儀表測控技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化中的應(yīng)用

史永偉

[摘 ? ?要]得益于技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場的持續(xù)擴(kuò)大，我國的電氣工程自動(dòng)化發(fā)展蒸蒸日上，對整個(gè)機(jī)械行業(yè)以及電力行業(yè)都產(chǎn)生了極大的推動(dòng)作用。而在電氣工程自動(dòng)化中合理應(yīng)用儀表測控技術(shù)，可以進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的效率、質(zhì)量和穩(wěn)定性。主要就儀表測控技術(shù)所囊括的各項(xiàng)內(nèi)容，深入探究其在電氣工程自動(dòng)化中的具體應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]儀表測控技術(shù);電氣工程;自動(dòng)化

[中圖分類號]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–0–02

[Abstract]Thanks to the continuous progress of technology and market expansion， the development of electrical engineering automation in China has played a great role on the whole machinery industry and the power industry. The reasonable application of the instrument measurement and control technology in the electrical engineering automation can further improve the efficiency， quality and stability of the power system operation. This paper focuses on the instrument measurement and control technology and explores the specific application in electrical engineering automation.

[Keywords]instrument measurement and control technology; electrical engineering; automation

1 儀表測控技術(shù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析

對電氣工程自動(dòng)化而言，最關(guān)鍵的部分在于保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而為社會(huì)生產(chǎn)以及民眾生活提供切實(shí)保障。因此，在日常工作中，電氣工程自動(dòng)化工作人員必須對儀表測控技術(shù)有充分了解，這樣才能進(jìn)行有效的利用。一般來說，儀表測控技術(shù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含遠(yuǎn)程監(jiān)測控制、集中監(jiān)測控制和現(xiàn)場總線監(jiān)測控制這三大類技術(shù)。

1.1 遠(yuǎn)程監(jiān)測控制技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)常被用在持續(xù)采集信息以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀況的評估，同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理服務(wù)。對電廠來說，應(yīng)用該技術(shù)可以更高效地檢測和修復(fù)設(shè)備安全問題，保證設(shè)備功能的良好以及運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定。不僅如此，該技術(shù)在追蹤和收集相關(guān)應(yīng)用程序以及硬件信息方面效果顯著，便于實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和軟件等的主動(dòng)監(jiān)視，電廠也可以借助它來實(shí)時(shí)監(jiān)視交換機(jī)、路由器等設(shè)備。這項(xiàng)技術(shù)的擴(kuò)展審核囊括了遠(yuǎn)程會(huì)話的視頻記錄，而電廠則憑借對虛擬計(jì)算機(jī)的監(jiān)視來實(shí)現(xiàn)該信息的獲取，例如Hyper-V和VMware基礎(chǔ)架構(gòu)。在電氣工程自動(dòng)化中，該技術(shù)還可以有效連接服務(wù)器與工作站，同時(shí)發(fā)送更新后的數(shù)據(jù)給操作系統(tǒng)，整個(gè)過程中一旦發(fā)現(xiàn)存在隱患就能通過編寫代碼來實(shí)施彌補(bǔ)，從而制止了關(guān)鍵信息的泄露。應(yīng)用儀表自控技術(shù)過程中，遠(yuǎn)程監(jiān)控能夠切實(shí)有效地助力使用者更好地掌握設(shè)備真實(shí)運(yùn)行狀況，達(dá)到實(shí)時(shí)模擬監(jiān)控的效果。而離散傳感器的使用則能更有效地實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的收集。服務(wù)器運(yùn)行中會(huì)采用多種報(bào)警方式，這是為了保證內(nèi)部監(jiān)視系統(tǒng)具備更多樣的功能。

1.2 集中監(jiān)測控制技術(shù)

