基于智能技術(shù)的電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計與分析

牛 麗

(陜西廣播電視大學，西安 710068)

基于智能技術(shù)的電氣系統(tǒng)逐漸成為各行業(yè)發(fā)展的重點，它對提升電氣工程自動化、智能水平具有關(guān)鍵作用，是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)、識別及自動化優(yōu)化等功能的重要技術(shù)途徑，對提高企業(yè)競爭力、效益和長遠發(fā)展意義重大。應用智能技術(shù)還能拓寬電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，提升自動化功能，建立更穩(wěn)定、全面的自動化系統(tǒng)，提升相關(guān)電氣設(shè)備及系統(tǒng)的自我檢測、故障診斷等功能，從而幫助技術(shù)人員更有效地處理故障、簡化操作，讓電氣控制系統(tǒng)擁有“思考”能力。在電氣自動化控制系統(tǒng)中應用智能技術(shù)，可簡化設(shè)計過程和系統(tǒng)操作流程，提升系統(tǒng)控制器性能，提高系統(tǒng)信息價值，降低運行成本，優(yōu)勢顯著。

1 智能技術(shù)在電氣自動化控制系統(tǒng)中的應用

1.1 設(shè)計方面

智能技術(shù)可應用于優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計。自動化控制是由多個設(shè)備和子系統(tǒng)構(gòu)成的整體，各設(shè)備的構(gòu)造、運行標準、技術(shù)基礎(chǔ)各有不同，各子系統(tǒng)間的功能、運行變準等也不相同，因此整個電氣系統(tǒng)運行過程需要調(diào)節(jié)這些不協(xié)調(diào)的因素。應用智能化設(shè)計可通過中央控制、編寫程序?qū)Ω髯酉到y(tǒng)及設(shè)備進行統(tǒng)一的優(yōu)化管理，設(shè)計中考慮各設(shè)備、程序的運行因素，提高控制的全面性和精度。

電氣系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計中，技術(shù)人員通過計算機對控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)進行全面、詳細的模擬，從而確保基礎(chǔ)架構(gòu)在功能等方面符合基本運行需求，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)要求分析、模擬系統(tǒng)架構(gòu)的運行情況，再到不同的生產(chǎn)環(huán)境中進行實驗，從而確保系統(tǒng)架構(gòu)的可操作性、實用性。

功能設(shè)計方面，利用智能技術(shù)將電氣設(shè)備與中控平臺相連接，可以準確、及時收集系統(tǒng)各設(shè)備的繁雜信息，并利用控制平臺對信息進行整理歸納、分析處理和存儲，從而保證系統(tǒng)擁有科學、全面的數(shù)據(jù)傳輸功能。結(jié)合傳感器等技術(shù)，能夠建設(shè)一整套信息預警、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，及時、準確地監(jiān)測和分析系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)，更智能地發(fā)現(xiàn)、處理故障，如自行斷電。

1.2 故障診斷

設(shè)備故障可直接導致電氣系統(tǒng)運行停止、功能失效，甚至對其他相連設(shè)備、系統(tǒng)產(chǎn)生損壞，會嚴重影響正常生產(chǎn)。應用智能技術(shù)，如模擬邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，可有效提升故障診斷、分析、報警的及時性和準確性，如配電設(shè)施故障診斷中應用專家系統(tǒng)，通過動作、操作等邏輯規(guī)則，將斷路器的狀態(tài)進行標準化處理，納入系統(tǒng)故障診斷模塊知識庫中，通過控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸功能，接收和分析相關(guān)報警設(shè)施反饋的信息，從而綜合判斷配電系統(tǒng)運行狀態(tài)，做出智能化處理。

1.3 完善控制系統(tǒng)

深入應用智能技術(shù)對提高電氣系統(tǒng)中設(shè)備的運行穩(wěn)定性、效率有重要作用，更有助于完善電氣控制系統(tǒng)。智能技術(shù)主要體現(xiàn)在直流傳動、交流傳動等系統(tǒng)形式中，直流傳動系統(tǒng)可快速處理多類信息，結(jié)合系統(tǒng)運行狀況、模式，分析出合理的控制方式。交流傳動系統(tǒng)通過監(jiān)測、診斷交流設(shè)備及其環(huán)境參數(shù)，減少信息定位時間，還可更好地控制負載轉(zhuǎn)矩等設(shè)備運行狀態(tài)的變化。

2 基于智能技術(shù)的電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計方法

集中監(jiān)控。該方法便于檢查運行狀況，但存在系統(tǒng)接線復雜、維護流程復雜等弊端，若對系統(tǒng)防護要求較低，則可采用這種簡單的設(shè)計法。集中監(jiān)控要滿足電氣系統(tǒng)功能集中等需求，需要將系統(tǒng)各類功能集成在中央處理器內(nèi)，從而減少監(jiān)測對象，保證各子系統(tǒng)有較高的信息處理速度。

