關于當前電氣自動化設備的應用研究

摘 要：電氣自動化集成了電子與計算機應用、信息處理、電力電子技術、電力系統運行、自動化控制等諸多領域的專業知識，因此，電氣自動化設備是當前一種典型的科技水平和技術復雜程度均較高的專業設備。尤其是最近幾年，微電子技術和人工智能技術的迅猛發展，直接促成了電氣自動化設備的自動化和智能化的交匯。在本文中，筆者就目前電氣自動化設備的應用情況進行了分析探討。

關鍵詞：電氣自動化設備；具體應用；分析和探討

一、電氣自動化設備在工業領域當中的應用

（一）應用概述

在工業領域當中，電氣自動化設備的現場控制通常分為兩種方式，即就地控制和總線控制。采用就地控制方式時，工作人員主要通過位于現場附近就地操作箱上面的啟/停按鈕來實現現場設備的啟停操作，其工作原理是，就地操作箱發出啟停信號，控制器（例如馬達保護器、軟啟動器以及變頻控制器等）在接受到啟停信號時執行相應的啟停動作。采用遠程控制方式時，上位機（通常是PC機）會通過DP總線將PLC指令發送給現場的控制器，控制會根據具體的指令執行相關動作。不管是就地控制方式還是遠程控制方式，現場設備的控制器當中存儲的故障信息、運行信息等數據均可以利用DP縱向讓PLC獲得，監測設備的運行狀態。就地控制方式和總線控制方式的相互切換必須要實現無擾切換。所謂的“無擾切換”主要是指在兩種控制模式的切換過程中必須要保持現場設備能夠有效地維持原有的工作狀態，具體而言，就是馬達保護器、軟啟動器以及變頻控制器等控制器不會因為控制方式的切換而出現啟動、停止、工作頻率波動等問題。在總線控制技術融入其中之后，由于在進行設備參數設置、外部電路設計等方面充分考慮了切換電路的影響，因而讓就地控制方式和總線控制方式的相互切換獲得更高的可靠性。

電氣自動化設備的初始設置通常均是利用設備自身的鍵盤完成，或者是通過DP總線利用PLC來各種參數的設置與調整，并且PLC還可以實現對控制器的全時監控。設置的內容除了總線地址、功率因數、額定電流、額定電壓、工作頻率等基本信息之外，還可以需要對一下內容進行設置和調整：（1）馬達保護器方面，需要進行控制設置、保護設置以及操作模式等等；（2）軟啟動控制器方面，需要進行輸入輸出功能設置、保護類型設置、限流倍數設置、升降壓時間設置、啟/停模式（力矩、電壓等）設置等等；（3）變頻控制器方面，需要進行頻率源設置、控制信號源設置、加減速時間設置以及啟停模式（斜坡、慣性等）設置等。為了實現對電機的統一化管理，PLC能夠統一設置電機的控制變量，例如故障代碼、工作功率、工作電流、頻率反饋、頻率設定、狀態字、控制字以及電機的控制模式等等。

上位機與PLC的通訊采用DAServer作為接口，上位機則是以事件形式讀取接口中的數據。這些數據信息的讀寫，需要上位機進行解碼及編碼，以對應到特定位，實現PLC中控制字及狀態字在上位機顯示器的顯示。對于自成系統的設備，由于自身存在很完備的監控系統，通過通訊讀取需要特別關注的參數以顯示在顯示器中。

上位機顯示器能夠顯示設備運行的各種實時參數，如果想要在上位機顯示器上顯示各種關鍵性能指標或者是各種生產歷史數據，則需要在服務器當中獲取相關數據。總線傳輸給PLC設備的各種生產性數據都需要存儲到服務器當中，方便上位機進行相關的處理和分析。上位機則利用ActiveFactory分析報表工具讀取服務器的歷史數據，以跟蹤生產信息，并對信息進行分析、計算、處理，得到生產設備的歷史曲線、臺肘、整機效率、耗電量、用水量等。工廠過程數據可視化后，管理人員能夠在詳細的數據趨勢及信息基礎上，采取行動優化生產過程。生成數據報表及設備管理報表，提高生產績效。

（二）工程實例

杭州七格污水處理廠三期工程的自動化控制系統采用基于現代先進控制思想的集中計算機監控管理、分布式PLC智能控制的綜合自動化解決方案。

根據本廠工藝流程和總平面布置，結合MCC的位置和供配電范圍，按照控制對象的區域、設備量，以就近采集和單元控制為劃分區域的原則，共設三座由可編程序控制器及自動化儀表組成檢測控制系統——現場PLC分控制站（LCS）和一座由監控計算機、服務器、DLP背投系統等組成的中央控制室。現場PLC分控制站具有獨立的區域控制能力，能接受中央控制的調控，但不依賴中央控制的存在，對污水處理廠各工藝過程進行分散控制；再由中央控制室（CCR）實現對全廠的集中監控管理。

整個自控系統分為三級管理，包括中控室的集中監控管理、現場PLC分控制站及就地設備控制箱控制級。現場各種數據通過現場PLC分控制站采集，并通過主干網絡傳送到中控室計算機操作站集中監控和管理。同樣，中控室監控主機的控制命令也可通過主干監控網絡傳送到現場PLC分控制站的測控終端，實施各單元的分散控制。控制級別由高到低依次為：設備就地控制箱控制→PLC手/自動控制→中央控制室遙控。現場PLC分控制站與中央控制室通過1000M高速通信網絡連接，高速通信網絡采用環網結構，從而確保監控系統的安全性和可靠性。

二、電氣自動化設備在智能化樓宇中的應用

智能化樓宇代表了當前建筑發展的趨勢，它的主要功能主要包括辦公自動化、建筑設備自動化以及建筑內通訊自動化等。電氣自動化設備在智能化樓宇當中發揮著非常重要的作用，它是實現建筑自動化運行和智能化控制的核心設備之一。利用電氣自動化設備，智能化樓宇可以建筑內水、電、空氣等基本生存環境的自動化維持以及各種電氣設備的自動化控制，在確保設備安全運行的基礎上，大幅度地節省了管理和控制過程中人力和財力的消耗。

由于接地系統設計直接關系到了建筑供電系統的安全性與可靠性，是智能化樓宇供配電合計的重點環節。TN-S系統采用三相四線加PE線的方式，建筑物的內部在沒有配備獨立的變配電所的時候通常會采用TN-S系統。該系統的優點在于，保護接地線PE和中性線N只是在變壓器中性點共同接地的時候存在電氣連接，除此之外，保護接地線PE和中性線N不存在其他的電氣連接。因為保護接地線PE不帶電而中性線N帶電，所以TN-S系統具有十分可靠而且安全的基準電位。TN-S系統作為智能化樓宇的接地系統能夠確保建筑安全接地，并且使其具備防雷保護接地。智能化樓宇當中布置著數量龐大的布線系統和電子設備，例如，閉路電視系統、辦公自動化系統、保安監控系統、消防聯動控制系統、通信自動化系統、樓宇自動化系統等諸多系統以及與之相適應的布線系統等。這些布線系統和電子設備具有很高的抗干擾要求，并且耐壓等級不高，出現雷擊時容易導致布線系統和電子設備的損毀。因此，智能化樓宇要以下防雷接地系統為基礎來設計所有的功能接地，同時積極構建起體系完整、功能完整、防護嚴密的防雷體系。

新設備、新技術的開發與使用，為我國的電氣自動化行業注入了新的生機和活力。展望未來，在科學技術迅速發展的形勢下，我們只有持之以恒地堅持科技創新，才能使我國的電氣自動化行業在競爭中占據有利的位置。

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