計算機技術應用下的電氣自動化控制系統設計分析

雷 濤

隨著科學技術的發展，手工生產已經不能滿足現代的需求，電氣自動化設備的使用大大提高了生產效率，確保了產品質量的一致性，并縮短了單位時間內所需要的生產時間，使公司的勞動生產力大大提高，也正因此，使得電氣自動化的應用越來越廣泛。另外，計算機技術的應用是電氣自動化控制系統正常運行的前提，在生產過程中，可以使用監控來保障電氣自動化的正常工作，在發生錯誤時，可以及時發現并有效處理，不僅可以大大改善提高生產效率，其安全可靠的特性更是工業生產中一項重要的創新技術。

1 電氣工程及電氣自動化的計算機控制系統的概述

電氣工程自動化持續發展，使自動化技術能夠很好的彌補人工作業的缺點，將電氣自動化技術與計算機控制系統結合是我國目前電氣工程發展中的重點，利用計算機能夠對系統進行精準調節。與此同時，能夠提高整體電氣工程運行的穩定性，使電氣工程的操作變得更加簡單高效。此外，還可以與其他智能系統結合，實現配電系統、變電系統、電力照明系統綜合控制，初步實現現代的智能電力協同發展，計算機控制系統可以自主保存數據，進行數據的對點檢驗，操作方便，在一定程度上能夠減少電氣工程對人力物力的投入，有效壓縮企業成本。

2 監控方式的分析

2.1 集中監控

當使用電氣自動化控制系統時，該系統的設計主要用于實現其功能的發揮，使系統具有高穩定性，同時系統的日常使用和維護也非常方便。但是，由于電氣自動化集中管理系統的優化應用管理和集中處理功能會加重本機負荷，影響了本機的運轉降低生產效率。與此同時，必須進行監視導致信息的增加也對電氣自動化提出了更高的要求，為了保證監視系統的性能，越來越多的功能模塊集成在同一處理器中，除此之外同樣不可避免的是，系統中的冗余將減少，導致處理信息的能力嚴重滯后。

2.2 遠程監控

遠程監視方法意味著在外部狀態下借助通訊工具，實現相關設備的運行狀態監控。需要借助互聯網，將所需要的計算機連接到一起，從而實現整體操作，打破了以往分散式的監控模式，節約了人力成本，遠程監控將各個項目詳細的呈現在主計算機上。這種監控方法的應用優勢主要體現在低成本和監測數據結果準確性。遠程監控系統，通過后臺數據分析設備的運行狀況，在設備出現故障之前告知客戶，在最大程度上減少設備的故障時間，提高生產車間的運行效率。

2.3 現場監控

與國外相比的電氣自動化控制相比，我國取得了長足的進步，自動化程度也隨之提高。在新時代的背景下，應繼續保持過去的杰出成就，在滿足工業化進程的需要下，充分發揮精神，克服困難，增加技術研究。上述方法有效地結合了日常工作與某些設計對象的實際情況，因地制宜的將操作方法進一步及時調整并進行改善處理，保證系統的關聯性，后根據設計要求的原則，使自動電氣化功能更加獨立。

2.4 庫房管控系統

天車自動控制系統所有操作均在中控室，拆除原室內的操作臺。

中控室設置一個PLC柜，三個操作臺，三個顯示器，其中兩個操作臺和顯示器為天車控制系統，一個操作臺和顯示器為視頻監控系統。PLC柜內布置主控PLC、系統服務器、無線AP、軌道秤儀表等。

天車控制系統設置兩臺工控機和顯示器，互為熱備。上位系統實現天車軌跡，料區分布，天車及平車設備在線監測，天車工根據上位畫面進行實時監測及操作。

兩套天車手動操作搖桿安裝在兩臺操作臺上。

視頻監控系統操作桿安裝在視頻系統操作臺上。

主控PLC及上位機軟件系統主要包含天車自動控制軟件模塊、稱重系統模塊、天車定位模塊、上位界面模塊、料堆識別模塊、廢鋼車定位模塊、系統二級換算模塊。

主控系統與轉爐二級系統聯網，轉爐系統的下發料單，并根據料單數據自動控制天車自動裝料。

通過監控畫面實時監控車間內各設備以及物料的參數情況，如天車的位置，天車的實時吊運重量、過跨車的實時累計重量、廢鋼區域中的廢鋼剩余量等，以及各種數據報警等。

3 自動化控制系統的設計分析

3.1 電器負荷分析

自動化控制系統主要是為了電源的安全，監視和處理電氣運行期間的基本負載。在這個階段，隨著經濟的不斷發展，傳統的控制方法對電力負荷的控制和監測進行操作已經遠遠不能滿足人們不斷增長的用電需求，這將導致電源不足，無法確保人們的正常生活。為此，我們必須逐步放棄傳統控制電力負載的方法并不斷朝著電氣自動化控制的方向發展，這將在未來的電力控制系統中發展成為主流。此外，在科學技術推進的驅動下，許多電氣部門使用自己的電氣控制系統，通過增加電氣自動化系統負荷能力，實現了負載處理、監視和電氣自動化控制的關聯，促進了電力系統的發展，使其在當下，不同信息資源之間的共享成為可能。

