智能化電氣設備的設計與應用

車海洋

（江蘇杭鋼精密鋁業有限公司，江蘇 溧陽 213300）

0 引 言

隨著我國PLC、單片機等技術廣泛應用于電氣設備，電氣設備的智能化水平得到了質的飛躍。智能化電氣設備不僅給人們的日常生活帶來了極大便利，而且通過采用數學算法、PLC等技術，在方便相關技術人員進行管理的同時，設備自身可以分析診斷故障，以便技術人員快速正確地做出相關處理，降低故障帶來的經濟損失。可以說，智能化是電氣設備的必然發展趨勢。

1 智能電氣設備的設計要求

電氣設備的智能化主要是電氣設備的控制系統采用CPU、單片機等作為芯片，實現對設備的監測、控制、故障診斷等操作。電氣設備的操作簡單、管理方便，同時可以將多個電氣設備進行集中管理。智能化電氣設備在電力系統中的應用最為突出。由于電力系統中的各個電氣設備是在高壓環境下工作，為了電氣設備正常穩定工作，需要對電氣設備進行保護，而智能化電氣設備的特點很好地滿足了需求。例如，繼電保護裝置、變壓器主保護裝置、遠程監控、輸電線路故障診斷系統等，都屬于智能化電氣設備。

智能化電氣設備的設計主要由現場信息采集、數據處理、指令輸出等部分組成。其中，現場信息采集模塊主要是對現場電氣設備的運行工況信息進行實時采集，并傳輸至數據處理模塊。數據處理部分主要是對采集的信息數據根據需求進行處理分析，從而實現對現場電氣設備運行狀況進行實時監控的目的。指令輸出主要是操作人員根據現場情況結合實際需要通過控制系統對現場進行操作。

2 智能化電氣設備的特點

智能化電氣設備可以通過一個統一的平臺對現場的電氣設備進行實時監測和控制。因此，智能化電氣設備主要具有以下特點。

2.1 統一的支撐平臺

智能化電氣設備可以劃分為支撐平臺和應用軟件兩部分。其中，支撐平臺主要是指網絡系統、控制系統中的數據庫、報表系統等；應用軟件主要是指操作軟件、現場指令執行系統、指令傳輸系統等。隨著集成電路技術的飛速發展，目前已經可以支撐平臺和應用軟件進行模塊化設計，將電氣設備所有平臺進行集中化，有效地實現了統一操作界面、維護修改和管理等功能。

2.2 系統之間數據共享

設計時，電氣設備控制系統的設計采用了國際標準，數據庫中的數據可以實現系統之間的共享，同時數據庫允許一些特定的軟件進行訪問，如EXCEL、TXT等。

2.3 基于商用數據庫設計的系統

目前，大多數智能化電氣設備的控制系統在設計時為了提高系統的開放性，設計的數據庫多采用較為常用的商用數據庫。商用數據庫不僅具有國際標準接口，而且與其他系統具有良好的兼容性。

2.4 基于實時信息和圖形的系統

智能化電氣設備現場的信息采集模塊可以對電氣設備的運行工況進行實時監測，并將信息傳輸到控制系統。控制系統的處理器進行處理分析后，將現場的信息和圖像在軟件中給予顯示處理。

3 智能電氣設備的設計

3.1 操作系統設計

隨著微處理器（CPU）功能的不斷強大，絕大多數情況下，微處理器控制系統中接有多個子系統，即微處理器需要同時處理多個任務。CPU在處理多個任務時，需要采用合適的任務調度方式。目前，任務調度方式主要包括占先式、時間片輪轉、搶占式以及非占先式。占先式的調度方式在操作系統中應用最為廣泛。此方式可以使芯片根據任務的優先等級調度任務，使多個任務能夠得到及時處理，從而保障系統數據傳輸的實時性[1]。

3.2 任務的劃分和設計

系統在處理任務時需要根據優先級調度任務。同樣，在任務劃分和設計時，需要對任務的優先級進行設定。智能化電氣設備任務劃分和設計如圖1所示。所有任務在CPU中等待處理時，都處于等待狀態。當被其他任務、中斷等喚醒后，它將會轉換成就緒狀態。就緒狀態是指任務已經準備就緒，隨時可以運行。由于進行了任務的優先級設計，任務從就緒狀態到運行狀態還需要經過系統的優先級審核，而任務將會依據優先級的高低依次進入運行狀態。

