電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘""要：作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，自動(dòng)化控制系統(tǒng)與電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系緊密，為提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，創(chuàng)新電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路至關(guān)重要。為優(yōu)化電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的性能，應(yīng)基于電氣系統(tǒng)控制需要，分析自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，提出科學(xué)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略，確保自動(dòng)化控制系統(tǒng)性能良好，可用于控制電氣系統(tǒng)，同時(shí)擴(kuò)大系統(tǒng)應(yīng)用范圍，以供參考。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化""控制系統(tǒng)""系統(tǒng)設(shè)計(jì)""電氣設(shè)備

中圖分類號：U49

Research"on"the"Design"of"Electrical"Automation"Control"System

LIAO"Jianwei

Fujian"Longking"Environmental"Protection"Co.，"Ltd.，"Longyan，"Fujian"Province，"364000"China

Abstract："As"an"important"part"of"the"power"system，"the"automation"control"system"is"closely"related"to"the"operation"state"of"the"power"system."In"order"to"improve"the"stability"of"system"operation，"it"is"very"important"to"innovate"the"design"idea"of"the"electrical"automation"control"system."To"optimize"the"performance"of"the"electrical"automation"control"system，"it"is"necessary"to"analyze"the"structure"ofnbsp;the"automation"control"system"based"on"the"control"needs"of"the"electrical"system，"clarify"the"requirements"of"the"system"design，"put"forward"a"scientific"system"design"strategy，"to"ensure"that"the"automation"control"system"has"good"performance"and"can"be"used"to"control"the"electrical"system，"while"expanding"the"application"scope"of"the"system，"for"reference.

Key"Words："Electrical"automation;"Control"system;"System"design;"Electrical"equipment

社會(huì)用電需求量提升，對電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性提出更高的要求，原有控制系統(tǒng)性能難以滿足要求，會(huì)影響供電質(zhì)量，容易引發(fā)系統(tǒng)故障。下文將以某水電站為例，該水電站使用水泵額定電壓為380"V，額定功率為7.5"kW，結(jié)合水電使用電氣設(shè)備性能，分析電氣系統(tǒng)控制需要，不斷創(chuàng)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，構(gòu)建性能良好的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，賦予建成系統(tǒng)更高的應(yīng)用價(jià)值，凸顯系統(tǒng)作用。

1""電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)即以信息技術(shù)替代人工，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的控制，同時(shí)能夠檢測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，掌握各類電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要，自動(dòng)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，不僅能減輕工作人員的工作壓力，還可降低工作成本。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示，并按照電氣設(shè)備控制需要，確定系統(tǒng)包含的功能模塊，該系統(tǒng)由控制模塊、采集模塊、傳感器模塊與中央控制系統(tǒng)組成，各模塊在系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮作用不同，合理設(shè)計(jì)各模塊可提升系統(tǒng)的性能。該系統(tǒng)中，控制模塊主要用于改變設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，采集模塊用于接收信號，中央控制系統(tǒng)處理接收的信息，對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)做出準(zhǔn)確的判斷，傳感器模塊通常布設(shè)于設(shè)備安裝區(qū)域，用于采集展現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息[1]。

圖"1""電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)架構(gòu)

2"""電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，要依據(jù)電氣設(shè)備控制需要，明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，并督促相關(guān)人員基于規(guī)定，有序開展系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則。第一，電氣設(shè)備為電力系統(tǒng)的重要組成，其運(yùn)行狀態(tài)會(huì)影響電力系統(tǒng)運(yùn)行，為此，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意系統(tǒng)可靠性，使系統(tǒng)各模塊處于獨(dú)立狀態(tài)，即便其中某一功能失效，也不會(huì)影響其他功能運(yùn)行。第二，強(qiáng)化系統(tǒng)可擴(kuò)展性。電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，電氣設(shè)備控制需求也會(huì)發(fā)生變化，工作人員利用該系統(tǒng)控制電氣設(shè)備過程中，可豐富系統(tǒng)的功能，使電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行更為靈活，讓所有用戶的用電需求得到滿足。第三，踐行綠色環(huán)保的社會(huì)發(fā)展理念，重視節(jié)能設(shè)計(jì)，通過系統(tǒng)自動(dòng)化控制電氣設(shè)備，減少不必要的能源浪費(fèi)。第四，不同客戶用電需求存在差異，在設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)分析客戶的需求，以滿足客戶的差異化需求為目標(biāo)，制訂系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，保證系統(tǒng)投入使用后，可有效解決電氣設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定的問題[2]。

