淺析電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計思想

金明　王海紅　薄明明　蔣云彩　許志文

摘要：隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進步，電氣自動化獲得了較快的發(fā)展，一些先進的技術(shù)被應(yīng)用到電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計中，推動了工業(yè)的進一步發(fā)展。文章首先對電氣自動化控制系統(tǒng)進行了介紹，然后分析了電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計流程及主要的設(shè)計思想，最后探討了電氣自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：電氣自動化；控制系統(tǒng)；設(shè)計思想；發(fā)展趨勢；控制回路 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM76 文章編號：1009-2374（2016）02-0139-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.068

1 電氣自動化控制系統(tǒng)的概述

1.1 電氣自動化控制系統(tǒng)的主要功能

電氣自動化控制系統(tǒng)中的控制回路主要是確保主回路線路運行的安全性與穩(wěn)定性?？刂苹芈吩O(shè)備的功能主要包括：（1）自動控制功能：就電氣自動化控制系統(tǒng)而言，在設(shè)備出現(xiàn)問題的時候，需要通過開關(guān)及時切斷電路從而有效避免安全事故的發(fā)生，因此，具備自動控制功能的電氣操作設(shè)備是電氣自動化控制系統(tǒng)的必要設(shè)備；（2）監(jiān)視功能：在電氣自動化控制系統(tǒng)中，自變量電勢是最為重要的，其通過肉眼是無法看到的。機器設(shè)備斷電與否，一般從外表是不能分辨出來的，這就必須要借助傳感器中的各項功能，對各項視聽信號予以監(jiān)控，從而實時監(jiān)控整個系統(tǒng)的各種變化；（3）保護功能：在運行過程中，電氣設(shè)備經(jīng)常會發(fā)生一些難以預(yù)料的故障問題，功率、電壓以及電流等會超出線路及設(shè)備所許可的工作限度與范圍，因此，這就要求具備一套可以對這些故障信號進行監(jiān)測并且對線路與設(shè)備予以自動處理的保護設(shè)備，而電氣自動化控制系統(tǒng)中的控制回路設(shè)備就具備這一功能；（4）測量功能：視聽信號只可以對系統(tǒng)中各設(shè)備的工作狀態(tài)予以定性的表示，而電氣設(shè)備的具體工作狀況還需要通過專業(yè)設(shè)備對線路的各參數(shù)進行測量才能夠得出。

1.2 電氣綜合自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)點

據(jù)相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，一個完整的變電站綜合自動化系統(tǒng)除了在各個控制保護單元中存有緊急手動操作跳閘以及合閘的措施之外，別的單元所有的報警、測量、監(jiān)視以及控制功能等都可以由計算機監(jiān)控系統(tǒng)來進行。變電站不需要另外設(shè)置一些遠動設(shè)備，計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以使得遙控、遙測、遙調(diào)以及遙信等功能與無人值班的需要得到滿足。就電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計角度而言，電氣自動化控制系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，比如說：（1）集中式設(shè)計：電氣自動化控制系統(tǒng)引用集中式立柜與模塊化結(jié)構(gòu)，使得各控制保護功能都可以集中于專門的控制與采集保護柜中，全部的報警、測量、保護以及控制等信號都在保護柜中予以處理，將其處理為數(shù)據(jù)信號之后再通過光纖總線輸送到主控室中的監(jiān)控計算機中；（2）分布式設(shè)計：電氣自動化控制系統(tǒng)主要應(yīng)用分布式開放結(jié)構(gòu)以及模塊化方式，使得所有的控制保護功能都分布于開關(guān)柜中或者盡可能接近于控制保護柜之上的控制保護單元，全部報警、測量、保護以及控制等信號都在本地單元中予以處理，將其處理為數(shù)據(jù)信號之后通過光纖的總線輸送到主控室的監(jiān)控計算機中，各個就地單元之間互相獨立；（3）簡單可靠：因為在電氣自動化控制系統(tǒng)中用多功能繼電器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器，能夠使得二次接線得以有效簡化。分布式設(shè)計主要是在主控室和開關(guān)柜間進行接線，而集中式設(shè)計的接線也局限在主控室和開關(guān)柜間，因為這兩種方式都在開關(guān)柜中進行接線，施工較為簡單，別的接線能夠在開關(guān)柜與采集保護柜中完成的特點，操作較為簡單而可靠；（4）具有可擴展性：電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計可以對電力用戶未來對電力要求的提高、變電站規(guī)模以及變電站功能擴充等進行考慮，具有較強的可擴展性；（5）兼容性較好：電氣自動化控制系統(tǒng)主要是由標(biāo)準(zhǔn)化的軟件以及硬件所構(gòu)成，而且配備有標(biāo)準(zhǔn)的就地I/O接口與穿行通訊接口，電力用戶能夠根據(jù)自己的具體需求予以靈活的配置，而且系統(tǒng)中的各種軟件也非常容易與當(dāng)前計算機計算的快速發(fā)展相適應(yīng)。

