電氣自動化工程控制系統的現狀及其發展趨勢

申楠，韓志興，祁忠明，劉海芳

（1.北京富潤成照明系統工程有限公司，北京 100020；2.民航機場建設集團華北有限公司，北京 101300）

1 引言

電氣自動化工程控制系統能夠優化調整電氣設備的運行參數和應用狀態，對系統架構、控制方式、聯網質量、信息處理等方面要求比較高。 經過一段時間的發展，電氣自動化控制水平越來越高，但仍然存在許多問題需要解決，應該立足于現有狀況展開積極探索，利用信息化、智能化技術，加快自動化控制系統升級，更好地發揮集成、智能、節能、安全控制功能，根據實時監測數據，提高電氣系統運行管理質量。

2 電氣自動化工程控制系統現狀分析

2.1 分散控制系統

電氣自動化工程控制系統一般是由多個子系統構成。 分散控制系統是以微處理器為基礎，具有控制功能分散、集中顯示操作、綜合協調處理等特點，體現出分散控制、集中管理的設計理念，采用多層分級、合作自治的結構形式。 分散控制系統是一種金字塔結構，每一級都由若干子系統組成，而每個子系統都能夠實現若干目標，所以，在電氣自動化工程控制系統建設中，分散控制系統應用比較廣泛，根據管理需求，需科學配置上位機和接口機設備資源， 利用分布式計算單元設備和傳感器設備，精準采集分布式控制邏輯信號。 在實際應用過程中，該系統仍然存在許多問題，在標準化、精確度、安全性、穩定性等方面仍有很大提升空間， 系統運行時容易出現質量問題，影響了自動化控制系統的運行效率。 因此，分散控制系統正在朝著開放式方向發展，賦予用戶更大的系統集成自主權，可以更加靈活地選擇設備軟件接入控制系統， 實現最優的系統集成，儀表技術更加智能化，體現出高精度、高可靠性等特點。 有利于實現真正意義的全分散、全數字控制，系統架構逐漸朝與現場總線集成方向發展。 在實現分散控制的同時，應更加注重全系統信息綜合管理，形成高度自動化、具備柔性的管控一體化系統[1]。

2.2 可編程控制系統

可編程控制系統是基于機械控制原理控制數字量的一種方式，主要通過可編程邏輯控制器編輯、存儲、執行各種控制指令，包括邏輯運算、定時計數、順序控制等。 在電氣自動化工程控制系統中應用該技術，能夠顯著提升自動化控制水平，減少操作失誤，結合大數據技術、信息技術，能夠擴大應用范圍、提升整體管理和服務水平。 通過可編程控制系統，可以優化控制順序，提高系統整體精密度，開展更加精準的多元化管控，而且有利于完善開關量控制。 傳統的開關量管控存在復雜性、安全性、穩定性等方面問題，利用可編程控制系統，結合繼電器通信技術，可以降低外界因素的干擾，實施更好的自動化控制工作。 另外，可編程控制系統能夠完善閉環控制環節，優化集中控制環節，充分發揮各功能模塊作用，全面管控各種影響因素。

2.3 自動化監控

自動化監控在電氣自動化工程控制系統中發揮著關鍵作用，能夠實時掌控各種電氣設備的運行狀態，快速識別、精準定位產生故障的儀器設備，及時進行故障處置。 許多中央控制單元和微處理器設備的通信頻次較高， 可能會產生運維風險和安全隱患，利用自動化監控系統，有利于提升不同系統單元和層次上的監控與控制精度， 保證各種電氣系統資源和生產技術資源得到更好的利用。 隨著電氣設備信息化、智能化水平的不斷提升，對自動化監控的要求越來越高。 現場總線是一種工業數據總線， 能夠解決智能化儀器設備間的數字通信和控制管理問題，將現場總線技術運用到電氣自動化監控系統中，可以實現集邏輯編程、數據采集、報警提示、故障診斷、設備管理、信息管理等功能于一體的效果。 運用現場總線技術，結合智能化設備，能夠有效減少中間轉換和接口設備，顯著增加電子系統信息獲取量，具有較好的經濟效益。 從技術層面上看，采用基于現場總線技術的自動化監控系統， 能夠將電氣設備運行監視信息和管理信息集成處理， 提高自動化監控水平和故障判斷分析能力。 隨著現場總線技術標準的逐漸統一，該電氣自動化監控方案運用越來越廣泛， 但對網絡通信環境要求較高，如果出現數據傳輸延遲、數據包丟失等問題，就會破壞系統原有的穩定性，使控制系統的性能大打折扣[2]。

