計算機技術(shù)應(yīng)用下的電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計分析

雷 濤

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，手工生產(chǎn)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代的需求，電氣自動化設(shè)備的使用大大提高了生產(chǎn)效率，確保了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，并縮短了單位時間內(nèi)所需要的生產(chǎn)時間，使公司的勞動生產(chǎn)力大大提高，也正因此，使得電氣自動化的應(yīng)用越來越廣泛。另外，計算機技術(shù)的應(yīng)用是電氣自動化控制系統(tǒng)正常運行的前提，在生產(chǎn)過程中，可以使用監(jiān)控來保障電氣自動化的正常工作，在發(fā)生錯誤時，可以及時發(fā)現(xiàn)并有效處理，不僅可以大大改善提高生產(chǎn)效率，其安全可靠的特性更是工業(yè)生產(chǎn)中一項重要的創(chuàng)新技術(shù)。

1 電氣工程及電氣自動化的計算機控制系統(tǒng)的概述

電氣工程自動化持續(xù)發(fā)展，使自動化技術(shù)能夠很好的彌補人工作業(yè)的缺點，將電氣自動化技術(shù)與計算機控制系統(tǒng)結(jié)合是我國目前電氣工程發(fā)展中的重點，利用計算機能夠?qū)ο到y(tǒng)進行精準調(diào)節(jié)。與此同時，能夠提高整體電氣工程運行的穩(wěn)定性，使電氣工程的操作變得更加簡單高效。此外，還可以與其他智能系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)配電系統(tǒng)、變電系統(tǒng)、電力照明系統(tǒng)綜合控制，初步實現(xiàn)現(xiàn)代的智能電力協(xié)同發(fā)展，計算機控制系統(tǒng)可以自主保存數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)的對點檢驗，操作方便，在一定程度上能夠減少電氣工程對人力物力的投入，有效壓縮企業(yè)成本。

2 監(jiān)控方式的分析

2.1 集中監(jiān)控

當使用電氣自動化控制系統(tǒng)時，該系統(tǒng)的設(shè)計主要用于實現(xiàn)其功能的發(fā)揮，使系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性，同時系統(tǒng)的日常使用和維護也非常方便。但是，由于電氣自動化集中管理系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)用管理和集中處理功能會加重本機負荷，影響了本機的運轉(zhuǎn)降低生產(chǎn)效率。與此同時，必須進行監(jiān)視導(dǎo)致信息的增加也對電氣自動化提出了更高的要求，為了保證監(jiān)視系統(tǒng)的性能，越來越多的功能模塊集成在同一處理器中，除此之外同樣不可避免的是，系統(tǒng)中的冗余將減少，導(dǎo)致處理信息的能力嚴重滯后。

2.2 遠程監(jiān)控

遠程監(jiān)視方法意味著在外部狀態(tài)下借助通訊工具，實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)控。需要借助互聯(lián)網(wǎng)，將所需要的計算機連接到一起，從而實現(xiàn)整體操作，打破了以往分散式的監(jiān)控模式，節(jié)約了人力成本，遠程監(jiān)控將各個項目詳細的呈現(xiàn)在主計算機上。這種監(jiān)控方法的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在低成本和監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果準確性。遠程監(jiān)控系統(tǒng)，通過后臺數(shù)據(jù)分析設(shè)備的運行狀況，在設(shè)備出現(xiàn)故障之前告知客戶，在最大程度上減少設(shè)備的故障時間，提高生產(chǎn)車間的運行效率。

2.3 現(xiàn)場監(jiān)控

與國外相比的電氣自動化控制相比，我國取得了長足的進步，自動化程度也隨之提高。在新時代的背景下，應(yīng)繼續(xù)保持過去的杰出成就，在滿足工業(yè)化進程的需要下，充分發(fā)揮精神，克服困難，增加技術(shù)研究。上述方法有效地結(jié)合了日常工作與某些設(shè)計對象的實際情況，因地制宜的將操作方法進一步及時調(diào)整并進行改善處理，保證系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性，后根據(jù)設(shè)計要求的原則，使自動電氣化功能更加獨立。

