淺談電氣與自動化設(shè)計在工程實踐中的融合

揭育東

（廣西恒潤電力有限公司，廣西 南寧 530000）

在傳統(tǒng)的工程設(shè)計活動中，電氣和自動化分屬兩個不同的專業(yè)，分別由兩部分不同專業(yè)的人員來協(xié)調(diào)、配合完成，從而也就決定了整個工程項目在施工過程以及以后的安裝調(diào)試、驗收，甚至工程項目完成以后的運行管理過程，電氣和自動化也是由兩個專業(yè)的不同人員來進行的。隨著電氣設(shè)備、自動化設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備及其技術(shù)的發(fā)展成熟，使得電氣設(shè)計和自動化設(shè)計工作相互滲透、交融，并且使思想方法、工作方式發(fā)生了很大的變化。因此我們也要作出相應(yīng)調(diào)整，更好地達到兩個專業(yè)工作的合一，實現(xiàn)設(shè)備設(shè)計時電氣和自動一體化，機電一體化、控制和儀表系統(tǒng)的徹底分散、扁平化等。

1 傳統(tǒng)電氣和自動化設(shè)計思想的基礎(chǔ)和特點

按傳統(tǒng)設(shè)計制造方式提供的電氣設(shè)備其控制、保護和計量主要由分立的、機械的、物理的方式和部件來完成，其相互之間的功能組合構(gòu)成達到用戶要求的配電產(chǎn)品。與其對應(yīng)的完全由計算機構(gòu)成的自動化控制系統(tǒng)，通過軟硬件組態(tài)達到用戶要求的系統(tǒng)控制管理功能。上述兩類設(shè)備分別由不同類的制造商提供，界限徑渭分明，它們由項目設(shè)計人員依據(jù)標準的現(xiàn)場信號條件和統(tǒng)一的控制管理原則劃定互聯(lián)的明顯界面，進行協(xié)調(diào)連接。電氣設(shè)計根據(jù)用電設(shè)備的用電負荷、負荷特點和用電設(shè)備的分布情況，設(shè)置高中低壓變配電系統(tǒng)。進而根據(jù)供電方條件、要求和用電設(shè)備要求和特點進行高中低壓變配電系統(tǒng)二次計量、保護、控制的設(shè)計；根據(jù)工藝控制要求和自動化系統(tǒng)要求，進行配電系統(tǒng)末端的用電設(shè)備就地控制設(shè)備的設(shè)計。

2 設(shè)備與技術(shù)發(fā)展為設(shè)計提供的現(xiàn)實基礎(chǔ)條件

高壓配電柜內(nèi)的綜合保護控制器、綜合電量計量器；低壓配電柜內(nèi)的自動空氣斷路器中的計算機控制模塊、馬達控制中心中的軟啟動器、變頻器的可控硅觸發(fā)數(shù)字控制器；就地機電設(shè)備中的小型PLC控制器；閥門電動裝置調(diào)節(jié)控制器；現(xiàn)場過程儀表，這些都可用現(xiàn)場總線連接在一起，以相同的通訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)通訊。這些由于芯片嵌入、機電一體化、網(wǎng)絡(luò)通訊及其標準化統(tǒng)一所帶來的發(fā)展變化，使得測量和控制徹底的分散化于現(xiàn)場設(shè)備層得以實現(xiàn)。現(xiàn)場通訊總線上的人機界面設(shè)備通過DDE方式采用商業(yè)化通用多平臺監(jiān)控軟件，提供運行管理人員介入系統(tǒng)的手段，并且不受時間、地點的限制。同時現(xiàn)在的監(jiān)控組態(tài)工具軟件亦有統(tǒng)一的標準 IECll31－3，系統(tǒng)制造商均對此予以支持。從控制系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)上看，以現(xiàn)場總線為通訊媒介，只分為人機界面管理計算機、現(xiàn)場控制器兩個層面。現(xiàn)在有幾大現(xiàn)場總線組織制定了相應(yīng)的幾種現(xiàn)場總線通訊協(xié)議，符合同種通訊協(xié)議的現(xiàn)場控制器、儀表、嵌入式控制裝置可方便的通過現(xiàn)場總線連接組成控制系統(tǒng)。

監(jiān)控管理計算機可通過專用或商用通訊網(wǎng)絡(luò)與更加廣泛的管理系統(tǒng)相聯(lián)系。

3 新設(shè)計思想的內(nèi)容和特點

由于現(xiàn)在高低壓變配電設(shè)備中具有嵌入式控制裝置、用電設(shè)備就地控制設(shè)備中具有的小型PLC控制器等，所以進行電氣設(shè)計時，不用像傳統(tǒng)設(shè)計時考慮集中的二次信號、計量、保護系統(tǒng)設(shè)備和自動化控制系統(tǒng)的預(yù)留互聯(lián)條件，只要按用電設(shè)備要求、工藝控制要求進行高低壓變配電系統(tǒng)，用電設(shè)備就地控制設(shè)備的一次電氣設(shè)計。同時按工藝控制要求進行儀表系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)供電方條件、要求和用電設(shè)備的要求和特點進行高低壓變配電系統(tǒng)二次計量、保護、控制的控制流程圖設(shè)計，根據(jù)工藝控制要求和自動控制要求，進行配電系統(tǒng)末端的用電設(shè)備就地控制設(shè)備的控制流程圖設(shè)計。在人機界面管理計算機上按上述各部分的控制流程圖，以符合 IECll3－3標準的組態(tài)工具軟件進行控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件組態(tài)，包括對儀表系統(tǒng)的組態(tài)。最后進行電氣及其控制設(shè)備安裝、電纜互聯(lián)和敷設(shè)設(shè)計。

