基于計算機(jī)技術(shù)的電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計研究

楊子潤 陳康 周亞軍 杜勇 杜國輝

摘要：在社會飛速發(fā)展的背景下，電力控制系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)模越來越大，特別是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和變電站等領(lǐng)域中，電氣自動化控制系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用。本文將簡要概述和分析電氣自動化控制系統(tǒng)的概況和結(jié)構(gòu)，并討論基于計算機(jī)技術(shù)的電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)技術(shù)；電氣自動化控制；設(shè)計

隨著科學(xué)技術(shù)水平的日益提升，計算機(jī)技術(shù)在各個領(lǐng)域都發(fā)揮出了重要作用。在對電氣自動化控制系統(tǒng)的安全性起到了有效提升作用，進(jìn)一步推動了我國電氣自動化控制行業(yè)的快速發(fā)展。

一、電氣自動化控制系統(tǒng)概述

電氣自動化控制系統(tǒng)主要利用計算機(jī)技術(shù)實時監(jiān)控整個運行和生產(chǎn)過程，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。但在電氣自動化控制過程中，會受到許多因素的影響，降低監(jiān)管工作效率。因此，技術(shù)人員應(yīng)該分析這些影響因素，并利用現(xiàn)代技術(shù)手段對電氣自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。在詳細(xì)了解電氣自動化控制系統(tǒng)的特點后，技術(shù)人員應(yīng)選擇適宜的技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新。此外，在電氣自動化控制系統(tǒng)創(chuàng)新過程中，技術(shù)人員應(yīng)充分了解整個系統(tǒng)，然后根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇正確的信息技術(shù)進(jìn)行融合。收集和儲存信息數(shù)據(jù)可以提升數(shù)據(jù)傳輸效率，并使電氣自動化控制系統(tǒng)具備現(xiàn)代化特點，滿足現(xiàn)代化發(fā)展需求。例如，將PC人機(jī)交互界面融入電氣自動化控制系統(tǒng)已在許多行業(yè)廣泛應(yīng)用。

二、電氣自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電氣自動化控制系統(tǒng)采用集散控制結(jié)構(gòu)，包括現(xiàn)場控制器、主控制器、通信網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)等組件。在工業(yè)領(lǐng)域中，電氣自動化控制系統(tǒng)用于監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運行參數(shù)和工作情況，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂破鳌Ｓ嬎銠C(jī)在這個過程中充當(dāng)了數(shù)據(jù)交換的媒介，將現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場信息進(jìn)行交互，并提供網(wǎng)絡(luò)支持進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。正常情況下，電氣自動化控制系統(tǒng)包括局域網(wǎng)和二級網(wǎng)這兩種網(wǎng)絡(luò)。通過這些網(wǎng)絡(luò)，電氣自動化控制系統(tǒng)對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。計算機(jī)起到連接設(shè)備現(xiàn)場和控制器的作用，使監(jiān)控數(shù)據(jù)與信息交換。數(shù)據(jù)傳輸通過局域網(wǎng)和二級網(wǎng)進(jìn)行，確保傳輸?shù)募皶r性和準(zhǔn)確性，使工業(yè)設(shè)備現(xiàn)場的監(jiān)控數(shù)據(jù)能夠完整地反映在電氣自動化控制系統(tǒng)中。

電氣自動化控制系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)后會進(jìn)行及時地存儲，并根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，與設(shè)備運行參數(shù)進(jìn)行對比。一旦發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常，系統(tǒng)會立即響應(yīng)，確保電氣自動化控制系統(tǒng)的安全性。另外，在電氣自動化控制應(yīng)用過程中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是靈活可變的。電氣自動化控制系統(tǒng)可以有效連接現(xiàn)場監(jiān)控器和計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以實時監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備，在設(shè)備現(xiàn)場發(fā)揮重要的作用。

