基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

張娟榮

（咸陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院陜西咸陽(yáng)712000）

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要是根據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子通訊技術(shù)相互結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制和管理。將其使用到變電站、建筑工程中，能夠?qū)崿F(xiàn)工程運(yùn)行全過(guò)程的全面分析、管理及檢測(cè)[1]。并且，其還能夠使建筑工程及變電站在運(yùn)行過(guò)程中能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，以此有效降低機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的故障發(fā)生幾率，有效節(jié)約維護(hù)成本[2]。而且，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到工業(yè)中，能夠基于保護(hù)和電氣控制監(jiān)控，對(duì)電氣控制的故障問(wèn)題進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，并且還能夠以不同需求為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)科學(xué)的配電，以此對(duì)配電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的安全性進(jìn)行保證，還能夠?qū)﹄娔苓M(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)算，控制耗電量，以此使能源的使用有效降低，有效提高人們?nèi)粘５纳钌a(chǎn)水平[3]。基于此，本文就實(shí)現(xiàn)了基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式

目前，我國(guó)在實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要使用集中監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控。

其一，集中控制。在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中收集集中監(jiān)控設(shè)計(jì)的方式，其能夠在后期工作過(guò)程中利于檢查及維修。圖1為電氣自動(dòng)化集中控制的電路結(jié)構(gòu)。

圖1 電氣自動(dòng)化集中控制的電路結(jié)構(gòu)

一般，此種控制方式對(duì)于設(shè)備的要求比較低，并且自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也非常的簡(jiǎn)單，但是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中其要滿足系統(tǒng)的具體需求[4]。

其二，遠(yuǎn)程控制。在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，其要求雙方都能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異地?fù)芴?hào)及互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，其能夠利用被監(jiān)控的計(jì)算機(jī)相互連接進(jìn)行。遠(yuǎn)程監(jiān)控能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)頁(yè)面將被控制計(jì)算機(jī)界面進(jìn)行充分的展現(xiàn)。此種方式具有多種優(yōu)勢(shì)，其具有一定的安全性、成本較低等，從而能夠促進(jìn)使系統(tǒng)得到保障[5]。圖2為電氣自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制的設(shè)備結(jié)構(gòu)。

圖2 電氣自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制的設(shè)備結(jié)構(gòu)

其三，現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控。在現(xiàn)代技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中，以現(xiàn)場(chǎng)總線及以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛使用，以此有效促進(jìn)了其在變電站中的使用。另外，電氣智能化設(shè)備也廣泛使用到變電站中，變電站電氣系統(tǒng)中尤為重要的就是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的控制。現(xiàn)場(chǎng)總線控制的具有較高的針對(duì)性，并且節(jié)約設(shè)備，還能夠有效提高電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的可靠性及安全性[6]。圖3為電氣自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制的現(xiàn)場(chǎng)總線控制結(jié)構(gòu)。

圖3 電氣自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制的現(xiàn)場(chǎng)總線控制結(jié)構(gòu)

2 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

以建筑設(shè)備為例，現(xiàn)代電氣自動(dòng)化系統(tǒng)主要使用集散控制結(jié)構(gòu)，詳見(jiàn)圖4。

圖4 現(xiàn)代自動(dòng)化設(shè)備的集散控制結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要包括主控制器、中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)控制器及通信網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)控制器的主要目的就是實(shí)現(xiàn)各個(gè)建筑設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)的主要目的就是利用網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行信息的交換。

系統(tǒng)中的兩級(jí)網(wǎng)主要包括二級(jí)網(wǎng)絡(luò)及一級(jí)網(wǎng)絡(luò)，一級(jí)網(wǎng)絡(luò)屬于一般局域網(wǎng)，二級(jí)網(wǎng)絡(luò)使用標(biāo)準(zhǔn)總線，其屬于工業(yè)控制總線。

系統(tǒng)四級(jí)控制裝置中的第一級(jí)控制裝置屬于中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)，其能夠和系統(tǒng)中的設(shè)備在一級(jí)網(wǎng)中連接，創(chuàng)建計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[7]。

在一級(jí)網(wǎng)和二級(jí)網(wǎng)之間有多個(gè)主控制器的連接，其主要目的就是實(shí)現(xiàn)一級(jí)控制裝配和三級(jí)現(xiàn)場(chǎng)控制器動(dòng)作的協(xié)調(diào)，使二級(jí)網(wǎng)和一級(jí)網(wǎng)能夠相互的通信，主控制器實(shí)現(xiàn)控制器數(shù)據(jù)的保存，并且實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的發(fā)送。

二級(jí)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制器的連接，此種現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備主要包括通信卡、CPU卡、模擬量I/O卡等設(shè)備，能夠收集、控制、處理現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，并且利用主控制器和上位管理計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)信息的交互[8]。