這樣的設(shè)計流程與傳統(tǒng)的設(shè)計方式中電氣設(shè)計、自動化設(shè)計過程是平行進行的，并在過程中互提測控條件的方式有很大的不同，它簡化了設(shè)計流程，將電氣和自動化設(shè)計人員合二為一、提高設(shè)計時效。另外，自動化設(shè)計中組態(tài)工作無需像以往等待系統(tǒng)硬件定牌后才可進行，標準的組態(tài)工具軟件和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議使不同的設(shè)備如同同一系統(tǒng)供應(yīng)商的產(chǎn)品一樣便捷的整合成系統(tǒng)。工程項目經(jīng)過這樣的設(shè)計后，得到的整個電氣及其控制系統(tǒng)是完全為扁平化、開放化的。其優(yōu)點是電氣與自動化系統(tǒng)合一，從電氣的角度看系統(tǒng)全部智能化；從控制系統(tǒng)的角度看，系統(tǒng)徹底分散化；從網(wǎng)絡(luò)的角度看，扁平、開放的結(jié)構(gòu)提供給用戶更經(jīng)濟、易用、高效的共享數(shù)據(jù)。

4 新設(shè)計思想與未來技術(shù)發(fā)展趨勢的融合

嵌入式控制裝置將覆蓋全部現(xiàn)場設(shè)備，現(xiàn)場總線通訊協(xié)議統(tǒng)一至最少的數(shù)量，嵌入式控制裝置具有完全符合標準現(xiàn)場總線通訊協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的全部節(jié)點設(shè)備的數(shù)據(jù)庫為分布式實時數(shù)據(jù)庫，這些就如同PC及其外設(shè)的USB接口形成一樣。同樣智能化、分布式、扁平化的設(shè)備控制系統(tǒng)構(gòu)成的生產(chǎn)過程，也是生產(chǎn)管理系統(tǒng)的主要組成部分，數(shù)據(jù)共享、快速、高效、可靠、低成本也是扁平化管理系統(tǒng)的特點。為了實現(xiàn)上述功能，在進行未來的設(shè)計工作中要求設(shè)計人員既要進行電氣系統(tǒng)設(shè)計，又要能對嵌入式控制裝置進行編程組態(tài)，同時還要完成基于現(xiàn)場總線通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架及其監(jiān)控軟件（包括數(shù)據(jù)庫）的組態(tài)。這樣一個項目的設(shè)計工作過程無論從人員還是到流程都是快速、高效、扁平化的。通過互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供貨商、項目設(shè)計人員、企業(yè)生產(chǎn)管理者均可對設(shè)備和生產(chǎn)流程進行離線或在線的技術(shù)支持和調(diào)整，這也得益于嵌入式控制裝置和標準現(xiàn)場總線通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的全面實現(xiàn)。

5 電氣和自動化在工程實踐中的融合

由于高低壓變配電系統(tǒng)設(shè)備中具有嵌入式控制裝置、用電設(shè)備就地控制設(shè)備中具有PLC控制器和現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，電氣和自動化的交融、一體化在電氣與自動化工程實踐活動的合二為一體現(xiàn)在以下幾點：①根據(jù)用電設(shè)備和工藝控制要求進行高低壓變配電系統(tǒng)、用電設(shè)備的一次電氣設(shè)計。②根據(jù)供電方條件、要求和用電設(shè)備要求和特點進行高低壓變配電系統(tǒng)二次計量、保護、控制的控制流程框圖設(shè)計。③根據(jù)工藝控制要求和自動控制要求，進行配電系統(tǒng)末端的用電設(shè)備的就地控制裝置的控制流程框圖設(shè)計。④根據(jù)工藝控制要求進行儀表、執(zhí)行器和操作管理站等系統(tǒng)的控制流程框圖設(shè)計。⑤在操作管理站上通過組態(tài)軟件的平臺，按上述電氣、自動化系統(tǒng)的控制流程框圖內(nèi)容實現(xiàn)電氣和自動化系統(tǒng)的功能。軟件的接口標準協(xié)議趨于統(tǒng)一，可以進行在線、離線或遠程狀況下的組態(tài)編程。⑥進行現(xiàn)場設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安裝、電纜敷設(shè)設(shè)計。⑦進行設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)軟件的安裝、調(diào)試。在整個工程實踐中，簡化了設(shè)計流程和施工流程。不用像傳統(tǒng)設(shè)計時考慮集中的二次信號、計量、保護系統(tǒng)設(shè)備和自動化系統(tǒng)之間的預(yù)留互聯(lián)條件，只要按用電設(shè)備要求、工藝控制要求進行高低壓變配電系統(tǒng)、用電設(shè)備就地控制裝置的一次電氣設(shè)計和儀表系統(tǒng)設(shè)計即可；施工過程中在設(shè)備安裝、電纜敷設(shè)連接后，直接進行調(diào)試，減少了兩個專業(yè)之間的配合調(diào)試，避免了兩部分人員分頭進行的現(xiàn)象。整個系統(tǒng)電氣與自動化互相嵌入、完全融合，體現(xiàn)在電氣的智能化、自動控制的徹底分散化、網(wǎng)絡(luò)的扁平化和開放化。

1 ［美］M. Tim Jones.嵌入式系統(tǒng) TCP/IP應(yīng)用層協(xié)議［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2003