電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬 櫟

（江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，江西 南昌 330095）

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)是指在沒有人工參與的情況下控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使控制對(duì)象能夠按照一定的規(guī)范完成相應(yīng)的控制指標(biāo)，其誕生大大解放了勞動(dòng)力，使人們從諸多繁重且具有危險(xiǎn)性的工作中解放出來，工作效率大大提升。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的出現(xiàn)是人類生產(chǎn)力的一大變革，極大地解放了勞動(dòng)者的雙手，提高了工作的有效性[1]。

1 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能

根據(jù)單元機(jī)組的運(yùn)行和電氣控制的特點(diǎn)，應(yīng)將發(fā)電機(jī)-變壓器組和廠用電源等電氣系統(tǒng)的控制都納入ECS監(jiān)控，其基本功能包括：發(fā)變組出口220 kV/500 kV斷路器、隔離開關(guān)的控制及操作；發(fā)變組保護(hù)、廠高變保護(hù)、勵(lì)磁變壓器保護(hù)控制；發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)包括啟勵(lì)滅磁、控制方式切換、增磁減磁操作、PSS的投退；220 kV/500 kV開關(guān)自動(dòng)同期并網(wǎng)及手動(dòng)同期并網(wǎng)；6 kV高壓廠用電源監(jiān)視、操作、廠用電壓快切裝置的狀態(tài)監(jiān)視、投退、手動(dòng)啟動(dòng)等；380 V低壓廠用電源監(jiān)視、操作、低壓備自投裝置控制；高壓?jiǎn)?備變壓器控制和操作；柴油發(fā)電機(jī)組和保安電源控制和操作；直流系統(tǒng)和LPS系統(tǒng)的監(jiān)視。

對(duì)于發(fā)變組保護(hù)等主保護(hù)和安全自動(dòng)裝置，因其設(shè)備已經(jīng)很成熟，而且要求全部在DCS中實(shí)現(xiàn)其功能，尚有一定難度，可能增加費(fèi)用，故可以保留。但是它們與DCS間要求接口，控制采用硬接線，利用通信方式傳輸自動(dòng)裝置信息，并可以通過DCS進(jìn)行事故追憶[2]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 集中監(jiān)控方式

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以采用集中監(jiān)控的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、操作容易，而且對(duì)控制站的要求不高，因此，設(shè)計(jì)比較容易。與此同時(shí)，集中監(jiān)控設(shè)計(jì)是將系統(tǒng)的各個(gè)功能集中到一個(gè)處理器中，大大加重了處理器的負(fù)荷，而且由于各個(gè)不同的功能集中在一起，因此，要求對(duì)所有的電氣設(shè)備都進(jìn)行監(jiān)控，不同的電氣設(shè)備有不同的電纜線，如果全部連接到主機(jī)上，就增加了主機(jī)的負(fù)擔(dān)，而且電纜線較長，單單是電纜線的引入就需要高昂的成本。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在集中監(jiān)控方式下，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用的是硬接線，容易造成電纜線的接觸不良，影響電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的操作。雖有一定的優(yōu)點(diǎn)，但是設(shè)計(jì)成本較高，而且容易接觸不良，電纜線過多，不利于查線的開展。

2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控方式

遠(yuǎn)程監(jiān)控是指通過遠(yuǎn)程信息調(diào)控對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的一種方式。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以和遠(yuǎn)程監(jiān)控相結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中，可以引入信道編譯技術(shù)。在實(shí)際的遠(yuǎn)程監(jiān)控中，由于信號(hào)容易受到外界的干擾，會(huì)使得遠(yuǎn)程監(jiān)控到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，因此，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在引入遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí)，可以添加進(jìn)信道編譯技術(shù)，能夠?qū)⒔拥降男盘?hào)編排成特殊的編碼，以傳輸、接收外界數(shù)據(jù)，保證了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中引入遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以讓外界的諸多信息被電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)接收，并成為一些遠(yuǎn)程的指令，通過電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)來施加給控制對(duì)象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制過程[3]。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以采用現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，是現(xiàn)階段市場(chǎng)中最常用的一種設(shè)計(jì)方式，靈活性強(qiáng)，穩(wěn)定性高，更重要的是節(jié)省了電纜的使用量，且系統(tǒng)本身就具有監(jiān)控功能，所以，僅需要直接安裝相關(guān)的智能設(shè)備，就能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)備的連接，僅通過各種智能設(shè)備就能夠?qū)崿F(xiàn)自身的遠(yuǎn)程監(jiān)控，大大提高了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的工作效率，而節(jié)省下來的電纜線，也間接地節(jié)約了大量的成本。

