電氣自動化控制系統(tǒng)設計

周 超

（貴州開磷控股集團有限責任公司，貴州開陽 550302）

電氣自動化控制系統(tǒng)設計

周 超

（貴州開磷控股集團有限責任公司，貴州開陽 550302）

當前，信息技術(shù)發(fā)展迅速，相應的控制技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、顯示技術(shù)以及現(xiàn)代通信技術(shù)在各個領域中均得到了廣泛應用。近些年，我國電氣智能化發(fā)展勢頭不容小覷，電氣系統(tǒng)與設備控制要求不斷提高，對此必須做好電氣控制系統(tǒng)自動化設計，確保其簡單可靠、可操作性強。首先分析了電氣自動化控制系統(tǒng)及其設計流程，其后根據(jù)“分散控制、集中監(jiān)控”思想，就基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠程電氣控制自動化系統(tǒng)設計展開了具體分析。

電氣自動化控制系統(tǒng)；設計流程；遠程控制系統(tǒng)

近些年，我國電氣技術(shù)實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，在實際工作中，應嚴格按照網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展情況，開展電氣自動化控制系統(tǒng)設計，確保系統(tǒng)綜合管理水平得以有效提高，減少后期的維護量。電氣自動化控制系統(tǒng)設計需走專業(yè)化道路，做到分散控制與集中監(jiān)控的結(jié)合，確保電氣系統(tǒng)功能更為完善。

1 電氣自動化控制系統(tǒng)及其設計流程

1.1電氣自動化控制系統(tǒng)功能

電氣自動化控制系統(tǒng)的應用目的在于確保主回路線路安全、可靠地運行，其具體功能包括以下三個方面。

1.1.1自動控制功能

電力自動化控制系統(tǒng)的一大重要應用功能在于，設備故障時，能夠利用開關(guān)將電路及時切斷，防止出現(xiàn)安全事故。

1.1.2監(jiān)視功能

在電氣自動化控制系統(tǒng)中，無法通過肉眼看出自變量，所以需要通過傳感器監(jiān)視各種視聽信號，以便實時掌握系統(tǒng)變化情況。

1.1.3保護功能

電氣設備運行過程中，故障是難以避免的，因此電氣自動化控制系統(tǒng)必須能夠及時監(jiān)測故障信號，并加以自動保護[1]。

1.2電氣自動化控制系統(tǒng)設計流程

電氣自動化系統(tǒng)設計是否科學合理，直接影響到電力設備的運行安全性，因此規(guī)范化的設計流程十分必要，具體如下：①根據(jù)具體控制要求，確定設計方案；②確定控制算法，選擇微型計算機，制定相應的總體設計內(nèi)容；③軟、硬件設計。電氣自動化控制系統(tǒng)設計較為復雜，需嚴格按照流程開展設計工作，并結(jié)合實際情況，綜合對比集中監(jiān)控、遠程監(jiān)控以及現(xiàn)場總線監(jiān)控三種方式，以確保控制系統(tǒng)應用實效性。a）集中監(jiān)控方式，其主要優(yōu)點在于維護方便，控制站防護設計要求較低，因此系統(tǒng)設計相對較為簡單。但是，由于需要將各大功能集中于一個處理器進行處理，處理速度必然受到影響[2]。b）遠程監(jiān)控方式，其利用網(wǎng)絡將管理員與需被控制計算機相連接，實現(xiàn)異地控制，優(yōu)勢在于能夠大量節(jié)約電纜，組態(tài)靈活、可靠性高。但是，在部分情況下，由于電氣部分通訊量較大，導致通訊速度受到影響。c）現(xiàn)場總線監(jiān)控方式，各裝置可利用網(wǎng)絡連接，可靠性高，同時節(jié)約了電纜，成本較低。

2 電氣自動化控制系統(tǒng)設計

基于“分散控制、集中監(jiān)控”思想，傳統(tǒng)的DCS控制方式已經(jīng)無法滿足越來越復雜的電力設備使用需求，下文提出了基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠程電氣控制自動化系統(tǒng)設計，并展開了具體分析。

2.1實現(xiàn)方式

基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠程集控系統(tǒng)內(nèi)，每一個節(jié)點均是一個智能設備，其內(nèi)均設置了微處理器，主要包括以下功能：①采樣；②A/D轉(zhuǎn)換；③線性化；④校正；⑤運算處理；⑥報警判斷；⑦PID控制。在實際應用中，僅需要按照控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制策略需要的功能塊和具備的功能塊庫條件，對功能塊加以分配，同時利用組態(tài)軟件，連接功能塊，即可達到常規(guī)控制目標，并將傳統(tǒng)DCS站內(nèi)的簡單控制功能直接下放至現(xiàn)場，實現(xiàn)“分散控制”。

在遠程電氣控制自動化系統(tǒng)設計過程中，需注意控制變量內(nèi)存在較多邏輯量控制變量，其應用目的在于確保輔機在開啟/停止時，電氣設備能夠遵循規(guī)定的順序開展動作，并保證設備間的保護、順控。此外，在實際應用中，輔助車間工藝多數(shù)采取的是順序控制，因此PLC十分適用。在對PLC進行選型時，應充分考慮現(xiàn)場通訊協(xié)議，保證其可操作性[3]。

