計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用下的電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計分析

劉　明

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州　451150）

0　引言

依托于計算機(jī)技術(shù)的快速更新和電子通訊設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，電氣自動化將二者結(jié)合在了一起，實現(xiàn)了電氣自動化管理系統(tǒng)。對于變電站的運(yùn)用方面，能有改善運(yùn)行管理措施，及時對電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和管理，為電網(wǎng)的有效運(yùn)行保駕護(hù)航。此外，電氣自動化控制系統(tǒng)的使用，節(jié)省了勞動力和工業(yè)成本的投入，有效地降低了能源損耗，有利于人們生活質(zhì)量的提升。

1　計算機(jī)技術(shù)與信息管理

1.1　計算機(jī)信息管理特點(diǎn)

科技的發(fā)展帶動著計算機(jī)技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，計算機(jī)經(jīng)過了近十幾年的發(fā)展已經(jīng)有最初的簡單運(yùn)算和儲存轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃駥O復(fù)雜信息數(shù)據(jù)的處理，并且有效地被投入到了各行各業(yè)當(dāng)中。計算機(jī)自身具備運(yùn)行速度快，存儲數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，這在當(dāng)今這個大數(shù)據(jù)時代是非常有用的，而且計算機(jī)技術(shù)可拓展性極強(qiáng)，能有效地投入到各個行業(yè)中，根據(jù)不同行業(yè)間的需要進(jìn)行相應(yīng)的更新和研究，使之更加貼近市場，符合市場發(fā)展的需要[1]。

1.2　計算機(jī)信息管理優(yōu)勢

通過計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的管理，主要是因為計算機(jī)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：首先，計算機(jī)的出現(xiàn)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展極大地滿足了人們的需求，加速了人們工作生活的效率，而且使用方便快捷，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的連接就能實現(xiàn)線上線下的信息互通，二者之間的數(shù)據(jù)能夠做到無縫對接。其次，計算機(jī)的運(yùn)算能力可以幫助人們處理復(fù)雜的信息，讓復(fù)雜的信息變得簡化，同時通過計算機(jī)技術(shù)還能有效地建立數(shù)據(jù)庫來儲存數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫能快速進(jìn)行資料查詢和資料分析，極大地解放了勞動力，同時還減少了成本。最后，計算機(jī)技術(shù)的自由度能讓他很好地使用不同行業(yè)需求，為行業(yè)設(shè)計專門的系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)支持，而且還能確保信息數(shù)據(jù)傳輸和存儲的可靠性與安全性，減少了信息數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險[2]。

對信息的儲存是人類記錄信息的方式之一，社會也在不斷地進(jìn)步和發(fā)展，對信息的存儲方式也在不斷地更新和完善。計算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)在根本上扭轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)信息的儲存方式，把紙質(zhì)信息轉(zhuǎn)變與儲存在介質(zhì)上的虛擬信息，信息的儲存和傳輸也更加方便快捷了，在滿足人們?nèi)諠u增大的信息儲存需求的同時極大地降低了成本。

1.3　計算機(jī)與工程項目

在一般的工程項目中，對信息數(shù)據(jù)的管理收集屬于其中至關(guān)重要的部分，當(dāng)項目投入使用之后，設(shè)計、謀劃、運(yùn)營和維護(hù)等工作也隨之開始，項目管理包含了許多的工作，規(guī)模龐大，而規(guī)模大則相對應(yīng)的帶來了海量的信息和數(shù)據(jù)，因此信息管理的重要性就顯現(xiàn)出來了[3]。

在實際的工程管理中會發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)信息量的增多給數(shù)據(jù)的收集整理、歸類分析帶來了極大的困難，而工程項目時刻充滿著變數(shù)，管理人員必須時刻把握最新的項目進(jìn)展，因此必須通過計算機(jī)技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫來對項目工程進(jìn)行管理。計算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)帶動了動態(tài)化管理項目的可能性，通過計算機(jī)技術(shù)能實時有效地對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲、分析和處理，管理人員能通過計算機(jī)快速直觀地獲得自己所需要的信息，降低了人力和成本，提高了工作效率，實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)技術(shù)雙豐收。

2　控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1　設(shè)計特點(diǎn)

電氣自動化系統(tǒng)同以前舊時代的熱機(jī)機(jī)械設(shè)備相對比的話，有明顯的優(yōu)點(diǎn)，其中包括信息量相對較小、實際操作難度及操作次數(shù)減少、操作時所需要控制的對象也有所減少，與之前的熱機(jī)相比工作效率明顯升高、工作精度也更大。但與此同時，電氣自動化設(shè)備工作效率提升了，對設(shè)備本身的要求也更高。設(shè)備必須具備堅固、抵抗強(qiáng)烈干擾和快速反應(yīng)能力。除此之外，控制系統(tǒng)還應(yīng)該具備批量連鎖防護(hù)的特點(diǎn)來實現(xiàn)高效的管理設(shè)施要求[4]。

2.2　基本功能

電氣自動化控制系統(tǒng)主要具有以下幾方面功能：

（1）電氣自動化控制系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)是有著極重要的地位，而滅磁和啟勵作為其操作控制的基本功能，主要負(fù)責(zé)監(jiān)督和控制電器設(shè)施，以保障設(shè)施能安全穩(wěn)定的運(yùn)行[5]。