2.4 庫房管控系統(tǒng)

天車自動控制系統(tǒng)所有操作均在中控室，拆除原室內(nèi)的操作臺。

中控室設(shè)置一個PLC柜，三個操作臺，三個顯示器，其中兩個操作臺和顯示器為天車控制系統(tǒng)，一個操作臺和顯示器為視頻監(jiān)控系統(tǒng)。PLC柜內(nèi)布置主控PLC、系統(tǒng)服務(wù)器、無線AP、軌道秤儀表等。

天車控制系統(tǒng)設(shè)置兩臺工控機和顯示器，互為熱備。上位系統(tǒng)實現(xiàn)天車軌跡，料區(qū)分布，天車及平車設(shè)備在線監(jiān)測，天車工根據(jù)上位畫面進行實時監(jiān)測及操作。

兩套天車手動操作搖桿安裝在兩臺操作臺上。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)操作桿安裝在視頻系統(tǒng)操作臺上。

主控PLC及上位機軟件系統(tǒng)主要包含天車自動控制軟件模塊、稱重系統(tǒng)模塊、天車定位模塊、上位界面模塊、料堆識別模塊、廢鋼車定位模塊、系統(tǒng)二級換算模塊。

主控系統(tǒng)與轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的下發(fā)料單，并根據(jù)料單數(shù)據(jù)自動控制天車自動裝料。

通過監(jiān)控畫面實時監(jiān)控車間內(nèi)各設(shè)備以及物料的參數(shù)情況，如天車的位置，天車的實時吊運重量、過跨車的實時累計重量、廢鋼區(qū)域中的廢鋼剩余量等，以及各種數(shù)據(jù)報警等。

3 自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計分析

3.1 電器負荷分析

自動化控制系統(tǒng)主要是為了電源的安全，監(jiān)視和處理電氣運行期間的基本負載。在這個階段，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的控制方法對電力負荷的控制和監(jiān)測進行操作已經(jīng)遠遠不能滿足人們不斷增長的用電需求，這將導(dǎo)致電源不足，無法確保人們的正常生活。為此，我們必須逐步放棄傳統(tǒng)控制電力負載的方法并不斷朝著電氣自動化控制的方向發(fā)展，這將在未來的電力控制系統(tǒng)中發(fā)展成為主流。此外，在科學技術(shù)推進的驅(qū)動下，許多電氣部門使用自己的電氣控制系統(tǒng)，通過增加電氣自動化系統(tǒng)負荷能力，實現(xiàn)了負載處理、監(jiān)視和電氣自動化控制的關(guān)聯(lián)，促進了電力系統(tǒng)的發(fā)展，使其在當下，不同信息資源之間的共享成為可能。

3.2 通訊系統(tǒng)分析

通信系統(tǒng)是電氣自動化控制系統(tǒng)中特別重要的部分，它與信息直接相關(guān)，在此階段，主要有兩種通信方法，即有線通信模式和無限制的通信模式，在選擇通信模式時必須考慮到用戶的實際情況。通過電話線和專用線的通訊方法是有線通信方法，主要優(yōu)點是成本低廉，方便快捷，但也有某些缺點，例如可靠性和通信安全性相對較低，最大的缺點是及時性低，為此，有線通訊方法需要配電終端。對于無線通信，主要通過普通的無線電通訊和高速智能傳輸來實現(xiàn)。一般而言，常規(guī)無線電通訊主要用于電氣負載的控制和監(jiān)視，成本較低，可靠性與有線通訊相同都相對較差，用于可靠性要求較低的配電終端。高速智能通訊傳輸方式具有比較優(yōu)勢，這主要體現(xiàn)在高傳輸速度，高精度等方面，并且具有根據(jù)需要進行自行選擇的能力，實現(xiàn)電網(wǎng)運行狀態(tài)自動報告功能，具有較高的安全性和可靠性，但成本相對較高，與其他通信方式相比，通常用于可靠性要求較高的配電終端。根據(jù)現(xiàn)場的需求，數(shù)據(jù)通訊主要為有線數(shù)據(jù)通信和無線數(shù)據(jù)通信兩個部分，其中有線數(shù)據(jù)通信主要負責和廠方現(xiàn)有系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，無線數(shù)據(jù)通訊主要負責系統(tǒng)中天車的無線覆蓋。