3 電氣自動化工程控制系統發展趨勢

3.1 標準化

雖然電氣自動化工程控制系統得到了廣泛的應用， 但是由于重視程度、認知水平、技術能力、經濟實力等方面的差異不同，廠商生產的自動化控制設備在編程語言、控制方法、通信協議等方面無法做到標準化、統一化，很難掌握所有自控設備系統搭建技術，存在兼容性差的問題，容易引發運行故障和安全事故，造成一定程度的經濟損失。 針對這些問題，必須采取針對性處理措施，完善控制系統的調節能力，降低人力資源成本， 減少控制操作失誤， 保證控制系統的運行效率和可靠性。 電氣自動化工程控制系統的發展離不開網絡體系架構的支持。 為了保證電氣設備的安全穩定運行，必須解決現階段電氣自動化控制技術的應用缺陷， 加大計算機網絡系統管理力度，促進計算機監控體系和企業管理體系深度融合，應用先進的電氣自動化控制技術、傳感器技術，保證電氣設備運行信息和生產管理數據的高效傳遞。 企業應該積極建立標準程序結構，利用自動化系統和計算機技術，加快與其他智能化管理系統的高效銜接，實現不同系統間的數據共享，解決系統程序結構不一致、系統信息傳遞困難等問題。 針對不同廠商電氣自動化設備不能通用的問題，需要開發標準統一的應用系統平臺，具有開放的開發環境和統一的技術標準， 進而實現更好的電氣自動化應用效果。

3.2 智能化

3.2.1 設備設計

電氣設備產品設計對自動化控制系統的運行效果產生直接影響，具有較高的專業性和復雜性，如果采用傳統的人工設計方法，不但會影響設計質量和進度，而且可能會造成嚴重的資源浪費。 利用智能化技術開展電氣設備設計，將設計過程從手工設計轉變為人工智能設計， 滿足大規模電氣設備開發需求，可以通過計算機平臺科學制定電氣設備設計流程和目標，有效解決設計過程中可能存在的沖突問題， 更好地適應電氣自動化控制系統。

3.2.2 電氣控制

在電氣自動化控制過程中， 一般會圍繞效率與成本展開精細化管理。 采用人工智能技術，能夠改善自動化控制系統運行性能，在不同環境條件下也能保持良好的狀態。 傳統的電氣控制過程中需要依靠人工監控， 如果在電氣控制中融入專家控制系統、模糊控制、神經網絡控制等智能控制技術，能夠改善現有控制形式存在的弊端， 可以讓電氣控制系統具備更加智能的操作功能。 專家控制系統是實現過程控制的重要技術，充分利用專業知識和經驗，結合計算機技術和人工智能技術，提供科學推理和判斷， 模擬專家決策過程， 處理各種復雜問題；模糊控制理論則利用了模糊數學的基本思想，對于復雜系統，采用簡化方式難以達到精確控制的目的，可以嘗試運用模糊數學方法來解決； 神經網絡預測控制能夠模仿人腦的工作機理，在處理非線性問題時具備強大的適應性。 利用這些智能控制技術，有利于更為精準地判斷系統運行狀態，制訂科學的運行管理方案[3]。

3.2.3 故障診斷

故障診斷是電氣自動化控制系統的重要功能。 針對故障診斷效率低的問題，可以采用機器學習、人工智能等智能化技術，簡化故障診斷流程，保證故障診斷質量和效率，采取針對性的故障修復措施。 利用專家系統、神經網絡控制、模糊控制理論，不僅能夠高效識別、診斷、分析系統運行故障，及時傳遞共享故障數據和相關信息，而且還可以實現預警功能，進一步降低故障發生概率。 機器學習是一門多領域交叉學科，利用計算機模擬人類學習行為，獲取新的知識和技能，是實現人工智能的有效途徑。 在自動化控制系統故障診斷上， 通過數據收集、數據清理、特征提取、模型訓練等過程，可以自動識別故障類型，給出解決方案，實現智能故障診斷處理的效果。

3.3 節能化

隨著節能環保理念的不斷深入， 各行各業都在加快節能技術應用。 電氣自動化控制系統也正朝著節能化的方向發展，利用各種傳感器，采集不同類型電氣設備能耗數據，并將相關數據反饋給計算機管理平臺，經過運算分析后，控制相關設備進行參數調節， 調整電氣設備運行狀態， 達到節能管理的目的。 通過電氣自動化控制系統，建立設備節能監控體系，以節約能源為目標，針對空調系統、供配電系統、照明系統、供排水系統、通風系統等各種子系統展開實時監控，運用自動控制、傳感器、信息處理、計算機網絡等多種技術，實時監測電氣設備工作參數變化，準確評估設備能耗水平，自動記錄各種能源消耗量，計算相應費用，并對設備信息、日常維護等方面進行管理。 以空調系統為例，該系統產生的能源消耗較多，如果電氣自動化控制系統運行參數設置不合理， 那么就會造成能源浪費問題。 在系統運行過程中，要綜合考慮氣候變化、極端天氣、管理需求等多方面因素，結合運用變風量控制技術、焓值控制技術等多種控制方式，優化自動化控制流程，實現更好的節能效果[4]。

4 結語

綜上所述， 電氣自動化工程控制系統在電氣設備管理方面發揮著重要作用，能夠顯著降低勞動強度和工作危險，節約管理成本，提高管理效率，對于經濟發展、企業經營、居民生活都會產生較大影響，所以，必須全面認識電氣自動化工程控制系統發展水平，根據現有運行質量和管理需求，探索未來發展方向，積極融入更多的信息化、智能化技術，提高電氣自動化控制水平，實現更好的工程管理效果。