對(duì)電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的研究

楊傳浩

（廣西 南寧市 530000）

對(duì)電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的研究

楊傳浩

（廣西 南寧市 530000）

電氣自動(dòng)化是世界現(xiàn)代科學(xué)的核心技術(shù)之一，是工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)與電氣自動(dòng)化密切相關(guān)，它關(guān)系到自動(dòng)化控制系統(tǒng)的分析和常用生產(chǎn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，對(duì)提高產(chǎn)品生產(chǎn)的工作效率、減少體力勞動(dòng)力數(shù)量以及改善生產(chǎn)環(huán)境等有著重大意義。本文針對(duì)電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀和特點(diǎn)做出了相關(guān)的探討。

電氣；設(shè)計(jì)；自動(dòng)化

引言

隨著信息時(shí)代的到來，電氣設(shè)計(jì)和自動(dòng)化設(shè)計(jì)相互滲透交融，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備設(shè)計(jì)的電氣自動(dòng)一體化、機(jī)電一體化和控制系統(tǒng)的自動(dòng)化等。但電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化與電氣工程及其自動(dòng)化不同，其核心是要掌握電氣控制設(shè)備和供配電系統(tǒng)的運(yùn)行、管理和維護(hù)工作。

1 電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)代信息技術(shù)、現(xiàn)代物理科學(xué)密切相關(guān)。其中現(xiàn)代信息技術(shù)是指計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的綜合，對(duì)電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展起決定性作用。現(xiàn)如今的高低壓變配電系統(tǒng)裝置一般采用嵌入式控制設(shè)備，用電設(shè)備就地控制中常用的有綜合微機(jī)保護(hù)或者繼電器保護(hù)等。微機(jī)本身強(qiáng)大的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力使得某些算法在微機(jī)上可以很容易的實(shí)現(xiàn)，而且微機(jī)保護(hù)裝置集成化的軟硬件模式，使得微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性大大提高。[1]因此在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，要按照用電設(shè)備的相關(guān)要求和工藝控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行高低壓變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝，用電設(shè)備和就地控制設(shè)備的電氣設(shè)計(jì)根據(jù)IEC113-3標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)工具軟件進(jìn)行控制，最后對(duì)電氣設(shè)計(jì)及安裝、電纜互聯(lián)記憶敷設(shè)設(shè)計(jì)等等。這樣的設(shè)計(jì)流程與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式中電氣設(shè)計(jì)、自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程是平行進(jìn)行的，并在過程中互提測(cè)控條件的方式有很大的不同，它簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，將電氣和自動(dòng)化設(shè)計(jì)人員合二為一、提高設(shè)計(jì)時(shí)效。另外，自動(dòng)化設(shè)計(jì)中組態(tài)工作無需像以往等待系統(tǒng)硬件定牌后才可進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)工具軟件和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議使不同的設(shè)備如同同一系列供應(yīng)商的產(chǎn)品一樣便捷的整合成系統(tǒng)。

2 電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的設(shè)計(jì)思想

從傳統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化設(shè)計(jì)方式來看，電氣設(shè)備的相關(guān)控制系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行和計(jì)量主要通過物理方式由分立的機(jī)械部件完成，輔之以復(fù)雜的運(yùn)行，基本達(dá)到用戶使用的配電設(shè)置要求。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)與電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化不同，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要是通過計(jì)算機(jī)，利用軟硬件組態(tài)對(duì)相關(guān)電氣設(shè)備實(shí)施控制或管理的一個(gè)過程，且都需要由項(xiàng)目工程的設(shè)計(jì)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況的要求，統(tǒng)一控制管理并劃定互聯(lián)的顯著界面，通過相互協(xié)調(diào)以保證項(xiàng)目的實(shí)施[2]。電壓變化和配電系統(tǒng)的具體設(shè)置，需要依據(jù)所選用的電氣設(shè)備的負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)和分布情況來設(shè)計(jì)，保證針對(duì)性和實(shí)用性。最后根據(jù)供電方的實(shí)際條件和相關(guān)需求，結(jié)合現(xiàn)有電氣設(shè)備的特性，進(jìn)行配電和變電系統(tǒng)的進(jìn)一步計(jì)量與控制的設(shè)計(jì)。