3.3 優(yōu)化設(shè)計

該設(shè)計與電氣自動化控制系統(tǒng)連接緊密，電氣設(shè)備用于電氣工程時也需要專業(yè)的設(shè)計，這主要是因為電氣工程的運行質(zhì)量取決于優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量。將用于電氣自動化的計算機控制系統(tǒng)整合到優(yōu)化設(shè)計中可以有效減少電氣設(shè)備故障，實現(xiàn)電工產(chǎn)品在科學、規(guī)范和高質(zhì)量的方向上改進，倒逼設(shè)計質(zhì)量的提升并促進電工產(chǎn)品的發(fā)展?！吧娣▌t”和“遺傳算法”是優(yōu)化設(shè)計的首選辦法，有效提高傳輸系統(tǒng)的功能。在庫房中多點安裝無線AP設(shè)備，所有無線AP設(shè)備組成一個局域網(wǎng)，使用相同的SSID名稱，相鄰AP之間使用不同的網(wǎng)絡(luò)信道，避免相鄰AP之間的相互干擾，車載客戶端設(shè)置快速漫游功能，當客戶端檢測到更強的網(wǎng)絡(luò)信號時自動切換連接到信號更強的無線AP，使信號保持暢通。

3.4 集中控制系統(tǒng)

在自動化設(shè)備運行過程中，會產(chǎn)生大量信息，從而導(dǎo)致系統(tǒng)信息的收集速度降低且信息處理的效率變慢，直接影響系統(tǒng)運行速度。因此，實現(xiàn)電氣自動化迫在眉睫，自動化控制系統(tǒng)的集中監(jiān)控主要是將電氣自動化控制系統(tǒng)的信息和數(shù)據(jù)集中到同一個處理系統(tǒng)中，當電氣自動化系統(tǒng)控制操作條件時，必須在中央處理單元中執(zhí)行過多的工作這就需要更多的電纜來滿足日常運行的要求，直接導(dǎo)致信號傳輸距離增大，進而影響傳輸速度。因此，有必要設(shè)計一種用于電氣自動化的集中控制系統(tǒng)，強調(diào)對相關(guān)性能的集中監(jiān)視，只有將上述問題解決，才能有效確保集中監(jiān)控設(shè)計趨于完美。

4 電氣工程及電氣自動化的計算機控制系統(tǒng)中存在的問題

4.1 電氣系統(tǒng)集成化不高

電氣系統(tǒng)自動化是時代的必然要求，但由于不同企業(yè)的電氣自動化水平不同，在交流過程中信息存在不兼容問題，不能實現(xiàn)真正的資源信息共享，導(dǎo)致電器集成化較低。計算機控制系統(tǒng)不夠全面，電氣自動化系統(tǒng)無法科學地整合在一起，一旦軟件升級或交換數(shù)據(jù)時，相融時兼容程度不夠，整體工作效率低下。

4.2 電氣整體工程質(zhì)量不達標

電氣工程的優(yōu)劣與設(shè)計人員有密切關(guān)系，但由于電氣系統(tǒng)在實際運行過程中意外因素較多，而相應(yīng)的管理人員不熟悉計算機的基礎(chǔ)操作管理意識，不能有效應(yīng)用計算機的控制監(jiān)控系統(tǒng)，對電氣數(shù)據(jù)掌握程度不夠，一旦發(fā)生問題不能預(yù)判可能出現(xiàn)的危險，導(dǎo)致電氣工程往往達不到預(yù)期質(zhì)量。此外，電氣電力施工過程中材料人員的調(diào)動不合理，在施工過程中沒有遵守操作守則。相關(guān)人員的道德素質(zhì)不高，引發(fā)重大的安全事故。