對于儀表測控技術(shù)的內(nèi)部構(gòu)成而言，集中監(jiān)測控制技術(shù)極為重要，它是通過數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程評估以及包括監(jiān)測員、評審員和團(tuán)隊(duì)工作人員在內(nèi)的信息評估，實(shí)現(xiàn)對電氣工程自動(dòng)化運(yùn)行中各項(xiàng)設(shè)備的監(jiān)視。加之電子獲取技術(shù)的不斷改良，使得監(jiān)視研究的數(shù)據(jù)可以從集中和遠(yuǎn)程的角度開展追蹤，最終更高效地對設(shè)備運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行監(jiān)視。正因?yàn)槿绱耍O(jiān)管機(jī)構(gòu)建議使用集中監(jiān)控模式來監(jiān)督電氣工程自動(dòng)化運(yùn)行中的設(shè)備狀態(tài)，同時(shí)結(jié)合相應(yīng)的計(jì)劃與流程，實(shí)現(xiàn)對儀表測控技術(shù)精準(zhǔn)度的進(jìn)一步提升?？紤]到以往每一至二月實(shí)施一次監(jiān)視的方式并沒有產(chǎn)生足夠精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，因而應(yīng)及時(shí)開發(fā)出更加穩(wěn)定、質(zhì)量更好的監(jiān)控方法，此時(shí)就可以使用集中式監(jiān)控，運(yùn)用適當(dāng)?shù)馁Y源與技術(shù)，通過合理的流程輸出更具效能的監(jiān)控解決方案。對電氣企業(yè)而言，集中監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用有助于提高風(fēng)險(xiǎn)識別成效，在集中識別錯(cuò)誤率較高的設(shè)備并借助協(xié)議偏差和數(shù)據(jù)異常的站點(diǎn)分析之后，就能夠顯著提升儀表測控的精確度，同時(shí)還促進(jìn)了對曲項(xiàng)分布和異常值等的識別，使得工作人員能夠盡早察覺可能出現(xiàn)故障的設(shè)備。總的來說，這項(xiàng)技術(shù)通過恰當(dāng)?shù)挠?jì)劃安排與合理的技術(shù)應(yīng)用，為儀表測量貢獻(xiàn)了效果顯著的智能化解決方案。對于電氣工程自動(dòng)化設(shè)備管理成本不斷提升的問題，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也可以促進(jìn)成本的節(jié)約，并且使得儀表測控技術(shù)的精準(zhǔn)度和效果得以提升。

1.3 現(xiàn)場總線監(jiān)測控制技術(shù)

對過程的自動(dòng)化來說，現(xiàn)場總線系統(tǒng)發(fā)揮不可替代的作用，保障了最佳水平的可用性和可靠性，即通過開發(fā)一些全新的能夠執(zhí)行診斷的組件來解決日常運(yùn)行中出現(xiàn)的典型故障。此類組件通?？梢越⒃谕该?、無縫的現(xiàn)場總線基礎(chǔ)架構(gòu)上，無須憑借其他工程輔助，但必須做到連續(xù)監(jiān)視控制柜以及周遭環(huán)境，以最大程度保障系統(tǒng)運(yùn)行。需要注意的是，應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)，務(wù)必要將電源和總線連接都?xì)w納在控制室機(jī)柜里。當(dāng)前創(chuàng)新型的網(wǎng)關(guān)大都具備了數(shù)字輸入功能，能夠用在脈沖計(jì)數(shù)器以及頻率測量等領(lǐng)域，或者用于連接模擬傳感器。此類系統(tǒng)集成了用于控制空調(diào)單元的功率繼電器以及空氣濕度傳感器，從而確保上文提到的組件得以被靈活運(yùn)用在監(jiān)視控制柜和周遭區(qū)域。同時(shí)，以太網(wǎng)的功效體現(xiàn)在示波器和大量數(shù)據(jù)的歷史測量中，此時(shí)該軟件無須特定配置即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搜索和加入以太網(wǎng)，其具體優(yōu)勢主要集中在以下方面。

（1）對系統(tǒng)操作的優(yōu)化。這項(xiàng)技術(shù)可以將全部設(shè)備的所有變量都納入到控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、趨勢分析、過程優(yōu)化研究、預(yù)測性維護(hù)、遠(yuǎn)程配置以及資產(chǎn)管理等功能。而數(shù)字通信本身不受干擾的特點(diǎn)使得測量準(zhǔn)確性和控制能力大幅提升。

（2）對系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)的弱化以及系統(tǒng)操作可靠性的提高。數(shù)字現(xiàn)場總線設(shè)備多采用微處理器，因此也具備一定的自檢和通信功能，降低了停機(jī)時(shí)間，變相提高了電廠的安全性。如果發(fā)覺有異常情況，或者需要進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)時(shí)，也可以及時(shí)通知電廠相關(guān)工人人員，便于后者快速高效地解決問題。

（3）對電廠績效和資產(chǎn)管理的強(qiáng)化。數(shù)字現(xiàn)場總線技術(shù)使得包括診斷、校準(zhǔn)、標(biāo)識以及其他維護(hù)管理操作在內(nèi)的資產(chǎn)管理功能，得以對來自現(xiàn)場設(shè)備的海量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)挖掘。對用戶來說，也可以主動(dòng)進(jìn)行維護(hù)，以便將資源分配到需要的地方。

