探討電氣自動化儀表與自動化控制技術

崔金山 孫文志

（山東魯泰化學有限公司 山東濟寧 272300）

電氣設備功能的實現(xiàn)需要依靠自動化控制技術的有效支持，做好自動化控制技術的研究，提升自動化控制技術水平，已成為當前化工行業(yè)重點關注的內容。近年來，隨著電氣自動化行業(yè)不斷發(fā)展，很多企業(yè)為提升自身在市場中的競爭力，都在積極開發(fā)智能化的電氣控制系統(tǒng)，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)［1］。目前，市場上使用頻率最高的電氣自動化控制系統(tǒng)是可編程邏輯控制器，其具有較強的智能化特點，同時，其監(jiān)控功能在實際工作中也具有較為良好的實用性，為電氣自動化控制技術的發(fā)展奠定了良好的基礎。為進一步創(chuàng)新電氣自動化儀表設計及自動化控制技術，相關工作者有必要加強對先進技術的研發(fā)與應用，優(yōu)化電氣系統(tǒng)，實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。

1 電氣儀表自動化控制系統(tǒng)功能概述

電氣儀表自動化控制系統(tǒng)的功能具體包括以下3個方面。

1.1 智能監(jiān)控

在實際工作中，電氣自動化控制系統(tǒng)涉及的工作通常是比較廣泛的，如監(jiān)測工程所在的環(huán)境、周邊工程的生產(chǎn)建設情況等［2］。在監(jiān)測過程中，監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器會發(fā)揮作用，考慮到目前監(jiān)測系統(tǒng)的運作環(huán)境非常復雜，在設計監(jiān)測系統(tǒng)時，建議相關工作者加強對各種傳感器的合理選擇，把控好傳感器的性能，以滿足系統(tǒng)的運行要求。由于系統(tǒng)具有智能化特點，在對信息的接收、傳輸過程中，需要用到紅外收發(fā)模板與發(fā)光二極管兩個設備，二者相輔相成，共同依據(jù)信號源的提示，記錄好各種數(shù)據(jù)信息。此外，光敏三極管也是這一系統(tǒng)的重要組成部分，一般來講，信號源接收的光線是紅色光，由紅外發(fā)射管發(fā)出。因此，為保證電氣自動化儀表的正常運作，工作者必須加強對設備信號接收、傳輸性能的管理，采取一定的措施，保證信號能夠被正常傳輸?shù)絾纹瑱C上，如加強對警戒線的排查等。

1.2 自動控制與保護

這一功能的正常運作主要依賴于分閘與合閘。在實際工作中，一些體積較大的電氣自動化儀表，其控制系統(tǒng)承載的電流與電壓通常也較大，因此，工作人員有必要加強對供電系統(tǒng)的調控，為其裝設自動化的控制技術設備。在設備正式運行前，還應檢查設備的性能，避免存在故障，導致電氣自動化儀表無法被正常啟動［3］。

1.3 測量功能

測量功能也是電氣儀表自動化控制系統(tǒng)的重要功能之一。目前，市場上的電氣設備大多都裝設了指示燈與信號燈，在日常工作中，這些部件傳達的信息通常僅包括電氣系統(tǒng)的運行狀態(tài)、運行穩(wěn)定性等，不包括電氣系統(tǒng)的各項運行參數(shù)，因此，設備使用者很難全面、具體地評判電氣設備的運行情況。在安裝、維修設備時，技術人員也需采用特定的儀器對設備的各項參數(shù)展開測量，一般會從P、U、I 這3 個層面測量，效率較低［4］。目前，對電氣儀表設備的測量，已不再延續(xù)傳統(tǒng)的人工測量手段，智能測量技術在電氣儀表安裝、維修、管理中的應用率越發(fā)提升，相應地，測量功能也就成為了電氣儀表自動化系統(tǒng)繼保護控制功能、監(jiān)控功能外的第三功能，這對于保障儀表設備的運行效率、提升儀表參數(shù)測量精準性而言，顯然有著重要的意義。

2 傳統(tǒng)電氣自動化儀表及自動化控制技術概述

2.1 傳統(tǒng)電氣設計思路

近年來，自動化技術不斷發(fā)展，對新型電氣自動化儀表的開發(fā)也被提上了日程，相關工作者有必要加強對傳統(tǒng)電氣自動化技術設計思想的學習，在此基礎上，不斷推陳出新，有所創(chuàng)新。具體而言，傳統(tǒng)電氣儀表的工作目標通常是保護電氣設備不受損壞、保證電氣設備的正常運行。很多工程項目在施工時都非常重視對電氣設備的安裝，而在這一過程中，使用電氣自動化儀表，可幫助工程方獲得更為良好的電氣設備管理效果［5］。結合實際情況，可將傳統(tǒng)電氣設備設計思路概括為如下兩點。首先，應依據(jù)用電設備的性能、構造情況，設計電氣設備，尤其應當把控好設備在電荷、分布等方面的特征，可結合高低電壓波動情況，設置好性能參數(shù)，完成對保護、控制系統(tǒng)的設計及對二次計量中配電系統(tǒng)的設計等。其次，在工藝控制與自動化系統(tǒng)等方面，工作人員應具體分析用電設備的末端控制條件，在此基礎上，完成一系列工作，如電氣安裝、電纜敷設等。