5 基于計算機電氣自動化應(yīng)用

5.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要由輸入、處理和輸出三部分組成，自動化系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用主要是收集一些數(shù)據(jù)信息參數(shù)、異常警報和事故序列等級等，以及通過使用計算機數(shù)據(jù)實施任何系統(tǒng)的運行都可以實現(xiàn)對某些系統(tǒng)的有效控制，這對于監(jiān)視整個網(wǎng)絡(luò)的運行狀況是有利的。

5.2 汽機電液調(diào)節(jié)

以往的汽機控制都是使用液壓系統(tǒng)，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣設(shè)備的程序和電氣組件的功能逐漸豐富，并在此階段逐漸產(chǎn)生了使用最廣泛的應(yīng)用程序：電動液壓控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)主要從盤車開始，對發(fā)電機以及相關(guān)部件進行全面控制，保障可以正常發(fā)電，從而確保負載可以有效提升提高設(shè)備運行的安全性和可靠性。

5.3 FCS控制系統(tǒng)

在電氣自動化控制系統(tǒng)中，F(xiàn)CS系統(tǒng)通常是一對多的形式，即雙向傳輸信號模式。由于此傳輸模式使用高精度數(shù)字進行傳輸數(shù)據(jù)，因此具有很高的可靠性，并且可以使電氣設(shè)備始終處于受監(jiān)控的狀態(tài)。但仍存在缺少系統(tǒng)的協(xié)議，通信傳輸效率低，相互連接設(shè)備少等缺點，在設(shè)計FCS控制系統(tǒng)時，可以在設(shè)置的過程中將儀器和其他系統(tǒng)進行有效融合，使其彼此協(xié)作為FCS控制系統(tǒng)補齊短板。

5.4 汽車領(lǐng)域

將自動化運用于汽車領(lǐng)域，可模擬實際工作，進行零部件的系統(tǒng)測試，車輛質(zhì)量控制，根據(jù)創(chuàng)新和發(fā)展的自動化控制技術(shù)，逐步信息共享管理模式已逐步創(chuàng)建。集成通道的選擇是在實際設(shè)計環(huán)境和工業(yè)環(huán)境中進行的，企業(yè)必須在實踐中逐步改善電子技術(shù)的操作偏差等問題，以促進電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計創(chuàng)新。特別是，PLC系統(tǒng)在汽車生產(chǎn)中的使用提高了其安全率和使用壽命。 PLC作為整個生產(chǎn)鏈中的關(guān)鍵部件，直接與用戶的整體體驗和安全使用相連。通過有效利用電氣自動化控制系統(tǒng)，促進了PLC技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，確保汽車設(shè)備的安全。另外在汽車行業(yè)中使用智能應(yīng)用方法進行性能控制，充分發(fā)揮PLC在汽車中的重要作用，以便對汽車有整體性的把握，并使用自動集成控制系統(tǒng)可排除故障并有效提高車輛檢測效率。

5.5 分散測控

分布式計量控制系統(tǒng)是一種用于我國電廠持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)，發(fā)電廠的人員通常將此技術(shù)用于電氣工程相應(yīng)的工作中。用于電氣自動化的數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)具有分層結(jié)構(gòu)，之所以進行這項工作主要是因為使用這些措施可以幫助工人收集發(fā)電廠每個區(qū)域供熱狀況的相關(guān)數(shù)據(jù)，不僅會幫助工作人員對有問題的設(shè)備有了更多的了解，并且還可以減少發(fā)電廠中終端問題的產(chǎn)生，這對于促進整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運行也非常有幫助。此外，電氣工程和電氣自動化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)有望在相應(yīng)的設(shè)備中使用，可以控制整個電廠的發(fā)電，對發(fā)電廠全面的了解，進而做出調(diào)整，幫助電廠獲取更多的優(yōu)勢。