2.2遠程控制系統(tǒng)層次架構(gòu)設計

遠程控制系統(tǒng)主要可以分為遠程信息管理層、網(wǎng)絡層、設備層，各層次架構(gòu)設計具體如下所示：

2.2.1遠程信息管理層

該層主要應用于數(shù)據(jù)集成，從而支撐電氣設備管控一體化，實現(xiàn)電力設備管理和生產(chǎn)自動化的有機集合。利用管控一體化系統(tǒng)實現(xiàn)電力設備調(diào)度，并下達相應的安全生產(chǎn)操作指令，有效應對故障、突發(fā)事件。遠程信息管理層能夠?qū)崿F(xiàn)各類與生產(chǎn)有關(guān)的信息的集成，并通過管控服務器采集相應的數(shù)據(jù)，保證管控信息準確、實時。此外，在現(xiàn)場監(jiān)控站、遠程管理監(jiān)控中心設置若干大屏幕，以全方面監(jiān)控設備運行工況，并加以指揮。

2.2.2網(wǎng)絡層

該網(wǎng)絡層應用的是光纖工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，能夠在同一時間接入不同協(xié)議數(shù)據(jù)，即各個子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸平臺使用的是以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線傳輸鏈路，確保數(shù)據(jù)網(wǎng)絡化傳輸。

2.2.3設備層

該層連接的是被控電氣設備，主要功能在于確保本地單元設備運行控制，實現(xiàn)基本保護，實時顯示控制狀態(tài)。此外，利用局域網(wǎng)、遠程信息管理層中央調(diào)度室實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，從而達到本地控制和遠程集控有機結(jié)合的目的。

2.3嵌入式控制集控系統(tǒng)設計

在對軟件平臺進行設計時，使用嵌入式實時操作系統(tǒng)μClinux，實現(xiàn)系統(tǒng)多任務的有序調(diào)度、科學管理。對于多任務操作系統(tǒng)而言，其主要是通過任務調(diào)度函數(shù)實現(xiàn)各項任務的合理排序與及時處理。首先，調(diào)度函數(shù)會對就緒任務的優(yōu)先級進行排序，優(yōu)先級最高則最先處理，依次進行。根據(jù)任務劃分原則與集控系統(tǒng)要求，應用軟件任務主要包括以下幾種：

（1）測控基本功能實現(xiàn)任務，其具體包括以下幾個方面：①測量任務；②數(shù)據(jù)預處理任務；③驅(qū)動輸出任務等等。此類任務的實時性與可靠性要求較嚴，因此優(yōu)先級高，其中測量屬于是最高優(yōu)先級任務。

（2）保護功能任務，此處的保護功能主要指的是報警功能，因此需要盡快完成，以便及時處理設備運行故障。

（3）人機交互功能，其具體包括以下幾個方面：①鍵盤響應；②顯示器顯示。此類任務的優(yōu)先級最低。

任務系統(tǒng)的完成需要兩大程序：一是本地數(shù)據(jù)采集程序；二是網(wǎng)絡服務程序。

本地數(shù)據(jù)采集程序的應用目的在于采集外部信號，并將所得數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊，通過數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)字濾波，然后利用數(shù)據(jù)保存模塊將公共緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)保存至Flash內(nèi)。此外，鍵盤模塊的應用功能在于實現(xiàn)用戶對現(xiàn)場設備的有效控制，對采集數(shù)據(jù)進行設定[4]。

網(wǎng)絡服務程序主要包括兩大部分：一是嵌入式Web server程序；二是CGI程序。其中，嵌入式Web server程序?qū)儆谑呛笈_的守護進程，主要應用于網(wǎng)絡客戶請求的監(jiān)聽，一旦有用戶通過瀏覽器對本地系統(tǒng)進行請求，則CGI程序隨之啟動，對請求進行轉(zhuǎn)化，令服務器能夠及時識別、處理，當處理工作完成后，CGI程序則將結(jié)果進行轉(zhuǎn)化，令web瀏覽器可識別，并傳輸?shù)娇蛻舳?，完成交互操作?/p>

3 結(jié)語

綜上所述，電氣自動化控制系統(tǒng)設計是一個較為復雜的過程，需要在系統(tǒng)成本、靈活性、可用工具等多個方面做出一個權(quán)衡，確保其實際應用效果。本文僅以基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠程電氣控制自動化系統(tǒng)設計為例，展開了具體分析，該系統(tǒng)運行可靠性高、實時性強，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控與本地操作的有機結(jié)合，在工業(yè)控制領域應用前景十分廣闊。

[1] 劉國智.論電氣自動化控制系統(tǒng)的設計思想[J].科技致富向?qū)В?011，（11）：9.

[2] 王金亮.人工智能技術(shù)在電氣自動化控制系統(tǒng)中的應用研究[J].科技致富向?qū)В?012，（30）：315-316.

[3] 范鐵錘.PLC在電氣自動化控制系統(tǒng)中應用范例[J].自動化應用，2012，（7）：11-13.

[4] 劉世陽.電氣自動化控制系統(tǒng)的設計的相關(guān)探討[J].現(xiàn)代經(jīng)濟信息，2013，（15）：422.

Electrical Automation Control System Design

Zhou Chao

At present，the rapid development of information technology，the corresponding control technology，network technology，display technology and modern communications technology in various fi elds have been widely applied.In recent years，China’s development of intelligent electrical momentum can not be underestimated，electrical systems and equipment control requirements continue to increase，which must do the electrical design automation control system to ensure that it is simple and reliable，easy to operate.This paper analyzes the electrical automation control system and its design process，and thereafter in accordance with “decentralized control，centralized monitoring，” thinking，based on industrial Ethernet remote electrical control system design automation launched a specifi c analysis.

Electrical automation and control systems；design process；Remote Control System

TM762

A

1003-6490（2016）01-0070-02

2016-01-24

周超（1985—），男，貴州水城人，助理工程師，主要研究方向為工業(yè)自動控制系統(tǒng)設計和實際應用。