簡議電氣自動化控制系統的設計

【摘要】文章通過對電氣自動化系統的功能進行了全方位的介紹，以發電廠為例，討論了目前電氣自動化控制系統的設計思想，對將來電氣自動化控制系統的發展趨勢進行了展望。想要精確掌握現場設備狀況，必須提高設備智能化水平。隨著通訊技術的發展，大容量的數據傳輸有了新的平臺。由于具有靈活性以及很高的集成性，基于PC的控制系統在工業自動化領域，越來越廣泛的被應用。

【關鍵詞】電氣自動化；控制系統；設計

1 電氣控制對象的特點和要求

1.1 電氣控制系統相對熱機設備而言控制信息采集量小、對象少，操作頻率低，但強調快速性、準確性。

1.2 電氣設備保護自動裝置要求可靠性高，動作速度快；同時對抗干擾要求較高。

1.3 熱力系統控制處理信息量大，系統復雜，以過程控制為主；電氣控制系統（ECS）主要以數據采集系統和順序控制為主，連鎖保護較多。

2 常規 ECS 系統的實現水平

目前，大多數電廠和DCS 廠家所實現的 ECS 控制功能主要局限在以下幾個方面：

2.1 監視部分發電機——變壓器組系統，勵磁系統，高、低壓廠用電系統及備用電源系統，220V直流系統和 UPS電源系統，電氣公用系統，所控電氣設備開關、閘刀的狀態監視；中央信號及事故報警，事故記錄及追憶功能。

2.2 控制部分發電機——變壓器組單元電氣一次設備的控制、聯鎖，發電機程序起停，ASS 的投切；廠用工作電源，高、低壓廠變與高、低壓備變之間的正常切換操作；電氣接地系統管理；220kV 斷路器、隔離開關的控制。應該說在傳統的 DCS 系統中對電氣量的監視、控制非常有限，尤其是對電氣專用智能設備信息的采集更是少之又少，致使這些設備各自為政，對運行人員來說，無法在操作員站的監視器上了解相關信息。有時不得不采用大量的電流、電壓變速器將部分模擬量采集進 DCS 系統；或者采用硬接線的方式接入DCS 系統，使系統復雜、投資增加和資源浪費。

近幾年，電氣專用設備朝智能化、小型化、多功能、信息量大的方向發展。電氣專用設備制造廠家，如國電南瑞、國電南自、北京四方、許繼電氣、東大金智等廠家，紛紛推出了雙 CPU（或三 CPU）、智能型、帶現場總線接口的高可靠性能的產品。加之這些廠家也推出了自主知識產權的電氣綜合自動化系統，使 ECS 功能擴展，實現電氣綜合自動化，同時保證電氣系統的相對獨立性的條件已經成熟。只保留極少量的硬接線，全部采用通訊方式連接的模式已成為一種趨勢。

3 電氣綜合自動化系統的功能

根據單元機組的運行和電氣控制的特點，應將發電機一變壓器組和廠用電源等電氣系統的控制都納入 ECS監控。其基本功能為：

3.1 發變組出口 220kV/500kV 斷路器、隔離開關的控制及操作。

3.2 發變組保護、廠高變保護、勵磁變壓器保護控制。

3.3 發電機勵磁系統。包括啟勵、滅磁操作，控制方式切換，增磁、減磁操作，PSS（電力系統穩定器）的投退。

3.4 220kV/500kV 開關自動同期并網及手動同期并網。

3.5 6kV高壓廠用電源監視、操作、廠用電壓快切裝置的狀態監視、投退、手動啟動等。

3.6 380V 低壓廠用電源監視、操作、低壓備自投裝置控制。

3.7高壓啟/備變壓器控制和操作（2臺機共用）。

3.8柴油發電機組和保安電源控制和操作。

3.9 直流系統和 LPS 系統的監視。

對于發變組保護等主保護和安全自動裝置，因其設備已經很成熟而且要求全部在DCS中實現其功能尚有一定難度，可能增加相當大的費用，故可以保留。但是它們與 DCS 間接口，控制采用硬接線，利用通訊方式傳輸自動裝置信息，并可以通過DCS 進行事故追憶。