三、基于計算機(jī)技術(shù)電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用策略

（一）計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在電氣自動化控制系統(tǒng)中起到重要的作用。它能夠增加電氣自動化控制系統(tǒng)的配置類型，并實時監(jiān)控配置類型、電機(jī)容量、整體電容量以及其他功能的運行情況?；陔姎庾詣踊刂葡到y(tǒng)的運行模式，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以進(jìn)行針對性的調(diào)整與選擇，以避免在運行過程中出現(xiàn)問題[1]。

當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展使得利用計算機(jī)技術(shù)對電氣自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控成為可能，這能夠極大地提升自動化控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。在電氣自動化控制系統(tǒng)的運行中，采用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控已經(jīng)成為一種常見的方式。利用計算機(jī)技術(shù)，不僅可以提高自動化控制系統(tǒng)的安全性，還可以節(jié)約設(shè)計成本，并滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求[2]。

在選擇計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)時，不僅需要考慮其對電氣自動化控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，還需要考慮其是否具備延展性，能否滿足電氣自動化控制系統(tǒng)的其他功能需求，以實現(xiàn)與電氣自動化控制系統(tǒng)的有效銜接和兼容性，從而最大限度地滿足農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域?qū)刂频囊?。此外，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中還需要考慮主要的控制方式，即集中式控制和分布式控制。在實際應(yīng)用中，集中式控制方式較少使用，因為它無法為計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供足夠的支持。一旦計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)問題或運行參數(shù)異常，集中式控制方式便無法提供必要的穩(wěn)定性。相比之下，分布式控制方式能夠為計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供穩(wěn)定性。即使計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，分布式控制方式可以通過其自身的中央處理器和傳感器等設(shè)備進(jìn)行故障分析，并將分析結(jié)果傳輸?shù)接嬎銠C(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，有效解決故障問題。因此，在一些供熱系統(tǒng)中，經(jīng)常采用分布式控制的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)通常在熱控主控層和供熱下層設(shè)備的控制層中分布，并與微機(jī)繼電保護(hù)裝置相結(jié)合，以確保供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

在計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，分布式控制系統(tǒng)包括供熱主控層和地控層。供熱主控層主要負(fù)責(zé)監(jiān)控計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運行，并且嚴(yán)格控制各個控制單元。工作人員可以通過操作數(shù)據(jù)庫來對控制層進(jìn)行調(diào)整，并對計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的下層設(shè)備進(jìn)行控制。另一方面，下層設(shè)備控制層的任務(wù)是實時監(jiān)控下級供熱系統(tǒng)的運行。技術(shù)人員可以通過現(xiàn)場監(jiān)控來對不同的單元進(jìn)行監(jiān)測[3]。

（二）電氣負(fù)荷自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

在利用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，電氣負(fù)荷對系統(tǒng)的運行至關(guān)重要。電氣負(fù)荷直接影響電氣設(shè)備的整體運行和生產(chǎn)，負(fù)荷過大會影響設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。因此，在確保電氣設(shè)備安全運行的前提下，應(yīng)重視電氣負(fù)荷的管理，避免過大負(fù)荷，以降低系統(tǒng)發(fā)生危險的概率。除此之外，在電氣自動化控制過程中，通常采用限電的方式來避免負(fù)荷過大。然而，隨著行業(yè)生產(chǎn)需求和人們對產(chǎn)品需求的增加，僅依靠限電已無法滿足要求。因此，為了盡快解決這個問題，需要保證相關(guān)行業(yè)能獲得充足的電力供應(yīng)。在社會快速發(fā)展的背景下，電氣自動化控制系統(tǒng)必須符合時代發(fā)展的需求，為我國的生產(chǎn)行業(yè)和人們的生活提供重要保障。這包括確保穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)，適應(yīng)不斷增長的電氣負(fù)荷需求，并采用先進(jìn)的技術(shù)手段來管理和保護(hù)電氣設(shè)備，確保其安全穩(wěn)定運行。