2.2 傳統(tǒng)電氣自動化控制技術設計思路

在實際工作中，對電氣自動化系統(tǒng)的設計并不是無章可循。工作人員可依據(jù)工藝控制與檢測設備的分布情況進行具體的設計，一方面提升電氣自動化系統(tǒng)的設計質量，另一方面為電氣設備的運行帶來可靠的保障［6］。此外，在正式開工前，相關工作者還應加強對計算機系統(tǒng)構造及內容的控制，一般來講，應重點加強對儀表系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、用電設備控制系統(tǒng)的設計，應結合系統(tǒng)性能要求，編制流程圖，監(jiān)控軟件動態(tài)，并完成對電纜、信號輸出輸入的設計等。

2.3 傳統(tǒng)電氣自動化系統(tǒng)組成部分

通常情況下，傳統(tǒng)電氣自動化系統(tǒng)包括控制網(wǎng)絡、軟件管理、儀表、執(zhí)行器、控制器、計算機等眾多輔助項目，其功能主要為管理、控制電氣設備。在眾多類型的自動化控制系統(tǒng)中，三級自動控制系統(tǒng)最為常規(guī)和典型，其現(xiàn)場設備連接在自動控制系統(tǒng)與各種電氣設備之間，實際運行時，工作人員可利用這一設備采集系統(tǒng)信號、收集數(shù)據(jù)信息并對信息進行一定的處理。同時，如下幾種設備在現(xiàn)場也較為多見：（1）可編程序控制PLC；（2）過程控制產(chǎn)品［7］。此外，現(xiàn)場設備的電氣組成成分在種類上亦是十分豐富的，一般可依據(jù)其功能將其大致劃分為保護設備、接收設備、管理設備等。實際運行中，可利用計算機系統(tǒng)、軟件平臺等，管理電氣設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息。以下詳細介紹傳統(tǒng)電氣自動化控制系統(tǒng)的幾個重點組成部分。

2.3.1 中央控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)由微機控制，與信息系統(tǒng)結合在一起，能夠實現(xiàn)對電氣系統(tǒng)的綜合控制，具有接口多、精細化、集成化等多種特點。相較于人為控制手段，此種電氣自動化控制手段的優(yōu)勢在于控制效率高、穩(wěn)定性強、精確度好，有助于維護電氣設備系統(tǒng)的功能安全與運行穩(wěn)定性。此外，該系統(tǒng)使用的控制技術還具有一定的實時性，一旦電氣設備因功能障礙等因素而出現(xiàn)安全隱患時，中央控制系統(tǒng)會第一時間發(fā)出安全控制指令，指導技術人員結合系統(tǒng)提示信息，采取措施維修電氣設備。

2.3.2 PLC模塊

PLC 模塊是技術含量很高的控制技術，尤其表現(xiàn)在對元器件的選擇上，原則上來講，對這些元器件的選擇，必須符合PLC 模塊的運作要求，同時，技術人員還應為各個元器件賦予一定的屏蔽系統(tǒng)作為支撐。需要注意的是，在設計這一模塊時，為最大化發(fā)揮各元器件的功能，技術人員需采取合適手段，避免元器件受到電磁干擾，因此，在元器件生產(chǎn)環(huán)節(jié)，有必要依照設計要求，加強生產(chǎn)參數(shù)控制。生產(chǎn)完畢后，還應及時執(zhí)行質量檢測，對于不合格的元器件應直接返廠。實際運行中，PLC模塊所具有的優(yōu)勢是其他技術所不能比擬的，如面積小、安裝簡便等，在很大程度上提升了電氣自動化系統(tǒng)的安裝、運行效率，同時也有利于促進電氣領域的可持續(xù)發(fā)展。

2.3.3 通信模塊

此模塊的主要功能為采集、管理、存儲數(shù)據(jù)，并將處理好的數(shù)據(jù)信息傳輸至計算機系統(tǒng)中，實現(xiàn)對電氣設備的自動化控制。此種技術以通信技術為支撐，類似于TCP協(xié)議，是利用網(wǎng)絡平臺傳播、控制電氣信息的技術。此模塊的應用原理以光纖技術為載體，利用通信技術，將誤碼率傳輸至具體的電氣儀表之中。技術人員可利用通信模塊，實現(xiàn)對電氣資源的有效共享，不斷提升電氣儀表信息傳遞、管理的精確性與高效性。