4 電氣自動化控制系統的設計

4.1 集中監控方式這種監控方式優點是運行維護方便，控制站的防護要求不高，系統設計容易。但由于集中式的主要特點是將系統的各個功能集中到一個處理器進行處理，處理器的任務相當繁重，處理速度受到影響。由于電氣設備全部進入監控，伴隨著監控對象的大量增加隨之而來的是主機冗余的下降、電纜數量增加，投資加大，長距離電纜引入的干擾也可能影響系統的可靠性。同時，隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯鎖采用硬接線，由于隔離刀閘的輔助接點經常不到位，造成設備無法操作。這種接線的二次接線復雜，查線不方便，大大增加了維護量，還存在由于查線或傳動過程中由于接線復雜而造成誤操作的可能性。

4.2 遠程監控方式遠程監控方式具有節約大量電纜、節省安裝費用、節約材料、可靠性高、組態靈活等優點。由于各種現場總線（如Lonworks 總線，CAN 總線等）的通訊速度不是很高，而電廠電氣部分通訊量相對又比較大，所有這種方式適合于小系統監控，而不適應于全廠的電氣自動化系統的構建。

4.3 現場總線監控方式目前，對于以太網（Ethernet）、現場總線等計算機網絡技術已經普遍應用于變電站綜合自動化系統中，且已經積累了豐富的運行經驗，智能化電氣設備也有了較快的發展，這些都為網絡控制系統應用于發電廠電氣系統奠定了良好的基礎。現場總線監控方式使系統設計更加有針對性，對于不同的間隔可以有不同的功能，這樣可以根據間隔的情況進行設計。采用這種監控方式除了具有遠程監控方式的全部優點外，還可以減少大量的隔離設備、端子柜、I/O 卡件、模擬量變送器等，而且智能設備就地安裝，與監控系統通過通信線連接，可以節省大量控制電纜，節約很多投資和安裝維護工作量，從而降低成本。另外，各裝置的功能相對獨立，裝置之間僅通過網絡連接，網絡組態靈活，使整個系統的可靠性大大提高，任意裝置故障僅影響相應的元件，不會導致系統癱瘓。因此現場總線監控方式是今后發電廠計算機監控系統的發展方向。

5 探討電氣自動化控制系統的發展趨勢

OPC（OIJE for Process Control）技術的出現，IEC61131 的頒布，以及 Microsoft 的 Windows 平臺的廣泛應用，未來的電氣技術的結合，計算機日益發揮著不可替代的作用。IEC61131 已成為了一個國際化的標準，正被各大控制系統廠商廣泛采納。

PC 客戶機 / 服務器體系結構、以太網和 Internet 技術引發了電氣自動化的一次又一次革命。正是市場的需求驅動自動化和 IT 平臺的融和，電子商務的普及將加速這一過程。Internet/Intranet 技術和多媒體技術在自動化領域有著廣泛的應用前景。企業的管理層利用標準的瀏覽器可以存取企業的財務、人事等管理數據，也可以對當前生產過程的動態畫面進行監控，在第一時間了解最全面和準確的生產信息。虛擬現實技術和視頻處理技術的應用，將對未來的自動化產品，如人機界面和設備維護系統的設計產生直接的影響。相對應的軟件結構、通訊能力及易于使用和統一的組態環境變得重要了。軟件的重要性在不斷提高，這種趨勢正從單一的設備轉向集成的系統。

參考文獻

[1]李修偉，陳廣文.淺析電氣自動化控制系統的應用及發展趨勢[J]. 民營科技. 2011（01）

[2]王術賀，李廣東.淺析電氣自動化控制系統的應用及發展趨勢[J]. 黑龍江科技信息. 2011（20）

[3]徐鵬.電氣自動化控制方式的研究[J].科技廣場. 2009（07）