3 電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)較多地運(yùn)用了嵌入式控制設(shè)備，嵌入式控制裝置在電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化的未來發(fā)展中占有重要地位。在總線通信協(xié)議統(tǒng)一化的基礎(chǔ)上，嵌入式控制設(shè)備將節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)分化為分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，其特性完全符合規(guī)范的現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)通信功能。在項(xiàng)目工程的生產(chǎn)過程中，作為生產(chǎn)管理系統(tǒng)的重要組成部分，嵌入式控制設(shè)備智能化、扁平化、分布式的特點(diǎn)表現(xiàn)尤為突出，扁平化的管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)共享上具有速度快、效率高、可靠性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。這種覆蓋面廣且功能強(qiáng)大的電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)方案對(duì)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)技能要求較高，除基本技術(shù)要求之外，在設(shè)計(jì)后期的電氣系統(tǒng)實(shí)踐過程中，設(shè)計(jì)人員針還需要對(duì)嵌入式控制裝置進(jìn)行編程組態(tài)，并根據(jù)要求完成現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議的構(gòu)架組態(tài)工作。嵌入式控制裝置在電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)的未來發(fā)展中占據(jù)著重要位置，其全面覆蓋的特點(diǎn)和統(tǒng)一化的現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議，使互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品供應(yīng)商、企業(yè)管理工作者以及電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)人員，能夠在離線或在線的狀態(tài)下，對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)流程進(jìn)行技術(shù)支持和生產(chǎn)調(diào)整，進(jìn)一步保障項(xiàng)目工程的進(jìn)展。此外，隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)及電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。在實(shí)際生產(chǎn)工作中，機(jī)械手能夠模擬人的手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具等等，更大程度地提高生產(chǎn)效率。

4 電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 設(shè)計(jì)的節(jié)能性

在資源節(jié)約型社會(huì)大背景下，電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的設(shè)計(jì)需要體現(xiàn)節(jié)能這一特點(diǎn)。根據(jù)我國(guó)目前關(guān)于加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，提倡低碳節(jié)能產(chǎn)品的政策，電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)在設(shè)計(jì)要點(diǎn)要體現(xiàn)出節(jié)能、綠色、環(huán)保等特點(diǎn)。在如今全球性的能源緊張的世界格局下，節(jié)能理所放然地成為所有設(shè)計(jì)的突破口和增值點(diǎn)，在電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的設(shè)計(jì)上，從能源使用和節(jié)能環(huán)保上另辟蹊徑能夠使其更加符合社會(huì)的現(xiàn)實(shí)要求。節(jié)能技術(shù)已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)鍵點(diǎn)[3]。例如電氣自動(dòng)化系統(tǒng)控制中，當(dāng)使用PLC控制系統(tǒng)作為主要的電力控制系統(tǒng)之時(shí)，為達(dá)到節(jié)能的目的，一般采用PLC控制器分時(shí)段控電的策略以節(jié)約能源，還能夠避免變壓器產(chǎn)生低負(fù)荷或是空載運(yùn)行的損壞設(shè)備的狀況。值得注意的是PLC控制系統(tǒng)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩個(gè)方面，分別用不同的控制器來完成操作。在該系統(tǒng)的自動(dòng)控制過程中，一般將不同的變壓器設(shè)置在不同的控制檔，并利用多個(gè)連接點(diǎn)將之與PLC外接繼電器相連接。這些變壓器在自動(dòng)選擇時(shí)，在PLC控制系統(tǒng)的控制下實(shí)現(xiàn)單臺(tái)或多臺(tái)供電的時(shí)段切換，從而達(dá)到節(jié)能的目的。其中，PLC的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖

4.2 設(shè)計(jì)的智能性

電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化的智能化設(shè)計(jì)主要借助軟件模塊實(shí)現(xiàn)，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的智能化具有重大意義。在促進(jìn)電氣設(shè)計(jì)智能化這一點(diǎn)上，軟件模塊的設(shè)計(jì)占據(jù)著主要位置。例如，在發(fā)電廠的自動(dòng)控制發(fā)電過程中，所需要的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的是由多線程的在線可編程并行數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)而來的，并以PLC控制器作為單機(jī)控制、集中控制與分布式控制的主要系統(tǒng)，并根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際需要在編輯器內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)化參數(shù)的具體設(shè)置。之后再通過適當(dāng)?shù)膽?yīng)用軟件對(duì)智能化的PLC控制模塊進(jìn)行激活。由此可見，在電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)方面，軟件的設(shè)計(jì)是較為重要的一環(huán)。通過軟件的設(shè)計(jì)可以使工業(yè)生產(chǎn)與市場(chǎng)需求量結(jié)合起來，更加智能化地選擇PLC控制的類型，將工作量小的智能切換到單機(jī)控制操作系統(tǒng)上，工作量大的智能切換到分布式或集中式的控制系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最優(yōu)化使用。