3""電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略

3.1""硬件設(shè)計(jì)

硬件為系統(tǒng)核心組成部分，良好的硬件設(shè)計(jì)是建設(shè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為此應(yīng)重視控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，保證硬件設(shè)備性能良好，可支持系統(tǒng)正常運(yùn)行，為系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。PLC即可編程控制器，為該系統(tǒng)建設(shè)使用主要硬件設(shè)備，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，選擇合適的PLC用于系統(tǒng)建設(shè)，挑選PLC時(shí)，應(yīng)關(guān)注該控制器的工作電壓、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)，判斷該P(yáng)LC是否滿足工作需要，通常情況下，PLC輸入與輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)高于使用需求。變頻器也是自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要硬件設(shè)備，也應(yīng)按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定變頻器的選擇標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)注變頻器的額定電壓、輸出功率、輸入電流等參數(shù)，判斷變頻器性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)，性能適宜的變頻器才可用于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)，否則會(huì)影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)成效。在選擇硬件設(shè)備后，應(yīng)考慮電氣設(shè)備控制需要，選擇性能適宜的變頻器，如表1所示，并合理設(shè)置變頻器運(yùn)行參數(shù)，其中矢量控制與命令通道參數(shù)應(yīng)設(shè)置為1，借此設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能更為豐富，可滿足電氣設(shè)備控制需要，凸顯自動(dòng)化技術(shù)在電氣設(shè)備控制中的應(yīng)用優(yōu)勢[3]。

3.2""功能設(shè)計(jì)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要注意系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。為此，相關(guān)人員需分析電力系統(tǒng)運(yùn)行特征，確定該系統(tǒng)應(yīng)具有的功能，完成該系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，制訂切實(shí)可行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并要求相關(guān)人員按照要求設(shè)計(jì)并建設(shè)系統(tǒng)。（1）監(jiān)控功能為系統(tǒng)的主要功能，系統(tǒng)運(yùn)行期間，應(yīng)通過布設(shè)的傳感器采集展現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息，并可基于采集的信息，分析電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可對其運(yùn)行情況做出準(zhǔn)確的判斷，將分析結(jié)果與預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判斷設(shè)備運(yùn)行是否出現(xiàn)故障。（2）自動(dòng)調(diào)控功能。系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)后，可自動(dòng)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，維持設(shè)備良好運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)診斷故障分析原因，并向設(shè)備發(fā)出指令改變設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，最大限度降低設(shè)備故障造成的不良影響。（3）合理設(shè)計(jì)人機(jī)交互平臺。工作人員需通過該平臺獲取信息，為提升信息的可讀性，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意數(shù)據(jù)分析功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，當(dāng)用戶向系統(tǒng)發(fā)出指令時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)處理數(shù)據(jù)，并以合適的方式向用戶展示數(shù)據(jù)信息[4]。