2 電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計的流程

在機電一體化產(chǎn)品中，電氣自動化控制系統(tǒng)具有非常重要的作用，其就相當(dāng)于人類的大腦，用來對信息進行處理與控制。所以，在進行電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計時一定要遵循相應(yīng)的流程。依照控制的相關(guān)要求將電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計方案確定下來，然后將控制算法確定下來，并且選擇適當(dāng)?shù)奈⑿陀嬎銠C，制定出電氣自動化控制系統(tǒng)的總體設(shè)計內(nèi)容，最后開展軟件與硬件的設(shè)計。雖然電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計流程較為復(fù)雜，但是在設(shè)計時一定要從實際出發(fā)，綜合考慮集中監(jiān)測方式、現(xiàn)場總路線監(jiān)控方式以及遠程監(jiān)控方式，唯有如此才能夠?qū)⑴c相關(guān)要求相符的控制系統(tǒng)建立起來。

3 電氣自動化控制系統(tǒng)主要的設(shè)計思想

據(jù)相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)前電氣自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用的主要設(shè)計思想有三種，分別是集中監(jiān)控方式、遠程監(jiān)控方式以及現(xiàn)場總線監(jiān)控方式，這三種設(shè)計思想各有其特點，其具體選用應(yīng)該根據(jù)具體條件而定。下面將分別對其進行簡要的介紹：

3.1 集中監(jiān)控方式

集中監(jiān)控方式有諸多優(yōu)點，比如說系統(tǒng)設(shè)計較為簡單、防控站的防護要求較低以及運行維護較為便利等。但是因為集中監(jiān)控方式是把系統(tǒng)各功能都集中于一個處理器予以處理，這就使得處理器的處理任務(wù)較為繁重，從而使其處理的速度與效率受到一定程度的影響。因為電氣設(shè)備都進入到監(jiān)控中，這就使得監(jiān)控的對象不斷增多。而隨著監(jiān)控的內(nèi)容逐漸增多，這會使得主機的冗余度降低、電纜的數(shù)目增多、投入的資金增加等，而較長電纜的引入可能會對電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性造成一定的影響。除此之外，斷路器的聯(lián)鎖以及隔離刀閘的操作閉鎖主要應(yīng)用硬接線，因為隔離刀閘的輔助接點常常無法到位，這就致使設(shè)備常常難以開展施工操作。這種接線的二次接線較為復(fù)雜，而且不利于進行線路檢查，使得線路的維護量大大增加，而且在傳動或者查線過程中還因為接線復(fù)雜而導(dǎo)致產(chǎn)生誤操作問題。

3.2 遠程監(jiān)控方式

據(jù)相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，電氣自動化控制系統(tǒng)中的遠程監(jiān)控方式具備諸多的優(yōu)點，比如說組態(tài)靈活、可靠性高、節(jié)約材料、節(jié)約安裝所需費用以及節(jié)約電纜用量等。因為控制系統(tǒng)中各現(xiàn)場總線的通訊速度較慢，而電廠中的電氣通訊量較大，因此，遠程監(jiān)控方式較為適用于小系統(tǒng)的監(jiān)控中，而并不適用于整個電氣廠的電氣自動化系統(tǒng)構(gòu)建中。

