控制系統(tǒng)所使用的標(biāo)準(zhǔn)語言使其維護(hù)更加的容易。

2）分布式控制應(yīng)用目標(biāo)的實現(xiàn)。電氣自動化經(jīng)由串行的電纜把工業(yè)計算機(jī)、CPU、智能化儀表、變頻器、低壓斷路器和遠(yuǎn)程I/O等諸多關(guān)鍵設(shè)備相連接，并利用中央控制器把設(shè)備信息加以收集。分布式控制經(jīng)串行數(shù)字式分支框架，實現(xiàn)智能機(jī)械設(shè)備的通訊總線和自動化系統(tǒng)的連接，當(dāng)然也把對應(yīng)的I/O設(shè)備和現(xiàn)場設(shè)備相互連接，力促發(fā)揮輸入―輸出模塊的現(xiàn)場審驗和執(zhí)行的效能。

3）集中監(jiān)控方式下的自動控制系統(tǒng)。集中監(jiān)控方式下的自動控制系統(tǒng)有一個比較的缺點就是處理的速度相對比較緩慢，而且其控制方式主要是把所有的功能都集中在一個處理器中，這就導(dǎo)致了整個集中控制下的自動控制系統(tǒng)有一個缺點，這也導(dǎo)致了整機(jī)運(yùn)行速度的緩慢。另一個方面，把系統(tǒng)的所有設(shè)備都放入監(jiān)控之中，就會導(dǎo)致監(jiān)控數(shù)量過于龐大，主機(jī)空間的不斷下降，從而大大的增加了電纜的數(shù)量，造成了費(fèi)用的增加，同樣因為過長的傳輸距離降低了控制系統(tǒng)的可靠性能。因為集中進(jìn)行監(jiān)控的聯(lián)鎖與隔離器件中的閉鎖使用的都是硬接線，因此導(dǎo)致設(shè)備很難進(jìn)行功能擴(kuò)容操作。另外，因為系統(tǒng)接線的反復(fù)，增加了故障查找工作的困難度，也會增加由此而產(chǎn)生的錯誤指令，使得整個電氣自動化工程控制系統(tǒng)可靠性降低。

4）信息集成化的電氣自動化控制系統(tǒng)。毋庸置疑，隨著第三次科技革命的大力推進(jìn)，信息技術(shù)和跨越式發(fā)展，促使IT逐步滲透于電氣自動化中，對電氣自動化的影響是至關(guān)重要的。信息技術(shù)會在電氣自動化設(shè)施、系統(tǒng)和機(jī)器中進(jìn)行橫向的擴(kuò)展比較。而且隨著微電子技術(shù)的不斷投入應(yīng)用，對于原來明確規(guī)定的設(shè)備也慢慢的變得模糊了，而結(jié)構(gòu)軟件、通訊的能力和統(tǒng)一，運(yùn)用在組態(tài)環(huán)境之下逐漸的顯得越來越重要。

3 電氣自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

在我國電氣自動化發(fā)展戰(zhàn)略的指導(dǎo)之下，伴隨著市場化的環(huán)境，使電氣自動化工程控制系統(tǒng)的創(chuàng)新能力得到不斷的提升，對于已經(jīng)引入的創(chuàng)新性技術(shù)及時的進(jìn)行消化、吸收以及再創(chuàng)造。電氣自動化工業(yè)企業(yè)應(yīng)該不斷的提升自身的技術(shù)創(chuàng)新能力，對于具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電氣自動化工程控制系統(tǒng)加大科研的投入，為電氣自動化的研究提供更加廣闊的空間。而政府同樣應(yīng)該意識到電氣自動化工程控制系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展當(dāng)中的主導(dǎo)力量，加強(qiáng)政策上的扶持，建立和完善機(jī)制

體系。

當(dāng)前，經(jīng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心評估，通過了一批在工程中已實際采用、具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的電氣智能化技術(shù)的科技成果，他們主要采用了電氣系統(tǒng)集成技術(shù)。在智能電氣系統(tǒng)內(nèi)的每個子系統(tǒng)，一般來說均由各自的網(wǎng)絡(luò)連接起來，在各自的操作站下完成預(yù)期的工作，但尚未達(dá)到信息資源共享。為了達(dá)到管理的方便快捷，各子系統(tǒng)之間的信息資源共享，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)集成。在系統(tǒng)集成過程中，集成所選擇的系統(tǒng)平臺不同，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，所集成的子系統(tǒng)范圍不同，有不同的集成模式。隨著計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)、顯示技術(shù)的發(fā)展，使電氣設(shè)備控制系統(tǒng)通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與其它子系統(tǒng)相連，由此產(chǎn)生以電氣設(shè)備控制系統(tǒng)為主的系統(tǒng)集成方式。它們利用開放的協(xié)議以達(dá)到各相關(guān)子系統(tǒng)之間的聯(lián)動控制和信息共享，提高了管理效率，也提高了處理突發(fā)事件的能力，并達(dá)到了節(jié)能和節(jié)省人力的目的，這就是電氣設(shè)備管理系統(tǒng)（BMS）。系統(tǒng)進(jìn)行集成并不是目的，而是在此基礎(chǔ)上提升電氣的使用功能和提高管理效率的技術(shù)性手段，集成的內(nèi)容也并不是多多益善，根據(jù)管理的使用需要，在技術(shù)成熟、系統(tǒng)可靠、投資合理管理高效等按需進(jìn)行集成控制。

4 結(jié)語

近幾年電氣專用設(shè)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(shè)備制造廠家紛紛推出了雙CPU、智能型、帶現(xiàn)場總線接口的高可靠性能的產(chǎn)品。加之這些廠家也推出了自主知識產(chǎn)權(quán)的電氣綜合自動化系統(tǒng)，使ECS功能擴(kuò)展，實現(xiàn)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(jīng)成熟。

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