圖1 智能電氣任務的劃分和設計

3.3 嵌入式實時操作系統設計

智能化電氣設備的實時性主要依靠系統采用占先式的優先級調度方式實現，而傳統的操作系統無法實現，這也是采用CPU的嵌入式與傳統的操作系統的本質區別。雖然優先級高的任務具有較高的優先等級，但是優先級只有任務需要時才會被激活。因此，操作系統在處理任務時優先級任務所需要占用的時間非常少。嵌入式操作系統信息傳輸過程中無法對優先級任務進行識別，導致信息在操作系統傳輸中具有不確定性。因此，在嵌入式系統中將優先級較高的任務設計成優先通過，即與CPU任務優先級設計一樣，這樣不但可以有效減少信息傳輸的不確定性，而且只有需要時才激活優先級傳輸。優先級傳輸所占用的時間較少，可降低傳輸網絡中一些不必要的響應[2]。

集中在嵌入式操作系統中的所有子系統與控制系統進行數據傳輸和交換時，都采用優先級設定時，當擁有優先級較高的任務需要進行傳輸交換時，無論此時是否在進行傳輸任務都會中斷，并立即激活優先級別最高的傳輸任務，從而降低信息傳輸過程中的不確定性，有效實現控制系統的實時性。

4 智能電氣設備在建筑中的應用

隨著我國城市智能化建筑和小區的建設增多，人們對電氣設備的智能化要求也越來越高。因此，智能化電氣設備已經在建筑中全面應用，尤其是在建筑電氣工程、電氣設備故障檢測分析、電氣設備優化等方面發揮了重大作用。它不僅提高了電氣設備的自動化、智能化管理水平，而且為電氣設備的精細化管理、故障檢修、優化等提供了便利。

4.1 在建筑電氣工程方面的應用

隨著自動化和智能化技術的不斷發展，電氣設備的功能不斷拓展，導致電氣設備的操作越來越復雜。但是，電氣設備是由高精細化設備組成，要求對設備進行精細化管理。在建筑電氣工程中，電氣系統的復雜性，往往會在這部分頻繁出現故障。為了實現電氣設備的精細化管理，減少設備的故障發生頻率，需融合計算機技術、集成電路技術、智能化技術、自動化技術等先進技術，對建筑電氣工程的電氣設備進行控制管理，從而實現精細化管理[3]。

4.2 在建筑電氣設備故障檢測分析方面的應用

電氣設備采用了遙感技術、傳感技術等智能化技術，一旦發生故障，通過智能技術可以及時進行故障檢測分析，快速檢測故障發生的位置以及原因，以幫助技術人員快速準確找到故障，并為設備的維修提供指導。這不僅可以減少電氣設備的維修時間，降低電氣設備因故障而停止工作的時間，而且提高了電氣設備的可靠運行時間和企業的經濟效益。

4.3 在建筑電氣設備優化方面的應用

智能化技術在電氣設備優化方面還存在一定優勢。首先，在智能電氣設備優化遺傳算法方面有一定的優勢。其次，智能化電氣設備的專家系統可以對電氣設備運行進行有效控制。通常，為了取得更好效果，將智能化電氣設備的專家系統與遺傳算法結合使用。通過神經網絡、模糊邏輯等方法，對電氣設備進行優化，這也是一種比較科學的方法。通過主機的甄別和擴展，可以有效提高運算速度，進而提高電氣設備的可靠性和穩定性[4]。

5 結 論

我國的智能化電氣設備已經有了質的飛躍和提升。這些已經和電腦技術相聯系的電氣設備，較普通電器更靈敏，大大便利了人們的生活。電氣設備智能化是專用操作系統設計運行的結果，因此我國科學家在不斷更新和探究更加有效的智能化設計，以便計算機網絡滲透各個領域，全面實現各領域的智能化管理。

參考文獻：

[1] 潘永蓮.智能建筑電氣設備集成優化技術在浙商財富中心的應用[J].浙江建筑，2015，（2）：54-56，64.

[2] 黎 曉.對智能建筑電氣設備的設計與安裝要點分析[J].大科技，2015，（1）：261-262.

[3] 王 嘉.結合工程實例論述智能建筑電氣設備的設計及安裝[J].建材與裝飾，2012，（11）：20-21.

[4] 賈國柱.智能建筑中電氣設備的安裝技術研究[J].城市建設理論研究（電子版），2014，（31）：1648.