（三）計算機(jī)技術(shù)在電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計原則

1.線路系統(tǒng)設(shè)計

在利用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計的過程中，線路系統(tǒng)的復(fù)雜性給線路設(shè)計帶來了一定的難度。線路設(shè)計需要派遣專業(yè)的、技術(shù)過硬的人員來完成，以確保電氣線路系統(tǒng)能夠達(dá)到預(yù)期的設(shè)計效果，提高線路設(shè)計的質(zhì)量水平，并為供電系統(tǒng)的正常運行奠定基礎(chǔ)。另外，設(shè)計人員的能力和責(zé)任意識與電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計的質(zhì)量直接相關(guān)。設(shè)計人員應(yīng)不斷加強(qiáng)自身能力，并加強(qiáng)對責(zé)任的認(rèn)識，這有助于保障后續(xù)線路系統(tǒng)設(shè)計的順利進(jìn)行。同時，設(shè)計人員應(yīng)綜合考慮多個角度，基于計算機(jī)技術(shù)，結(jié)合電氣自動化控制系統(tǒng)的實際情況和設(shè)計規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)，制定科學(xué)合理的線路設(shè)計方案。并嚴(yán)格按照該方案，將線路系統(tǒng)完整地融入電氣自動化控制系統(tǒng)中[4]。這樣做將能夠提高線路設(shè)計的效果和可靠性。

2.繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計

在繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計的過程中，設(shè)計人員需要將系統(tǒng)的各個點位和線路繪制成圖紙，并在繪制過程中明確設(shè)計所需的零部件。借助計算機(jī)技術(shù)，可以將繼電保護(hù)系統(tǒng)的圖紙進(jìn)行繪制。此外，設(shè)計人員在進(jìn)行繼電保護(hù)系統(tǒng)的計算和設(shè)計過程中，需要選擇后續(xù)使用的零部件。根據(jù)計算機(jī)技術(shù)和設(shè)計人員的選擇，結(jié)合繼電保護(hù)系統(tǒng)的連接點位，將各項準(zhǔn)備工作集中起來。設(shè)計人員可以利用運算數(shù)據(jù)對繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計中的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面對比，以觀察設(shè)計的合理性。同時，在繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計人員需要儲存大量的設(shè)計數(shù)據(jù)。為了確保數(shù)據(jù)的保存和合理性，可以使用專門的硬件設(shè)備。這樣，設(shè)計人員能夠繪制出全面而合理的繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計圖紙，并且通過運用計算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)對比，確保設(shè)計的準(zhǔn)確性和合理性。

（四）通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

通信網(wǎng)絡(luò)是電氣自動化控制系統(tǒng)的重要組成部分，尤其是通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用非常關(guān)鍵。它能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣自動化控制系統(tǒng)中各項數(shù)據(jù)資源的完整傳輸，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和高效性，這也是通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在電氣自動化系統(tǒng)中的優(yōu)勢所在。另外，在通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展過程中，終端節(jié)點起著至關(guān)重要的作用，這也給通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計增加了一定的難度和復(fù)雜性。當(dāng)前，電力部門的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要采用有線傳輸和無線傳輸兩種方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的傳輸。因此，在通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計過程中，應(yīng)針對有線傳輸和無線傳輸分別制定相應(yīng)的設(shè)計方案。設(shè)計人員需要明確用戶的需求，制定出符合用戶需求的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以為人們帶來更便捷的服務(wù)[5]。

1.有線通信方式

在有線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計過程中，電話線和專線是最關(guān)鍵的因素之一。電話線的設(shè)計成本較低，但其存在一定的缺陷，無法保證有線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行安全性，同時也可能導(dǎo)致系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。為了解決這個問題，設(shè)計人員可以利用時效性較低的配電終端，來改善有線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行安全性和穩(wěn)定性。通過選擇符合需求的配電終端設(shè)備，可以提升系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，并且還能節(jié)約成本。

2.無線通信方式

在無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計過程中，設(shè)計人員可以采用普通電臺通信和智能傳電的方式來提升系統(tǒng)的運行安全性和穩(wěn)定性。這兩種方式的結(jié)合應(yīng)用可以在無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。普通電臺通信主要用于有效控制電氣負(fù)荷問題，可以降低整體的控制成本。然而，需要注意的是，普通電臺通信的可靠性相對較差，因此對于對可靠性有較高要求的配電終端，不宜使用普通電臺通信。