5.6 遠程監(jiān)控

在此階段，遠程監(jiān)控方法已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，而遠程功能之所以用于電氣工程和自動化領(lǐng)域，是因為自動控制系統(tǒng)主要通過計算機系統(tǒng)的外部監(jiān)控模塊

監(jiān)視和管理自動控制系統(tǒng)相應(yīng)子系統(tǒng)的所有內(nèi)部組件，以及監(jiān)視范圍實時收集內(nèi)部監(jiān)控對象的特定工作狀態(tài)和技術(shù)參數(shù)的信息，并將信息及時反饋給計算機內(nèi)。在數(shù)據(jù)中心，人員可以通過分析收集的監(jiān)控信息及時了解設(shè)備的運行狀況，為項目的穩(wěn)定運行創(chuàng)造了良好的環(huán)境。

5.7 發(fā)電配置

發(fā)電系統(tǒng)的配置內(nèi)容主要是分散控制，該控制系統(tǒng)通常包含在電廠的控制系統(tǒng)中，通過仔細的探索，可以得知其不僅僅是位置輸入還包括低壓電氣系統(tǒng)，發(fā)電機組和生產(chǎn)線，當然，整個的工作運行都是被實時監(jiān)控的。另外，從運營商的角度來看，有必要及時收集和處理數(shù)據(jù)和信息并控制部分內(nèi)容。

6 安全管理系統(tǒng)

為了保證無人車間的運行安全，需要嚴格控制人員的進入，除了進入汽車的門禁系統(tǒng)以外，在車間內(nèi)增加物理柵欄以及光電檢測、聲光報警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，只在指定地點預(yù)留人員進入的入口，當檢測到人員非法進入時，通過聲光報警的方式告知非法進入人員已經(jīng)處于危險環(huán)境，同時停止天車的吊運操作，使天車處于暫停狀態(tài)，并且在上位機上給出報警顯示，通知管理人員，有人員非法進入車間，讓管理人員進行下一步處理。安全管理系統(tǒng)主要包括人員安全系統(tǒng)、越界檢測系統(tǒng)、車輛防撞系統(tǒng)。

6.1 人員安全系統(tǒng)

人員安全系統(tǒng)包括：安全柵欄、電子圍欄系統(tǒng)和越界檢測系統(tǒng)。任何一個分系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)潛在安全問題時，或者出現(xiàn)安全問題時，系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)把報警信息傳送到中控室，中控室進行管理和處理安全問題。

6.2 越界檢測系統(tǒng)

基于視頻分析的越界檢測系統(tǒng)在智能監(jiān)控中起到積極作用，其應(yīng)用場景主要是在對目標行為超出限制的區(qū)域，例如，在天車走行路徑附近等安全區(qū)域禁止可疑目標進入，發(fā)現(xiàn)有私自進入監(jiān)控區(qū)域的移動目標則觸發(fā)報警。

通過對所要限制進入?yún)^(qū)域設(shè)置警戒線，系統(tǒng)對該警戒區(qū)域進行逐幀的檢測，當有移動目標的軌跡越過了警戒線則觸發(fā)報警。

7 結(jié)語

電氣自動化控制系統(tǒng)是計算機技術(shù)飛速發(fā)展時代的產(chǎn)物，必要的管理和實時監(jiān)控可以更好地保障電氣自動化的運行，而計算機技術(shù)就是電氣自動化控制系統(tǒng)的前提，是提高網(wǎng)絡(luò)運營效率和服務(wù)質(zhì)量的基礎(chǔ)。同時，電力行業(yè)應(yīng)促進電氣自動化的市場營銷，有助于實現(xiàn)我國的電氣自動化控制。當下，科學技術(shù)還在不斷地推進，電氣自動化控制也應(yīng)緊跟時代的浪潮，利用好計算機的輔助功能加強自身的創(chuàng)新發(fā)展，不斷拓展應(yīng)用范圍。