3.3""PLC程序編寫

PLC在系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，其結(jié)構(gòu)如圖2所示；所選PLC工作電壓為220"V，輸入與輸出點(diǎn)數(shù)分別為12、8，性能良好；系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，要按照系統(tǒng)運(yùn)行需要，完成程序的編寫，用于控制PLC的運(yùn)行方式，只有設(shè)計(jì)的程序合理，才能彰顯PLC的應(yīng)用價(jià)值。編寫流程如下。首先，對參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置，包括輸入?yún)?shù)、基礎(chǔ)變量、計(jì)時(shí)器、輸出參數(shù)等，并在程序編寫過程中設(shè)置注釋，解釋編程的內(nèi)容，以便在后續(xù)程序維護(hù)中，理解程序的真實(shí)含義。其次，程序編寫踐行模塊化設(shè)計(jì)理念，保持各功能的獨(dú)立性，當(dāng)電氣控制需求發(fā)生變化時(shí)，可快速調(diào)整程序功能，刪除、增加、修改功能，都不會(huì)影響其他功能的正常運(yùn)行。最后，程序編寫涉及變量的設(shè)置，應(yīng)按照程序編寫規(guī)則，設(shè)置變量的名稱，使程序具有較高的可讀性[5]。

3.4""集中控制

設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，工作人員應(yīng)轉(zhuǎn)變設(shè)計(jì)理念，將電氣設(shè)備組成的系統(tǒng)看作統(tǒng)一整體，通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的統(tǒng)一控制，完整采集展現(xiàn)各類運(yùn)行狀態(tài)的信息，掌握所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，方便調(diào)整電氣設(shè)備運(yùn)行方式。建設(shè)DSC控制系統(tǒng)，并注意I/O系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì)，控制其總點(diǎn)數(shù)低于實(shí)際容量，一般設(shè)計(jì)為2"303個(gè)點(diǎn)，而系統(tǒng)總?cè)萘繛?"100。其中設(shè)計(jì)兩條生產(chǎn)線點(diǎn)數(shù)為486，汽輪機(jī)系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)為494，共用系統(tǒng)占602個(gè)點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控功能時(shí)，要分析該控制方式的特點(diǎn)，確定該控制方法對系統(tǒng)性能的要求，由于集中控制會(huì)使系統(tǒng)功能模塊集中，處理器需承受較高運(yùn)行負(fù)荷，為此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)選擇高容量、高性能處理器，以保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。但該系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念適用范圍較小，對于需控制設(shè)備較多，或設(shè)備分布分散的情況，不適用該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，會(huì)影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度，且無法保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。確需設(shè)計(jì)集中控制系統(tǒng)時(shí)，務(wù)必要按照系統(tǒng)建設(shè)需要，合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，檢驗(yàn)處理器的性能，確保在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，處理器處于正常運(yùn)行狀態(tài)，工作量在可承受范圍內(nèi)，降低處理器出現(xiàn)故障的可能性[6]。

3.5""監(jiān)控功能設(shè)計(jì)

監(jiān)控電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，是自動(dòng)化控制系統(tǒng)需具有的主要功能，為此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)該功能時(shí)，應(yīng)注意監(jiān)控方法的選擇，并確定監(jiān)控的范圍，確保實(shí)現(xiàn)該功能后，可準(zhǔn)確掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的設(shè)備。分析不同電氣設(shè)備的運(yùn)行原理，識別能夠展現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息，選擇合適類型的信息采集裝置，將其安裝在電氣設(shè)備室，控制該設(shè)備自動(dòng)采集相關(guān)信息，并合理設(shè)計(jì)信息采集頻率，作為系統(tǒng)判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)。借助通信設(shè)備監(jiān)控電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，通過網(wǎng)絡(luò)控制通信設(shè)備，按照系統(tǒng)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)操控各通信設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，遠(yuǎn)程采集監(jiān)控信息，同時(shí)將信息由網(wǎng)絡(luò)傳輸至系統(tǒng)，不僅能夠保證數(shù)據(jù)采集結(jié)果的準(zhǔn)確性，還可以有效降低監(jiān)控成本。同時(shí)，設(shè)計(jì)用于現(xiàn)場監(jiān)控的機(jī)器人，通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)操作智能巡檢機(jī)器人的運(yùn)行方式，設(shè)計(jì)巡檢路線，以機(jī)器人替代人工完成巡檢工作，采集展現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息。相較于人工巡檢，機(jī)器人采集的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確，且能夠快速傳輸至系統(tǒng)[7]。