相比之下，智能傳電方式可以很好地解決普通電臺通信的缺陷。智能傳電通信能夠提升數(shù)據(jù)資源傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性。在電路功能選擇方面，智能傳電通信具有很大的靈活性。如果電網(wǎng)運行出現(xiàn)問題，智能傳電通信還可以及時上報，進(jìn)一步提升電網(wǎng)的安全性。

（五）現(xiàn)場、遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計，分布式控制設(shè)計

計算機(jī)技術(shù)在電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計過程中的應(yīng)用十分重要，特別是對現(xiàn)場總線監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控和分布式控制設(shè)計的重視，這些直接影響了電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計的質(zhì)量水平。首先，對于現(xiàn)場總線監(jiān)控設(shè)計，隨著社會的飛速發(fā)展，各種信息技術(shù)迅速涌現(xiàn)，并有效推動了信息技術(shù)的發(fā)展。為了提升電氣自動化控制系統(tǒng)的有效性，可以利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)場總線進(jìn)行有效控制。即使總線現(xiàn)場發(fā)生故障，也不會對電氣自動化控制系統(tǒng)中的其他環(huán)節(jié)造成影響，從而為電氣自動化控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性提供保障。

其次，在遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計方面，電氣自動化控制系統(tǒng)在電網(wǎng)發(fā)展中起著重要作用，能夠節(jié)省大量人力和勞動成本，推動電網(wǎng)的整體發(fā)展，并增強(qiáng)電網(wǎng)的靈活性。在遠(yuǎn)程監(jiān)控過程中，電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時響應(yīng)電網(wǎng)故障，并對故障位置進(jìn)行全面分析，從而為電網(wǎng)節(jié)省較大的維修費用。遠(yuǎn)程監(jiān)控能夠更好地操作電氣自動化控制系統(tǒng)。另外，隨著電力工程的不斷增加，傳統(tǒng)的通信方式已無法滿足電網(wǎng)的監(jiān)控需求，因此需要設(shè)計人員制定完善的方案，提升遠(yuǎn)程監(jiān)控的有效性，提高數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)木_性和時效性。

最后，分布式控制設(shè)計過程中，設(shè)計人員可以將中央處理器作為設(shè)計的重點，其他裝置如變頻器、智能儀器和低壓斷路器等也是關(guān)鍵。這些設(shè)備主要為電氣自動化控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)信息。分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)能夠有效對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類，并為電氣自動化控制系統(tǒng)的工作效率提供保障。

四、結(jié)束語

隨著社會的不斷發(fā)展，電氣自動化控制系統(tǒng)的改進(jìn)變得至關(guān)重要。電氣自動化控制系統(tǒng)的質(zhì)量和功能直接影響著企業(yè)和人們的生活和發(fā)展。為了適應(yīng)這種需求，應(yīng)該利用計算機(jī)技術(shù)來設(shè)計和改善電氣自動化控制系統(tǒng)，以促進(jìn)其在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，并推動社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

作者單位：楊子潤 陳康 周亞軍 杜勇 杜國輝 中聯(lián)潤世新疆煤業(yè)有限公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]劉昊.計算機(jī)與人工智能技術(shù)在礦山電氣自動化控制中的應(yīng)用[J].世界有色金屬， 2021，（18）：20-21.

[2]劉俊辰.電氣工程和電氣自動化的計算機(jī)控制系統(tǒng)分析和研究[J].科技風(fēng)， 2021，（23）：98-99.

[3]王高理.電氣自動化流水線中的計算機(jī)控制技術(shù)[J].智能城市，2021，7（03）：39-40.

[4]徐小云.人工智能技術(shù)在礦山計算機(jī)電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].科技資訊，2020，18（09）：5-6.

[5]付蓉.關(guān)于計算機(jī)與人工智能技術(shù)在礦山電氣自動化控制中的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2020，（01）：25-26.

楊子潤（1974.10.-），男，漢族，河南永城，工程師，本科，研究方向：電氣與工程自動化。