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以采用現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控的方式，將智能設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了自身信息的傳輸，能夠直接對(duì)控制對(duì)象施加指令，并且監(jiān)控控制對(duì)象的工作行為，為其工作提供一定的規(guī)范。

3 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可以被應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，包括汽車自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)以及制冷與空調(diào)系統(tǒng)等，下文將進(jìn)行具體的研究分析。

3.1 汽車自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以被應(yīng)用在汽車自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)中。在平常的汽車駕駛中，當(dāng)需要調(diào)整方向或者轉(zhuǎn)變彎道時(shí)，通常會(huì)通過方向盤進(jìn)行矯正，人工轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，帶動(dòng)汽車回到正確的軌道。在自動(dòng)駕駛汽車中，在遇到道路問題時(shí)，可以自動(dòng)調(diào)控方向盤，達(dá)到對(duì)車輛的行駛進(jìn)行矯正的目的。

從根本上說，自動(dòng)駕駛的過程就是電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在起作用，代替了原來屬于人的工作。通過自身的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)道路情況進(jìn)行監(jiān)控，在遇到監(jiān)控問題時(shí)，可以快速接收到相關(guān)信息，根據(jù)原來系統(tǒng)設(shè)置給出相應(yīng)的解決方案，并且被反饋到汽車的行駛中，使得車輛的行駛回歸正常。汽車自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)中的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)保證了汽車能夠在無人駕駛的情況下自主在道路上行駛，未來可以被應(yīng)用到快遞運(yùn)輸中，能夠最大限度地解放人力，解決人在長時(shí)間運(yùn)輸貨物的過程中因?yàn)榫窭ьD等而產(chǎn)生的安全問題。

3.2 發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以被應(yīng)用到發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中。在發(fā)電廠以及諸多工廠中，資源浪費(fèi)是一個(gè)大問題，工廠每天進(jìn)行的生產(chǎn)活動(dòng)基本上都需要電量，電量少了產(chǎn)量不夠，量多了就會(huì)造成能源浪費(fèi)。為了避免能源的浪費(fèi)，工廠或者電廠往往會(huì)采用電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)監(jiān)控生產(chǎn)過程，自動(dòng)計(jì)算所需要的電量，再將相應(yīng)的電量施加給控制對(duì)象，從而讓其進(jìn)行正常的生產(chǎn)過程，在一定程度上避免了電量的浪費(fèi)，使得電廠或者工廠的工作效率有所提高。

3.3 制冷與空調(diào)系統(tǒng)

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以被應(yīng)用到制冷與空調(diào)系統(tǒng)中。在傳統(tǒng)的制冷與空調(diào)系統(tǒng)中，外界環(huán)境中的溫度濕度等因素?zé)o法控制，因此，必須要求制冷與空調(diào)系統(tǒng)可以獨(dú)立適應(yīng)周圍的環(huán)境。制冷與空調(diào)系統(tǒng)要想正常運(yùn)行，必然要引入相關(guān)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，對(duì)周圍環(huán)境的溫度濕度進(jìn)行監(jiān)控，再將周圍環(huán)境中不同的溫度濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并導(dǎo)出數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)控。例如，在周圍環(huán)境溫濕度較低的情況下，制冷與空調(diào)系統(tǒng)可以通過電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)監(jiān)控環(huán)境屬性，再反饋給相關(guān)的制冷空調(diào)設(shè)備，從而調(diào)高溫濕度。同理，在周圍溫度濕度都較高的情況下，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以調(diào)控制冷和空調(diào)設(shè)備降低溫度濕度，從而讓周圍環(huán)境達(dá)到一種適宜的溫度濕度。