3.2 通訊系統分析

通信系統是電氣自動化控制系統中特別重要的部分，它與信息直接相關，在此階段，主要有兩種通信方法，即有線通信模式和無限制的通信模式，在選擇通信模式時必須考慮到用戶的實際情況。通過電話線和專用線的通訊方法是有線通信方法，主要優點是成本低廉，方便快捷，但也有某些缺點，例如可靠性和通信安全性相對較低，最大的缺點是及時性低，為此，有線通訊方法需要配電終端。對于無線通信，主要通過普通的無線電通訊和高速智能傳輸來實現。一般而言，常規無線電通訊主要用于電氣負載的控制和監視，成本較低，可靠性與有線通訊相同都相對較差，用于可靠性要求較低的配電終端。高速智能通訊傳輸方式具有比較優勢，這主要體現在高傳輸速度，高精度等方面，并且具有根據需要進行自行選擇的能力，實現電網運行狀態自動報告功能，具有較高的安全性和可靠性，但成本相對較高，與其他通信方式相比，通常用于可靠性要求較高的配電終端。根據現場的需求，數據通訊主要為有線數據通信和無線數據通信兩個部分，其中有線數據通信主要負責和廠方現有系統進行數據交換，無線數據通訊主要負責系統中天車的無線覆蓋。

3.3 優化設計

該設計與電氣自動化控制系統連接緊密，電氣設備用于電氣工程時也需要專業的設計，這主要是因為電氣工程的運行質量取決于優化設計的質量。將用于電氣自動化的計算機控制系統整合到優化設計中可以有效減少電氣設備故障，實現電工產品在科學、規范和高質量的方向上改進，倒逼設計質量的提升并促進電工產品的發展。“生存法則”和“遺傳算法”是優化設計的首選辦法，有效提高傳輸系統的功能。在庫房中多點安裝無線AP設備，所有無線AP設備組成一個局域網，使用相同的SSID名稱，相鄰AP之間使用不同的網絡信道，避免相鄰AP之間的相互干擾，車載客戶端設置快速漫游功能，當客戶端檢測到更強的網絡信號時自動切換連接到信號更強的無線AP，使信號保持暢通。

3.4 集中控制系統

在自動化設備運行過程中，會產生大量信息，從而導致系統信息的收集速度降低且信息處理的效率變慢，直接影響系統運行速度。因此，實現電氣自動化迫在眉睫，自動化控制系統的集中監控主要是將電氣自動化控制系統的信息和數據集中到同一個處理系統中，當電氣自動化系統控制操作條件時，必須在中央處理單元中執行過多的工作這就需要更多的電纜來滿足日常運行的要求，直接導致信號傳輸距離增大，進而影響傳輸速度。因此，有必要設計一種用于電氣自動化的集中控制系統，強調對相關性能的集中監視，只有將上述問題解決，才能有效確保集中監控設計趨于完美。

4 電氣工程及電氣自動化的計算機控制系統中存在的問題

4.1 電氣系統集成化不高

電氣系統自動化是時代的必然要求，但由于不同企業的電氣自動化水平不同，在交流過程中信息存在不兼容問題，不能實現真正的資源信息共享，導致電器集成化較低。計算機控制系統不夠全面，電氣自動化系統無法科學地整合在一起，一旦軟件升級或交換數據時，相融時兼容程度不夠，整體工作效率低下。

4.2 電氣整體工程質量不達標

電氣工程的優劣與設計人員有密切關系，但由于電氣系統在實際運行過程中意外因素較多，而相應的管理人員不熟悉計算機的基礎操作管理意識，不能有效應用計算機的控制監控系統，對電氣數據掌握程度不夠，一旦發生問題不能預判可能出現的危險，導致電氣工程往往達不到預期質量。此外，電氣電力施工過程中材料人員的調動不合理，在施工過程中沒有遵守操作守則。相關人員的道德素質不高，引發重大的安全事故。

5 基于計算機電氣自動化應用

5.1 數據采集

數據處理系統主要由輸入、處理和輸出三部分組成，自動化系統在電廠中的應用主要是收集一些數據信息參數、異常警報和事故序列等級等，以及通過使用計算機數據實施任何系統的運行都可以實現對某些系統的有效控制，這對于監視整個網絡的運行狀況是有利的。

5.2 汽機電液調節

以往的汽機控制都是使用液壓系統，隨著科學技術的不斷發展，電氣設備的程序和電氣組件的功能逐漸豐富，并在此階段逐漸產生了使用最廣泛的應用程序：電動液壓控制系統，其控制系統主要從盤車開始，對發電機以及相關部件進行全面控制，保障可以正常發電，從而確保負載可以有效提升提高設備運行的安全性和可靠性。