（4）對系統(tǒng)靈活性和可操作性的提升。數(shù)字現(xiàn)場總線技術(shù)采用了開放式協(xié)議，故而能夠較為輕易地將電廠中來自不同供應(yīng)商的不同子系統(tǒng)進(jìn)行集成，且不需要定制編程即可實(shí)現(xiàn)信息訪問。從另一角度來說，當(dāng)控制系統(tǒng)依舊無法使用時(shí)，往往需要在安裝后立即檢查物理層。而為了實(shí)施這些檢查，會(huì)使用到一種特殊形式的通過以太網(wǎng)的FF-H1通信，此時(shí)驅(qū)動(dòng)程序的存在便為筆記本電腦直接在網(wǎng)關(guān)上建立FF-H1通信奠定了必要條件。當(dāng)這樣的通訊建成時(shí)，就能夠?qū)W(wǎng)段質(zhì)量和所有連接設(shè)備的通訊狀況進(jìn)行檢查，再借助FF-H1在控制技術(shù)中激活所有設(shè)置。整個(gè)調(diào)試過程中生成的報(bào)告，系統(tǒng)均提供了導(dǎo)入和導(dǎo)出的功能。事實(shí)上，現(xiàn)場總線監(jiān)測控制技術(shù)擁有全新的智能診斷功能，比如具備自我監(jiān)控功能的雷電保護(hù)、以及高級短路保護(hù)等。而降低硬件和相關(guān)成本，使得所需的連接器、端接器、功率調(diào)節(jié)器等能夠抵消部分費(fèi)用，其原因在于：①數(shù)字現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一條線路搭載多個(gè)設(shè)備的構(gòu)想，降低了對電線、導(dǎo)線管、電纜橋架以及控制柜的需求;②由于實(shí)現(xiàn)控制策略的標(biāo)準(zhǔn)功能塊存在，使得系統(tǒng)所需的硬件數(shù)量減少，比如電源、輸入/輸出轉(zhuǎn)換器、機(jī)柜等;③多變量數(shù)字現(xiàn)場總線變送器，往往具有緊密耦合安裝，能夠消除對溫度變送器的需求;④得益于所需的I/O卡數(shù)量減少，控制室設(shè)備上的電力負(fù)載以及控制柜的尺寸也相應(yīng)縮減;⑤由于硬件的減少，使得系統(tǒng)啟動(dòng)以及參數(shù)優(yōu)化操作得以簡化，同時(shí)降低了系統(tǒng)安裝、調(diào)試的時(shí)間和建造成本。

2 儀表測控技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化中的具體應(yīng)用

在儀表測控技術(shù)的廣泛應(yīng)用下，電氣工程自動(dòng)化發(fā)展效果顯著。具體而言，可以從兩方面剖析儀表控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況。