遠程監(jiān)控。該方法在設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將控制計算機與被監(jiān)測設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)相連，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動化遠程監(jiān)控，可大幅減少電纜數(shù)量，減少系統(tǒng)建設(shè)成本，并使系統(tǒng)設(shè)計更為靈活，但對網(wǎng)絡(luò)通信速度、通信穩(wěn)定性要求較高。

現(xiàn)場總線監(jiān)控。FCS在變電站、體育館等場所的電氣工程中應用普遍，該技術(shù)主要由主控制器、總線、現(xiàn)場IO從站及現(xiàn)場設(shè)備儀表等實現(xiàn)，通過現(xiàn)場總線連接不同設(shè)備，形成控制系統(tǒng)，單一設(shè)備故障不會影響其他設(shè)備運行或?qū)е抡w系統(tǒng)崩潰，從而有效保障電氣系統(tǒng)整體運行的安全性、穩(wěn)定性。

2.2 設(shè)計原則

電氣系統(tǒng)有多個子模塊，有利于集中控制、信號轉(zhuǎn)換，通過光纖、網(wǎng)絡(luò)等方式傳輸信息，利用總控設(shè)備調(diào)整各模塊設(shè)備運行狀況，在設(shè)計中為平衡各模塊功能，保證各單元獨立運行，降低環(huán)境干擾，需要遵循以下原則：

擴展性原則：設(shè)計自動化控制系統(tǒng)時，需充分考慮控制系統(tǒng)的規(guī)模，保證功能擴張符合用戶需求及生產(chǎn)要求。

穩(wěn)定性原則：通過主控室進行分布式接線，在保護柜中進行集中式接線，保證開關(guān)設(shè)計、接線處理更為合理，從而提升線路傳送、接收信息的穩(wěn)定性。

兼容性原則：無論是網(wǎng)絡(luò)控制還是接線控制單元，都需要保證相連設(shè)備硬件、軟件配置、功能等方面的兼容性，并保證通信結(jié)構(gòu)和連接端口符合用戶多元需求。

2.3 控制層功能設(shè)計

數(shù)據(jù)采集、信息傳輸。依托網(wǎng)絡(luò)等數(shù)字化手段進行自動化程度較高的數(shù)據(jù)采集、傳輸、控制。通過終端設(shè)備中的監(jiān)測軟件，實現(xiàn)對各終端設(shè)備運行情況及環(huán)境信息的采集，主要包括設(shè)備運行時間、設(shè)備運行故障信息及設(shè)備所處環(huán)境溫度、濕度等信息，信息收集為系統(tǒng)的控制功能提供實現(xiàn)基礎(chǔ)。信息傳輸是指通過控制中心傳輸信息指令，終端設(shè)備接收并實施相應操作，主要通過視頻電纜等實現(xiàn)，需要根據(jù)傳輸距離、信息類型挑選合理的傳輸方法、設(shè)備。信息分析即對采集信息的處理分析，最后存入數(shù)據(jù)庫。對難以自主處理的信息，應設(shè)計相應的監(jiān)控提示、操作提醒，由技術(shù)人員手動協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作、處理故障。

控制過程的設(shè)計。電氣系統(tǒng)控制過程是設(shè)計的主要內(nèi)容，促使電氣系統(tǒng)提升自動化控制水平、運行效率。主要使用專家系統(tǒng)、模糊控制等技術(shù)實現(xiàn)控制過程，模糊控制不同于專家系統(tǒng)的標準化設(shè)計，主要以模糊變量及推理技術(shù)為基礎(chǔ)，以基本的運行、操作思路設(shè)計能夠分析和控制被控制對象信息的模糊控制模型，通過模糊控制器實現(xiàn)系統(tǒng)控制。

2.4 監(jiān)控層功能設(shè)計

監(jiān)控層屬于控制層重要的子系統(tǒng)，承擔監(jiān)視、報警等重要功能。監(jiān)視功能即時監(jiān)視設(shè)備運行參數(shù)、狀態(tài)，通過圖像等形式顯示，并存儲于數(shù)據(jù)庫，圖像通過通用色調(diào)顯示設(shè)備標識，用戶可編輯、調(diào)用圖像信息，通過顯示窗口進行移動、縮放等操作。文本輸出支持矢量字庫、動態(tài)棒型圖等圖標編輯功能，報警功能通過音響報警裝置設(shè)置告警等級、報警聲音，若數(shù)據(jù)異常，即發(fā)出警報聲，并在控制設(shè)備中顯示相應報警顏色，提醒管理人員，故障解除后報警信息消失。