3.6""繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

繼電保護(hù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)，該功能的實(shí)現(xiàn)，既能夠幫助工作人員檢驗(yàn)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)方案的合理性，又可自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，處理后的設(shè)計(jì)方案科學(xué)性更高。應(yīng)為設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)平臺，簡化工作人員設(shè)計(jì)繼電保護(hù)方案的流程，可直接建立相應(yīng)圖紙，選擇合適的組件直接在平臺中完成圖紙的設(shè)計(jì)，減輕設(shè)計(jì)人員的工作壓力，同時(shí)避免設(shè)計(jì)方案中出現(xiàn)錯(cuò)誤。系統(tǒng)在讀取設(shè)計(jì)方案后，應(yīng)利用信息技術(shù)自動(dòng)分析設(shè)計(jì)方案，判斷設(shè)計(jì)方案的合理性，幫助設(shè)計(jì)人員快速發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中存在的問題，并在實(shí)施方案前修正設(shè)計(jì)方案。

3.7""同步開斷

控制系統(tǒng)線路開斷狀態(tài)，也是控制電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的主要方式，設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，也應(yīng)引入該控制理念，豐富系統(tǒng)的功能，監(jiān)控電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并基于采集的信息，自動(dòng)判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，改變線路開關(guān)的開閉狀態(tài)。該功能主要檢測設(shè)備瞬態(tài)過電壓，當(dāng)該電壓超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，系統(tǒng)可迅速做出響應(yīng)，通過改變線路開閉狀態(tài)，限制瞬態(tài)過電壓的提高，以免瞬態(tài)過電壓過高，導(dǎo)致電氣設(shè)備被損壞。相較于傳統(tǒng)控制模式，該控制模式更為靈活，可改變設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，控制系統(tǒng)運(yùn)行成本下降，無須投入大量資金與精力用于系統(tǒng)維護(hù)，更符合電力行業(yè)發(fā)展需要。除此之外，基于該理念設(shè)計(jì)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，控制方式更為靈活[8]。

4""結(jié)語

綜上所述，電力行業(yè)發(fā)展過程中，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)揮重要作用，科學(xué)完成該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可提升建成系統(tǒng)的可靠性。相關(guān)人員要關(guān)注行業(yè)發(fā)展趨勢，學(xué)習(xí)先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，適應(yīng)電力系統(tǒng)控制需要，科學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能，構(gòu)建適用性更強(qiáng)的電氣控制系統(tǒng)，優(yōu)化電力系統(tǒng)的控制模式，降低電力系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)故障的可能性。

參考文獻(xiàn)

[1]熊銳.火電廠電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].南昌：南昌大學(xué)，2020.

[2]任慧超.電氣自控技術(shù)在工廠的應(yīng)用分析[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2019.

[3]JIANG"H.Research"on"Electrical"Automation"Control"System"Basedon"PLC"Technology[J].Academic"Journal"of"Engineering"and"Technology"Science，2023，6（3）：25-29.

[4]Feng"Z，Yoonusra"jK，YahyaL.Application"of"Nonlinear"Differential"Equationin"Electric"Automation"Control"System[J].Applied"Mathematics"and"Nonlinear"Sciences，2023，8（1）：219-228.

[5]孟麗.計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用下的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].電腦知識與技術(shù)，2023，19（13）：99-101.

[6]徐煥宇.基于PLC的電氣自動(dòng)化控制水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].造紙裝備及材料，2022，51（10）：40-42.

[7]章偉強(qiáng).智能化技術(shù)加持下的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電氣時(shí)代，2022（7）：96-99.

[8]焦迎雪，聶秀珍.基于PLC控制系統(tǒng)的電氣自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)研究[J].造紙裝備及材料，2022，51（1）：28-30.