淺析電氣自動化控制系統的設計思想

金明　王海紅　薄明明　蔣云彩　許志文

摘要：隨著經濟社會的發展、科學技術的進步，電氣自動化獲得了較快的發展，一些先進的技術被應用到電氣自動化控制系統的設計中，推動了工業的進一步發展。文章首先對電氣自動化控制系統進行了介紹，然后分析了電氣自動化控制系統的設計流程及主要的設計思想，最后探討了電氣自動化控制系統的發展趨勢。

關鍵詞：電氣自動化；控制系統；設計思想；發展趨勢；控制回路 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM76 文章編號：1009-2374（2016）02-0139-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.068

1 電氣自動化控制系統的概述

1.1 電氣自動化控制系統的主要功能

電氣自動化控制系統中的控制回路主要是確保主回路線路運行的安全性與穩定性。控制回路設備的功能主要包括：（1）自動控制功能：就電氣自動化控制系統而言，在設備出現問題的時候，需要通過開關及時切斷電路從而有效避免安全事故的發生，因此，具備自動控制功能的電氣操作設備是電氣自動化控制系統的必要設備；（2）監視功能：在電氣自動化控制系統中，自變量電勢是最為重要的，其通過肉眼是無法看到的。機器設備斷電與否，一般從外表是不能分辨出來的，這就必須要借助傳感器中的各項功能，對各項視聽信號予以監控，從而實時監控整個系統的各種變化；（3）保護功能：在運行過程中，電氣設備經常會發生一些難以預料的故障問題，功率、電壓以及電流等會超出線路及設備所許可的工作限度與范圍，因此，這就要求具備一套可以對這些故障信號進行監測并且對線路與設備予以自動處理的保護設備，而電氣自動化控制系統中的控制回路設備就具備這一功能；（4）測量功能：視聽信號只可以對系統中各設備的工作狀態予以定性的表示，而電氣設備的具體工作狀況還需要通過專業設備對線路的各參數進行測量才能夠得出。

1.2 電氣綜合自動化控制系統的優點

據相關調查研究發現，一個完整的變電站綜合自動化系統除了在各個控制保護單元中存有緊急手動操作跳閘以及合閘的措施之外，別的單元所有的報警、測量、監視以及控制功能等都可以由計算機監控系統來進行。變電站不需要另外設置一些遠動設備，計算機監控系統可以使得遙控、遙測、遙調以及遙信等功能與無人值班的需要得到滿足。就電氣自動化控制系統的設計角度而言，電氣自動化控制系統具有許多優點，比如說：（1）集中式設計：電氣自動化控制系統引用集中式立柜與模塊化結構，使得各控制保護功能都可以集中于專門的控制與采集保護柜中，全部的報警、測量、保護以及控制等信號都在保護柜中予以處理，將其處理為數據信號之后再通過光纖總線輸送到主控室中的監控計算機中；（2）分布式設計：電氣自動化控制系統主要應用分布式開放結構以及模塊化方式，使得所有的控制保護功能都分布于開關柜中或者盡可能接近于控制保護柜之上的控制保護單元，全部報警、測量、保護以及控制等信號都在本地單元中予以處理，將其處理為數據信號之后通過光纖的總線輸送到主控室的監控計算機中，各個就地單元之間互相獨立；（3）簡單可靠：因為在電氣自動化控制系統中用多功能繼電器來代替傳統的繼電器，能夠使得二次接線得以有效簡化。分布式設計主要是在主控室和開關柜間進行接線，而集中式設計的接線也局限在主控室和開關柜間，因為這兩種方式都在開關柜中進行接線，施工較為簡單，別的接線能夠在開關柜與采集保護柜中完成的特點，操作較為簡單而可靠；（4）具有可擴展性：電氣自動化控制系統的設計可以對電力用戶未來對電力要求的提高、變電站規模以及變電站功能擴充等進行考慮，具有較強的可擴展性；（5）兼容性較好：電氣自動化控制系統主要是由標準化的軟件以及硬件所構成，而且配備有標準的就地I/O接口與穿行通訊接口，電力用戶能夠根據自己的具體需求予以靈活的配置，而且系統中的各種軟件也非常容易與當前計算機計算的快速發展相適應。

2 電氣自動化控制系統設計的流程

在機電一體化產品中，電氣自動化控制系統具有非常重要的作用，其就相當于人類的大腦，用來對信息進行處理與控制。所以，在進行電氣自動化控制系統的設計時一定要遵循相應的流程。依照控制的相關要求將電氣自動化控制系統的設計方案確定下來，然后將控制算法確定下來，并且選擇適當的微型計算機，制定出電氣自動化控制系統的總體設計內容，最后開展軟件與硬件的設計。雖然電氣自動化控制系統的設計流程較為復雜，但是在設計時一定要從實際出發，綜合考慮集中監測方式、現場總路線監控方式以及遠程監控方式，唯有如此才能夠將與相關要求相符的控制系統建立起來。