3.3 現(xiàn)場總線監(jiān)控方式

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進步，現(xiàn)場總線以及以太網(wǎng)等計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)在變電站綜合自動化系統(tǒng)中得以較為廣泛的應(yīng)用，而且已經(jīng)積累了較為豐富的運行經(jīng)驗，同時智能化電氣設(shè)備也取得了一定的發(fā)展，這些都給在發(fā)電廠電氣系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的應(yīng)用奠定了重要的基礎(chǔ)。在電氣自動化控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線監(jiān)控方式的應(yīng)用可以使得系統(tǒng)設(shè)計的針對性更強，由于不同的間隔，其所具備的功能也有所不同，因此能夠依照間距的具體情況來展開具體的設(shè)計?，F(xiàn)場總線監(jiān)控方式不但具備遠程監(jiān)控方式所具備的一切優(yōu)點，同時還能夠大大減少模擬量變送器、I/O卡件、端子柜以及隔離設(shè)備等，智能設(shè)備就地安裝并且通過通信線和監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)連接，能夠省下許多的控制電纜，大大減小了安裝維護的工作量以及投入資金，進而使得所需成本得以有效降低。除此之外，各裝置的功能較為獨立，裝置間單單經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)來予以連接，網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)較為靈活，這就使得整個系統(tǒng)具有較高的可靠性，每個裝置的故障都只會對其相應(yīng)的元件造成影響，而不會使得系統(tǒng)發(fā)生癱瘓問題。所以，在未來的發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線監(jiān)控方式必然會得到較為廣泛的應(yīng)用。

4 電氣自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展、信息技術(shù)的進步以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進一步發(fā)展，計算機在未來電氣工程發(fā)展中的作用日益突出。當(dāng)前IEC61131已經(jīng)變成了重要的國際化標(biāo)準(zhǔn)，廣泛地被各大電氣自動化控制系統(tǒng)廠商所采納。與此同時，Internet技術(shù)、以太網(wǎng)以及服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)等引發(fā)了電氣自動化的一場場革命。由于市場需求的不斷增大使得自動化與IT平臺不斷融合，電子商務(wù)也不斷普及，這又促使這一融合不斷加快。在當(dāng)前信息時代，多媒體技術(shù)以及Internet技術(shù)在自動化領(lǐng)域中具有非常廣泛的應(yīng)用前景。電氣企業(yè)的管理人員可以通過標(biāo)準(zhǔn)化的瀏覽器來存取企業(yè)中重要的管理數(shù)據(jù)，而且也可監(jiān)控現(xiàn)在生產(chǎn)過程中的動態(tài)畫面，從而及時地了解準(zhǔn)確而全面的生產(chǎn)信息。除此之外，視頻處理技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用將對將來的電氣自動化產(chǎn)品，比如說設(shè)備維護系統(tǒng)以及人機界面的設(shè)計產(chǎn)生非常重要的影響。這就使得相應(yīng)的通訊能力、軟件結(jié)構(gòu)以及組態(tài)環(huán)境的重要性日益突出，電氣自動化控制系統(tǒng)中軟件的重要性也逐漸提高。電氣自動化控制系統(tǒng)將從過去單一的設(shè)備逐漸朝著集成的系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)變。

5 結(jié)語

綜上所述，電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計思想一定要將各環(huán)節(jié)中的優(yōu)勢予以較好的把握，并且使其充分地發(fā)揮出來，與此同時，在電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中一定要堅持與實際的生產(chǎn)要求相符，切實確保電氣行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。在電氣自動化控制系統(tǒng)的不斷探索中，需要相關(guān)工作人員認識當(dāng)前存在的不足，并且通過不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)、新方法等，不斷提高自己，從而不斷推動我國電氣自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展。

參考文獻

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作者簡介：金明（1988-），男，江西上高人，供職于國網(wǎng)江西省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，碩士，研究方向：變電站電氣一次設(shè)計。

（責(zé)任編輯：蔣建華）