2.1 分散測控體系儀表測控技術(shù)的應(yīng)用

該技術(shù)本質(zhì)是一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，且內(nèi)含了大量控制回路，其中廣泛存在遍及全系統(tǒng)的自治控制區(qū)，無須中央操作員的監(jiān)督控制。應(yīng)當(dāng)關(guān)注的是：①這項(xiàng)技術(shù)由眾多處理器以及數(shù)據(jù)字段（DF）即通信總線組成，其中數(shù)據(jù)總線的功能體現(xiàn)在為處理器之間提供消息通信。這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在電氣自動(dòng)化過程中時(shí)，處理器本身具備一個(gè)自治控制處理器（ACP）和應(yīng)用程序（AP），其作用在于監(jiān)視和控制電廠。這里所指的ACP是一種中間件，用于處理器內(nèi)的AP，負(fù)責(zé)提供連接到DF的發(fā)布功能。而此處的發(fā)布可理解為多對多組件之間的通信模型，該模型內(nèi)的組件可被指定為數(shù)據(jù)生產(chǎn)者，系統(tǒng)可以同時(shí)指定為需要數(shù)據(jù)作為輸入的數(shù)據(jù);②AP之間的消息多由交易代碼（TCD）和數(shù)據(jù)組成，其中TCD作為DF上的唯一標(biāo)識符，能夠在邏輯上對AP之間的通信進(jìn)行定義;另外，ADS的優(yōu)勢在于對升級和擴(kuò)展現(xiàn)有系統(tǒng)的加成，往往不用對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行修改即可安裝和激活新的AP。在實(shí)際測試中，測試新的AP以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有AP的替代，需要以下3個(gè)步驟：①測試AP依據(jù)TCD與正在處理在線任務(wù)的APj接受相同數(shù)據(jù);②測試AP依據(jù)接收到的數(shù)據(jù)來創(chuàng)建臨時(shí)數(shù)據(jù)，再將其發(fā)布到帶有測試標(biāo)志的數(shù)據(jù)字段中;③在線AP接受并處理臨時(shí)數(shù)據(jù)，然后發(fā)布結(jié)果，最終由日志記錄程序進(jìn)行接受。一般情況下，都需要在不同資源上多次執(zhí)行AP，這樣才能保證其可靠性，而TCD機(jī)制的存在使得這易于實(shí)現(xiàn)。該種情況需要借助2個(gè)步驟：①由APj和APj'訂閱相同的數(shù)據(jù)，然后將處理后的結(jié)果進(jìn)行發(fā)布;②由APk負(fù)責(zé)檢查兩個(gè)AP發(fā)布的結(jié)果符合程度，再進(jìn)入到下一個(gè)處理程序。首先是空間擴(kuò)展，當(dāng)系統(tǒng)較大時(shí)，就響應(yīng)性和可靠性來說，應(yīng)當(dāng)具備異構(gòu)子系統(tǒng)。由于引入了數(shù)據(jù)字段中的多播組來應(yīng)對大規(guī)模的異構(gòu)屬性，且這些屬性從邏輯上講實(shí)現(xiàn)了對所有數(shù)據(jù)字段的分段處理。除此之外，在連接大型系統(tǒng)數(shù)據(jù)字段的多播組中，網(wǎng)關(guān)也常用到，它可以根據(jù)某些過濾消息除了連接數(shù)據(jù)字段以外的策略，從而規(guī)避了可能因發(fā)布通信體系結(jié)構(gòu)而引起的消息泛濫;同時(shí)對于時(shí)間擴(kuò)展，依靠原始ADS中的數(shù)據(jù)字段通過網(wǎng)絡(luò)在處理器之間傳播消息，將其擦除以保持通信量的恒定。需要注意的是，在將新應(yīng)用程序安裝到實(shí)際環(huán)境之前，必須要借助部分歷史數(shù)據(jù)來進(jìn)行測試，此時(shí)ADS不提供這樣的服務(wù)。而用于AP的擴(kuò)展名安裝了具有存儲功能的組件，使得歷史數(shù)據(jù)得以保留在數(shù)據(jù)字段中，該機(jī)制的實(shí)現(xiàn)憑借的是使用消息中間件定期發(fā)布?xì)v史數(shù)據(jù)目錄的功能。

2.2 儀表測控防干擾技術(shù)的應(yīng)用

儀表測控技術(shù)在實(shí)際使用中難免受到各種因素影響，其精度和效率并非一成不變。為了解決對儀表測控工作影響的問題，最有效的做法是增加防干擾技術(shù)。當(dāng)前，我國儀表測控防干擾技術(shù)形式主要包含隔離技術(shù)、屏蔽技術(shù)和軟件技術(shù)三種，且分別具有不同功能和特征。①隔離技術(shù)主要借助兩個(gè)重點(diǎn)區(qū)域，即可靠絕緣區(qū)域以及合理配線區(qū)域。②屏蔽技術(shù)主要依靠金屬導(dǎo)體作為保護(hù)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對測控儀表工作中易受到干擾元件、線路和信號接收線的屏蔽，從而完成防干擾操作。采用了屏蔽技術(shù)的儀表測控設(shè)備還可以對電流性噪聲耦合現(xiàn)場的發(fā)生進(jìn)行有效預(yù)防，從而實(shí)現(xiàn)了對電磁防護(hù)功能的進(jìn)一步加強(qiáng)。③軟件技術(shù)，其關(guān)鍵在于對系統(tǒng)軟件進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)儀表測控技術(shù)的防干擾目的。

3 結(jié)語

盡管現(xiàn)階段儀表監(jiān)測技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化中被廣泛使用，但仍不能停止對其研究和改善，這樣才能滿足日益增長的用電需求，助力各行各業(yè)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展順利前行。對電力部門而言，必須要充分意識到儀表監(jiān)測技術(shù)的價(jià)值，并投入足夠的研究以優(yōu)化相關(guān)技術(shù)，提升應(yīng)用成效，促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡瑞.探討電氣工程自動(dòng)化中的儀表測控技術(shù)[J].科技視界，2018（7）：134-135.