四級(jí)控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)執(zhí)行器及傳感器和現(xiàn)場(chǎng)控制器的相互連接。

以上結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中比較靈活，部分系統(tǒng)能夠?qū)⒅醒氡O(jiān)控計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)的控制器在控制總線中相互連接，其中并沒(méi)有主控制器，現(xiàn)場(chǎng)控制器的通信能夠進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)通信，以此有效提高現(xiàn)場(chǎng)控制器獨(dú)立的工作能力[9]。

3 基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，其主要設(shè)計(jì)原則就是簡(jiǎn)單、穩(wěn)定及可靠，并且還要求具有良好的擴(kuò)展性及較強(qiáng)的兼容性。

3.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控模式和系統(tǒng)配置要以實(shí)際系統(tǒng)的類型、總裝機(jī)容量等實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。圖5為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

圖5 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，其主要包括兩種模式，分別為集中式和分布式。集中式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一般都是使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控任務(wù)，所以導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好。分布式結(jié)構(gòu)能夠充分展現(xiàn)沒(méi)有涉及到的系統(tǒng)功能，促進(jìn)控制過(guò)程實(shí)現(xiàn)，有效降低控制中心負(fù)擔(dān)及傳輸信息量。如果其中部分功能故障，其不會(huì)對(duì)其他功能造成影響[10]。

本文使用分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，其主要包括供熱主控制層、下級(jí)設(shè)備控制層、微機(jī)繼電保護(hù)裝置。圖6為分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

圖6 分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

良好通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠保證自動(dòng)化系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的可靠性、穩(wěn)定性及安全性。根據(jù)實(shí)際需求，要求本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通暢，并且具有較強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸能力、安全穩(wěn)定性及集成性，從而保證系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的通信及信息交換工作。牧犬電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)種的計(jì)算機(jī)主要是使用以太網(wǎng)方式進(jìn)行連接，其傳輸速度比較快，并且具有良好的擴(kuò)展性及開(kāi)放性[11]。圖7為通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

圖7 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

其中供熱系統(tǒng)通信功能主要通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接，接地層實(shí)現(xiàn)一體化共控制的安裝，內(nèi)部具有智能模塊，實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)的收集，圖8為供熱系統(tǒng)站的通信結(jié)構(gòu)。

圖8 供熱系統(tǒng)站的通信結(jié)構(gòu)

供熱系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)主要是利用調(diào)制解調(diào)器和應(yīng)急保護(hù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信，使用通信通道使各個(gè)分站中信息的傳輸[12]。圖9為供熱系統(tǒng)及調(diào)度系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)。

3.3 自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)控系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、工具軟件及應(yīng)用軟件，其能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)資源的共同管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集及管理。圖10為自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

作系統(tǒng)要求穩(wěn)定性良好，人機(jī)界面互動(dòng)良好，并且能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)開(kāi)放性、通用性及可移植性，可以使用Windows NT軟件實(shí)現(xiàn)，其具有良好的實(shí)用性及穩(wěn)定性，還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)保密[13]。圖11為自動(dòng)化系統(tǒng)的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

圖9 供熱系統(tǒng)及調(diào)度系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)

圖10 自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

圖11 自動(dòng)化系統(tǒng)的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控，一般都是具有數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、處理軟件及應(yīng)用軟件等。圖12為自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

圖12 自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工具軟件主要包括3D圖形、FIX開(kāi)發(fā)、PLC編程等，從而能夠編輯程序并且編譯，使監(jiān)控系統(tǒng)能夠朝著客戶進(jìn)行開(kāi)放，使用戶能夠?qū)τ?jì)算機(jī)的監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行全面的掌握[14]。圖13為自動(dòng)化系統(tǒng)的工具軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖13 自動(dòng)化系統(tǒng)的工具軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

將本文所研究的系統(tǒng)線路在某工程中實(shí)現(xiàn)，圖14為電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的接線圖。

圖14 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的接線圖

為了便于系統(tǒng)的前期調(diào)試及后期維護(hù)，系統(tǒng)在安裝過(guò)程中要進(jìn)行同時(shí)掛牌，并且在系統(tǒng)設(shè)置過(guò)程中，要和設(shè)備端進(jìn)行相互的連接。通過(guò)系統(tǒng)的使用表示，本文所研究的系統(tǒng)能夠滿足用戶的實(shí)際需求，其在使用過(guò)程中較為安全，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備控制的自動(dòng)化[15-16]。

5 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)代我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的過(guò)程中，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)也被廣泛應(yīng)用到社會(huì)各領(lǐng)域中，包括企業(yè)智能化生產(chǎn)，其不僅能夠有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，還能夠有效節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)設(shè)備的集中生產(chǎn)，擴(kuò)大企業(yè)經(jīng)濟(jì)效率及再生產(chǎn)，從而促進(jìn)企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。