3 電氣自動化儀表與自動化控制技術的新設計思想

3.1 基礎條件

近年來，與電氣設備有關的技術得到了一定程度的發(fā)展，呈現(xiàn)出明顯的扁平化、網(wǎng)絡開發(fā)化、電氣智能化特征，為自動化控制系統(tǒng)的設計思想帶來了全新的參考依據(jù)。以下詳細分析電氣儀表自動化控制系統(tǒng)新設計思想的基礎條件。

3.2 嵌入式技術的發(fā)展

近年來，嵌入式技術得到了一定程度的更迭，在電氣控制中有著較高的應用率與較為廣闊的應用面。目前，很多企業(yè)設計的自動控制系統(tǒng)都應用了此種技術，其核心為Ethemet，這彰顯了這類技術在近期及未來的發(fā)展方向。同時，電氣儀表自動化控制系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)技術的融合程度越來越深，相關工作者可以利用傳感器等設備，將位于現(xiàn)場的電氣設備與互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，同時還應加強對執(zhí)行器的操作及管理，這也離不開對嵌入式技術的應用［8］。此外，隨著相關技術的蓬勃發(fā)展，監(jiān)控設備的發(fā)展方向也產(chǎn)生了一定的變化，狀態(tài)性特征越發(fā)明顯，狀態(tài)診斷技術的作用日漸凸顯，在很大程度上提升了現(xiàn)場設備的信息傳遞質量。為建立更為良好的狀態(tài)監(jiān)測點，有必要實現(xiàn)對現(xiàn)場設備與遠程監(jiān)控系統(tǒng)的緊密連接，讓報警系統(tǒng)能夠獲得更為良好的運作。

3.3 現(xiàn)場總線技術的發(fā)展

現(xiàn)階段，現(xiàn)場總線技術正朝著網(wǎng)絡化、信息化的方向發(fā)展，在技術管理上，也越發(fā)呈現(xiàn)出集約化特征。設備及自動控制系統(tǒng)的智能化是此項技術最為關鍵的發(fā)展目標，在實際工作中，為實現(xiàn)對設備信號的精準傳遞，系統(tǒng)通常需轉換信號的格式并對其實施分散控制，此功能也是建立在數(shù)字化技術、智能化技術的發(fā)展之上。

3.4 設計思想

以下詳細分析新設計思想的內容與特點。小型PLC控制器是最為典型的就地控制設備，此外，嵌入式控制裝置也是目前較為常見的就地控制設備。為提升電氣自動化儀表運行的可靠性，有必要對設備進行一次性的電氣設計，即就地控制用電設備，再對高低壓配電設備實施一次電氣設計，具體的設計要求可參考工藝控制的設計要求，在應用這項設計思路的前提下，工作人員在設計時無需再考慮預留的互聯(lián)網(wǎng)。對不同電氣的設計，在設計流程上通常具有一定的區(qū)別。例如，在過去很長一段時間內，若系統(tǒng)硬件未定牌，相關工作者不應開始系統(tǒng)施工，但現(xiàn)今對系統(tǒng)進行施工則無需等待定牌工序，因此，可以說新設計思想的出現(xiàn)顯著簡化了電氣自動化的設計流程與施工工序。

有必要結合新設計思想的內容及特征，探討其與未來新技術的融合情況?，F(xiàn)如今，控制管理系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)出了一定的開放性特點，同時，網(wǎng)絡結構也越發(fā)呈現(xiàn)出扁平化特征，但數(shù)據(jù)信息共享仍然是這兩類系統(tǒng)的主要功能，相關工作者應加強對此類技術的研發(fā)及應用，以控制電氣自動化施工成本［9］?，F(xiàn)場總線技術的發(fā)展離不開嵌入式控制裝置的良好運作，建議相關工作者結合實際需求，調整好設備的在線、離線狀態(tài)?？傊?，值得期待的是，隨著電氣自動化儀表與自動化控制技術的日益更迭，電氣設備自動化工作效率會日漸提升，這有利于滿足大眾對電氣的需求。

4 結語

綜上所述，21世紀是信息技術迅速發(fā)展的時代，各行各業(yè)都在積極探索對智能化技術的應用，隨著時代的進步，對電氣系統(tǒng)的創(chuàng)新也逐步提上日程。電氣自動化儀表與自動化控制技術的應用不僅能提升各類設備操作的智能化水平，還能大大提升各類電氣設備使用的安全性與穩(wěn)定性，在提升工業(yè)生產(chǎn)效率方面發(fā)揮著巨大作用。當前，電氣設備的功能普遍較為先進，很多設備在經(jīng)過一系列創(chuàng)新變革的基礎上呈現(xiàn)出明顯的集成化、自動化特點，但對電氣自動化儀表及自動化控制技術的研發(fā)與推廣還具有明顯的滯后性，因此，在之后的工作中，相關工作者有必要加強對這類工作的創(chuàng)新，提升對嵌入式技術等先進技術的利用率。同時，施工人員也應不斷提升對電氣系統(tǒng)的施工水平，各方應形成合力，共同實現(xiàn)對電氣系統(tǒng)的網(wǎng)絡扁平化發(fā)展。