3 電氣自動化控制系統主要的設計思想

據相關調查研究發現，在當前電氣自動化控制系統中應用的主要設計思想有三種，分別是集中監控方式、遠程監控方式以及現場總線監控方式，這三種設計思想各有其特點，其具體選用應該根據具體條件而定。下面將分別對其進行簡要的介紹：

3.1 集中監控方式

集中監控方式有諸多優點，比如說系統設計較為簡單、防控站的防護要求較低以及運行維護較為便利等。但是因為集中監控方式是把系統各功能都集中于一個處理器予以處理，這就使得處理器的處理任務較為繁重，從而使其處理的速度與效率受到一定程度的影響。因為電氣設備都進入到監控中，這就使得監控的對象不斷增多。而隨著監控的內容逐漸增多，這會使得主機的冗余度降低、電纜的數目增多、投入的資金增加等，而較長電纜的引入可能會對電氣自動化監控系統的可靠性造成一定的影響。除此之外，斷路器的聯鎖以及隔離刀閘的操作閉鎖主要應用硬接線，因為隔離刀閘的輔助接點常常無法到位，這就致使設備常常難以開展施工操作。這種接線的二次接線較為復雜，而且不利于進行線路檢查，使得線路的維護量大大增加，而且在傳動或者查線過程中還因為接線復雜而導致產生誤操作問題。

3.2 遠程監控方式

據相關調查研究發現，電氣自動化控制系統中的遠程監控方式具備諸多的優點，比如說組態靈活、可靠性高、節約材料、節約安裝所需費用以及節約電纜用量等。因為控制系統中各現場總線的通訊速度較慢，而電廠中的電氣通訊量較大，因此，遠程監控方式較為適用于小系統的監控中，而并不適用于整個電氣廠的電氣自動化系統構建中。

3.3 現場總線監控方式

隨著經濟社會的發展、科學技術的進步，現場總線以及以太網等計算機網絡技術已經在變電站綜合自動化系統中得以較為廣泛的應用，而且已經積累了較為豐富的運行經驗，同時智能化電氣設備也取得了一定的發展，這些都給在發電廠電氣系統中網絡控制系統的應用奠定了重要的基礎。在電氣自動化控制系統中，現場總線監控方式的應用可以使得系統設計的針對性更強，由于不同的間隔，其所具備的功能也有所不同，因此能夠依照間距的具體情況來展開具體的設計。現場總線監控方式不但具備遠程監控方式所具備的一切優點，同時還能夠大大減少模擬量變送器、I/O卡件、端子柜以及隔離設備等，智能設備就地安裝并且通過通信線和監控系統實現連接，能夠省下許多的控制電纜，大大減小了安裝維護的工作量以及投入資金，進而使得所需成本得以有效降低。除此之外，各裝置的功能較為獨立，裝置間單單經由網絡來予以連接，網絡的組態較為靈活，這就使得整個系統具有較高的可靠性，每個裝置的故障都只會對其相應的元件造成影響，而不會使得系統發生癱瘓問題。所以，在未來的發電廠計算機監控系統中，現場總線監控方式必然會得到較為廣泛的應用。

4 電氣自動化控制系統的發展趨勢

隨著經濟社會的發展、信息技術的進步以及網絡技術的進一步發展，計算機在未來電氣工程發展中的作用日益突出。當前IEC61131已經變成了重要的國際化標準，廣泛地被各大電氣自動化控制系統廠商所采納。與此同時，Internet技術、以太網以及服務器體系結構等引發了電氣自動化的一場場革命。由于市場需求的不斷增大使得自動化與IT平臺不斷融合，電子商務也不斷普及，這又促使這一融合不斷加快。在當前信息時代，多媒體技術以及Internet技術在自動化領域中具有非常廣泛的應用前景。電氣企業的管理人員可以通過標準化的瀏覽器來存取企業中重要的管理數據，而且也可監控現在生產過程中的動態畫面，從而及時地了解準確而全面的生產信息。除此之外，視頻處理技術以及虛擬現實技術的應用將對將來的電氣自動化產品，比如說設備維護系統以及人機界面的設計產生非常重要的影響。這就使得相應的通訊能力、軟件結構以及組態環境的重要性日益突出，電氣自動化控制系統中軟件的重要性也逐漸提高。電氣自動化控制系統將從過去單一的設備逐漸朝著集成的系統方向轉變。

5 結語

綜上所述，電氣自動化控制系統的設計思想一定要將各環節中的優勢予以較好的把握，并且使其充分地發揮出來，與此同時，在電氣自動化控制系統的設計過程中一定要堅持與實際的生產要求相符，切實確保電氣行業的健康可持續發展。在電氣自動化控制系統的不斷探索中，需要相關工作人員認識當前存在的不足，并且通過不斷學習新技術、新方法等，不斷提高自己，從而不斷推動我國電氣自動化控制系統的發展。

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作者簡介：金明（1988-），男，江西上高人，供職于國網江西省電力公司經濟技術研究院，碩士，研究方向：變電站電氣一次設計。

（責任編輯：蔣建華）