4.3 設(shè)計(jì)的可靠性

實(shí)際上無論是PLC系統(tǒng)控制技術(shù)、變頻技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)還是與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)的DCS技術(shù)和微電子技術(shù)，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上都要充分考慮到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性。這是因?yàn)殡姎庾詣?dòng)化控制技術(shù)的可靠性和安全性一旦出現(xiàn)問題，不僅會(huì)給使用方帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)給供給方造成各種各樣的麻煩。因而電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化加強(qiáng)技術(shù)設(shè)計(jì)上的可靠性，提高控制系統(tǒng)的安全性是完全必要的。同樣以PLC控制技術(shù)為例，在電氣設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于PLC輸入端最有效的保護(hù)方式就是在外部加一級(jí)光電耦合器，以便在外部有高電壓等異物侵入回路時(shí)，使其擊穿的是保護(hù)級(jí)的光耦合器，在更換損壞的光耦時(shí)像更換熔斷器一樣方便快捷，達(dá)到及時(shí)排除故障保護(hù)設(shè)備的目的[4]。在此過程中，一般使用情況可選用4N25型保護(hù)級(jí)光耦。

5 電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)在工程中的應(yīng)用

在具體的工程項(xiàng)目實(shí)踐過程中，電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)與電氣控制系統(tǒng)及其自動(dòng)化相互融合主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①電氣設(shè)計(jì)根據(jù)具體使用情境下的電氣設(shè)備要求和相關(guān)工藝控制需要對(duì)配電系統(tǒng)和用電設(shè)備進(jìn)行第一次針對(duì)性的設(shè)計(jì)；②注意根據(jù)自動(dòng)系統(tǒng)控制和工藝要求，進(jìn)行配電系統(tǒng)末端就地控制裝置的框架設(shè)計(jì)；③根據(jù)供電方的實(shí)際條件、具體需求以及工程項(xiàng)目對(duì)于電氣設(shè)備的具體要求進(jìn)行第二次的框架設(shè)計(jì)；④針對(duì)專門的電氣設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和電纜敷設(shè)進(jìn)行設(shè)計(jì)與安裝；⑤利用相關(guān)的組態(tài)軟件管理控制平臺(tái)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)在線、離線甚至遠(yuǎn)程的組態(tài)編程工作；⑥對(duì)電氣設(shè)備、系統(tǒng)軟件和相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，實(shí)現(xiàn)融匯貫通，在實(shí)踐上充分體現(xiàn)電氣自動(dòng)化、設(shè)計(jì)智能化與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的開放化和高速化[5]。

6 結(jié)束語

綜上所述，在日益發(fā)展的現(xiàn)代化社會(huì)，電氣自動(dòng)化技術(shù)在今后的使用會(huì)越來越廣泛，電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新與進(jìn)步對(duì)于電氣自動(dòng)化具有重大意義，對(duì)我國(guó)電力技術(shù)行業(yè)的發(fā)展有著重要作用。為更好地將電氣自動(dòng)化控制模塊應(yīng)用于各行各業(yè)，在電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)要在不斷發(fā)展的現(xiàn)況中充分實(shí)現(xiàn)規(guī)范化設(shè)計(jì)，根據(jù)節(jié)能性。智能化和可靠性的特點(diǎn)總結(jié)實(shí)際可用的設(shè)計(jì)思路，將電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化，使之更好的運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

[1]呂 欣.電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)淺析[J].中國(guó)科技投資，2013，2（1）：86.

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[3]楊曉謙.試述傳統(tǒng)電氣與自動(dòng)化技術(shù)的設(shè)計(jì)思想與融合[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012，11（6）：165.

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TM92

A

1004-7344（2016）02-0321-02

2015-12-29

楊傳浩（1986-），男，初級(jí)，專科，主要從事電氣設(shè)計(jì)方面的工作。