探究電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

屠芃

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)與科技水平的不斷進(jìn)步，各行業(yè)的自動(dòng)化、智能化水平越來越高，現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展為數(shù)據(jù)的批量傳輸提供了平臺(tái)，利用高科技及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作情況成為可能。在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域，由計(jì)算機(jī)控制的，更加靈活和易于集成的控制系統(tǒng)得到了廣泛的使用。筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，就電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，希望能對(duì)廣大同行有所幫助。

【關(guān)鍵詞】電氣自動(dòng)化；系統(tǒng)功能；設(shè)計(jì)思想；發(fā)展趨勢(shì)

近年來，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在各行業(yè)中的應(yīng)用越來越多，企業(yè)的人力成本，受到了越來越多的關(guān)注。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要把握各個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)勢(shì)并有效利用，還要力求符合實(shí)際生產(chǎn)需求，充分發(fā)揮創(chuàng)新精神，努力創(chuàng)造屬于我們自己的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，為國(guó)家先進(jìn)控制系統(tǒng)的建設(shè)添磚加瓦。

一、電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的組成及功能

（一）電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成

當(dāng)前常見的控制系統(tǒng)基本回路主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：

電源供電回路，其職能即向工作回路提供工作電源。

保護(hù)回路，其職能為對(duì)電氣設(shè)備、線路進(jìn)行短路、失壓、過載保護(hù)，通常由失壓線圈、熔斷器、穩(wěn)壓組件、整流組件和熱繼電器組成。

信號(hào)回路，其職能在于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為能直接反應(yīng)設(shè)備工作狀態(tài)的形式。

手動(dòng)與自動(dòng)回路，雖然自動(dòng)控制環(huán)節(jié)在控制工程中使用最為廣泛，但在安裝、調(diào)試和處理緊急故障時(shí)通常會(huì)采用手動(dòng)控制環(huán)節(jié)，二者間的轉(zhuǎn)換通常可通過組合開關(guān)和轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。

制動(dòng)停車回路，對(duì)于一個(gè)較為完善的系統(tǒng)來說，啟動(dòng)過程和制動(dòng)過程是缺一不可的。倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)、能耗制動(dòng)、電源反接制動(dòng)、再生發(fā)電制動(dòng)是較為常見的電動(dòng)機(jī)停車制動(dòng)方式。

自鎖和閉鎖回路。啟動(dòng)按鈕松開后，設(shè)備維持運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)節(jié)即自鎖環(huán)節(jié)。在有兩臺(tái)或多臺(tái)以上設(shè)備的組件與裝置中，只有一臺(tái)能通電啟動(dòng)，而另一臺(tái)不能通電啟動(dòng)的保護(hù)環(huán)節(jié)，即自閉環(huán)節(jié)。

（二）電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能

控制回路是能夠?qū)崿F(xiàn)主回路線路的穩(wěn)定和安全的若干電子組件的集合。其功能主要包括以下幾個(gè)方面：

自動(dòng)控制功能，當(dāng)一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，開關(guān)要自動(dòng)切斷電路，保證設(shè)備和整個(gè)回路的安全，因此，具備自動(dòng)控制功能的電氣設(shè)備是電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的必要設(shè)備。

保護(hù)功能，電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)，有可能會(huì)發(fā)生難以預(yù)料的故障，如電壓、電流、功率強(qiáng)出超出設(shè)備和線路所允許的強(qiáng)度與范圍，因此，需要一個(gè)能及時(shí)檢測(cè)這些故障，并自動(dòng)處理的保護(hù)系統(tǒng)。

測(cè)量功能，視聽信號(hào)能有限的表明設(shè)備的工作狀態(tài)，但設(shè)備具體運(yùn)行參數(shù)（如電流、電壓、頻率、功率）仍需要依靠專業(yè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。

監(jiān)視功能，僅憑外表難以判斷一臺(tái)設(shè)備是否是帶電，因此，須借助傳感器設(shè)置各種視聽信號(hào)來監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)變化。

二、電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

（一）集中監(jiān)控方式

集中監(jiān)控方式的優(yōu)點(diǎn)在于運(yùn)行維護(hù)方便，對(duì)控制站的防護(hù)要求低，設(shè)計(jì)容易。但是，由于集中監(jiān)控方式是將系統(tǒng)的所有功能都集中到一個(gè)處理器上，處理器承擔(dān)著繁重的任務(wù)，處理速度較慢，同時(shí)，由于所有設(shè)備都納入了監(jiān)控，大量的監(jiān)控對(duì)象也使得主機(jī)冗余下降，電纜數(shù)量逐漸增加，長(zhǎng)距離電纜的引入也會(huì)影響系統(tǒng)可靠性。由于隔離刀閘閉鎖和斷路器聯(lián)鎖采用硬接線，有可能會(huì)因隔離刀閘輔助接點(diǎn)不到位而引起設(shè)備不能操作。二次接線的復(fù)雜性也會(huì)使得維護(hù)查線工作量增大。

（二）遠(yuǎn)程監(jiān)控方式

實(shí)際應(yīng)用表明，遠(yuǎn)程監(jiān)控方式具有安裝維護(hù)成本低，數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)，靈活性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。但在另一方面，各種現(xiàn)場(chǎng)總線（如CAN、Lonworks等）的通訊速度較慢，現(xiàn)代企業(yè)的通訊量又相對(duì)較大，因而將其使用顯示在了較小的系統(tǒng)內(nèi)，不能應(yīng)用于全廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

（三）現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式

現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備串行連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)雙向傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。其具有以下方面的特點(diǎn)：可用性、開放性、互可操作性強(qiáng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)高度的分散性，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化程度高。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、以太網(wǎng)等已經(jīng)在眾多電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用，CPU、PLC等控制器，啟動(dòng)器，變頻器等設(shè)備間的聯(lián)系越來越密切。中央控制器是采集信息，保證系統(tǒng)可靠性的主要環(huán)節(jié)，即使部分設(shè)備出現(xiàn)故障，也只會(huì)影響相應(yīng)元件，而不至于癱瘓整個(gè)系統(tǒng)。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)通過控制數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)與算法組態(tài)生成的算法和參數(shù)不僅能在遠(yuǎn)程I/O和智能設(shè)備上運(yùn)行，還能根據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)定義功能在智能儀表中進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)分布式控制。

三、電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

OPC技術(shù)（即OIJE fnr Process Contr01）的出現(xiàn)，IEC61131標(biāo)準(zhǔn)的頒布使得電氣技術(shù)的發(fā)展必將會(huì)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)密切聯(lián)系。當(dāng)前，IEC61131已被各大控制系統(tǒng)商接受，成為國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)。而隨著PC機(jī)和服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)的更新與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化控制必然會(huì)與rr平臺(tái)相互融合。視頻處理技術(shù)、通訊技術(shù)、軟件技術(shù)的發(fā)展也必然會(huì)使人機(jī)界面、設(shè)備維護(hù)發(fā)生重要的轉(zhuǎn)變。

結(jié)語(yǔ)：

總而言之，隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要把握各個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)勢(shì)并有效利用，在不斷的探索中用高新技術(shù)武裝自己，發(fā)揮創(chuàng)新精神，創(chuàng)造和諧發(fā)展的局面。