5.3 FCS控制系統

在電氣自動化控制系統中，FCS系統通常是一對多的形式，即雙向傳輸信號模式。由于此傳輸模式使用高精度數字進行傳輸數據，因此具有很高的可靠性，并且可以使電氣設備始終處于受監控的狀態。但仍存在缺少系統的協議，通信傳輸效率低，相互連接設備少等缺點，在設計FCS控制系統時，可以在設置的過程中將儀器和其他系統進行有效融合，使其彼此協作為FCS控制系統補齊短板。

5.4 汽車領域

將自動化運用于汽車領域，可模擬實際工作，進行零部件的系統測試，車輛質量控制，根據創新和發展的自動化控制技術，逐步信息共享管理模式已逐步創建。集成通道的選擇是在實際設計環境和工業環境中進行的，企業必須在實踐中逐步改善電子技術的操作偏差等問題，以促進電氣自動化控制系統的設計創新。特別是，PLC系統在汽車生產中的使用提高了其安全率和使用壽命。 PLC作為整個生產鏈中的關鍵部件，直接與用戶的整體體驗和安全使用相連。通過有效利用電氣自動化控制系統，促進了PLC技術的創新發展，確保汽車設備的安全。另外在汽車行業中使用智能應用方法進行性能控制，充分發揮PLC在汽車中的重要作用，以便對汽車有整體性的把握，并使用自動集成控制系統可排除故障并有效提高車輛檢測效率。

5.5 分散測控

分布式計量控制系統是一種用于我國電廠持續發展的系統，發電廠的人員通常將此技術用于電氣工程相應的工作中。用于電氣自動化的數據控制系統具有分層結構，之所以進行這項工作主要是因為使用這些措施可以幫助工人收集發電廠每個區域供熱狀況的相關數據，不僅會幫助工作人員對有問題的設備有了更多的了解，并且還可以減少發電廠中終端問題的產生，這對于促進整個系統的平穩運行也非常有幫助。此外，電氣工程和電氣自動化數據管理系統有望在相應的設備中使用，可以控制整個電廠的發電，對發電廠全面的了解，進而做出調整，幫助電廠獲取更多的優勢。

5.6 遠程監控

在此階段，遠程監控方法已廣泛應用于各行各業，而遠程功能之所以用于電氣工程和自動化領域，是因為自動控制系統主要通過計算機系統的外部監控模塊

監視和管理自動控制系統相應子系統的所有內部組件，以及監視范圍實時收集內部監控對象的特定工作狀態和技術參數的信息，并將信息及時反饋給計算機內。在數據中心，人員可以通過分析收集的監控信息及時了解設備的運行狀況，為項目的穩定運行創造了良好的環境。

5.7 發電配置

發電系統的配置內容主要是分散控制，該控制系統通常包含在電廠的控制系統中，通過仔細的探索，可以得知其不僅僅是位置輸入還包括低壓電氣系統，發電機組和生產線，當然，整個的工作運行都是被實時監控的。另外，從運營商的角度來看，有必要及時收集和處理數據和信息并控制部分內容。

6 安全管理系統

為了保證無人車間的運行安全，需要嚴格控制人員的進入，除了進入汽車的門禁系統以外，在車間內增加物理柵欄以及光電檢測、聲光報警系統、視頻監控系統，只在指定地點預留人員進入的入口，當檢測到人員非法進入時，通過聲光報警的方式告知非法進入人員已經處于危險環境，同時停止天車的吊運操作，使天車處于暫停狀態，并且在上位機上給出報警顯示，通知管理人員，有人員非法進入車間，讓管理人員進行下一步處理。安全管理系統主要包括人員安全系統、越界檢測系統、車輛防撞系統。

6.1 人員安全系統

人員安全系統包括：安全柵欄、電子圍欄系統和越界檢測系統。任何一個分系統發現潛在安全問題時，或者出現安全問題時，系統通過網絡把報警信息傳送到中控室，中控室進行管理和處理安全問題。

6.2 越界檢測系統

基于視頻分析的越界檢測系統在智能監控中起到積極作用，其應用場景主要是在對目標行為超出限制的區域，例如，在天車走行路徑附近等安全區域禁止可疑目標進入，發現有私自進入監控區域的移動目標則觸發報警。

通過對所要限制進入區域設置警戒線，系統對該警戒區域進行逐幀的檢測，當有移動目標的軌跡越過了警戒線則觸發報警。

7 結語

電氣自動化控制系統是計算機技術飛速發展時代的產物，必要的管理和實時監控可以更好地保障電氣自動化的運行，而計算機技術就是電氣自動化控制系統的前提，是提高網絡運營效率和服務質量的基礎。同時，電力行業應促進電氣自動化的市場營銷，有助于實現我國的電氣自動化控制。當下，科學技術還在不斷地推進，電氣自動化控制也應緊跟時代的浪潮，利用好計算機的輔助功能加強自身的創新發展，不斷拓展應用范圍。