（2）電氣自動化控制系統(tǒng)可以改變其自身現(xiàn)有的控制模式，而出現(xiàn)增磁和減磁的不同功能，甚至還可以實現(xiàn)PSS的投退運(yùn)動，以最大程度地保障電氣設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）通過電氣自動化控制系統(tǒng)檢測電源，防止因突發(fā)事件導(dǎo)致電源電壓突然產(chǎn)生變化而導(dǎo)致電流過大，設(shè)施損毀的問題出現(xiàn)。

（4）如果電氣自動化控制系統(tǒng)同時監(jiān)管兩臺設(shè)施，系統(tǒng)會自動對啟變壓器進(jìn)行管理控制，以保障兩臺設(shè)施都能夠安全穩(wěn)定的投入使用。

（5）控制系統(tǒng)還能同時監(jiān)測柴油發(fā)電機(jī)和保安電源，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

2.3　系統(tǒng)設(shè)計方式

目前我國主流的幾種設(shè)計電氣自動化控制系統(tǒng)的方式主要是通過集中、遠(yuǎn)程、現(xiàn)場總控三種監(jiān)控方式來實現(xiàn)的。

2.3.1集中監(jiān)控

系統(tǒng)設(shè)計不復(fù)雜和方便的系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)措施是集中監(jiān)控方式所具有的特點(diǎn)。而集中監(jiān)控方式的特點(diǎn)就是“集中”，它必須全力滿足集中的需求，該方式需要將所有的功能全部都集中到同一個處理器中進(jìn)行處理，才能滿足減少需要監(jiān)控對象數(shù)目的同時提高自身的處理速度。但是由于電氣設(shè)施等需要監(jiān)控對象的數(shù)目越來越大，這樣會導(dǎo)致所需電纜數(shù)目的增加、費(fèi)用投入的提高，甚至可能影響到系統(tǒng)自身穩(wěn)定性，導(dǎo)致其穩(wěn)定性下降等問題的出現(xiàn)。與此同時，還要留心的是進(jìn)行隔離刀閘時候的硬接線操作和正確聯(lián)鎖斷路器。在此之外，上述的接線方式重復(fù)進(jìn)行的過程是十分繁雜的，還可能會出現(xiàn)線路不容易檢查，系統(tǒng)維護(hù)量較大，包括人為系統(tǒng)操作失誤等問題的出現(xiàn)。因此，集中監(jiān)控方式通常運(yùn)用于安全防護(hù)較低的設(shè)備[6]。

2.3.2遠(yuǎn)程監(jiān)控

需要滿足連接的雙方在同時都接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)或者通過計算機(jī)技術(shù)異地?fù)芴柕那闆r下，將需要被使用的電腦連接到一起的方法，就是遠(yuǎn)程監(jiān)控方式。該方式能不受空間的限制，將被控制的電腦操作環(huán)境顯示到自己的計算機(jī)上，通過對計算機(jī)的操作來實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的目的，操作空間廣泛，操作手段快捷便利[7]。遠(yuǎn)程監(jiān)控方式具有節(jié)省使用材料、電纜數(shù)目、把成本控制在較低的范圍，同時還提高了組態(tài)靈活度和系統(tǒng)使用的可靠性，能隨時隨地地操作等特點(diǎn)。就當(dāng)前出現(xiàn)過的很多情況來說，現(xiàn)場總線的傳輸速度并沒辦法達(dá)到要求，并且有時候甚至還需要較多的電氣部分通訊量，這些原因都限制著遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的推廣普及與使用。

2.3.3現(xiàn)場總線監(jiān)控

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的飛速更新，在相關(guān)聯(lián)的計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷更新并被廣泛運(yùn)用的情況下，變電站綜合自動化系統(tǒng)也得到了極大的提升，獲得了更加深入的挖掘研究，取得了相當(dāng)良好的進(jìn)展。尤其是近幾年開始，智能電氣化設(shè)備開始被投入使用，這一投入大大提高了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在電氣系統(tǒng)中的重要地位[8]。就現(xiàn)場總線監(jiān)控方式來說，它除了具有遠(yuǎn)程監(jiān)控方式擁有的所有特點(diǎn)之外，還具有針對性的加強(qiáng)、對于輔助設(shè)備器材需求減少的優(yōu)點(diǎn)。因為不同的裝置都具有其獨(dú)特的設(shè)置方式跟使用方法，所以只有通過互聯(lián)網(wǎng)這一通道才能將它們連接在一起，而且因為裝置都是相對獨(dú)立的，無論哪個裝置出現(xiàn)了問題，都不會影響到其他裝置，更不會影響到其他的使用環(huán)節(jié)而導(dǎo)致整個控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題的情況。這樣可以極大地提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用可靠性。總的來說，現(xiàn)場總線監(jiān)控能在所有的電氣自動化區(qū)域中發(fā)揮極端重要的作用，有關(guān)于它的研究和應(yīng)用方式是非常重要的，它可以有效地帶領(lǐng)電氣自動化控制系統(tǒng)不斷發(fā)展[9]。

3　系統(tǒng)設(shè)計分析

3.1　電氣負(fù)荷自動化

有效的保障電網(wǎng)穩(wěn)定安全地運(yùn)行是電氣負(fù)荷自動化系統(tǒng)設(shè)計的主要原因，它負(fù)責(zé)對電氣根本負(fù)荷的運(yùn)行形成行之有效的監(jiān)督和管理措施。社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的電氣負(fù)荷管理監(jiān)控方式，已經(jīng)漸漸無法滿足電力日漸增加的使用需求。傳統(tǒng)方法的笨拙、粗糙的弊端逐漸顯現(xiàn)出來，長此以往，將會出現(xiàn)電力供應(yīng)不足的情況，屆時人們的正常生活將受到極大的影響，日常用電無法受到保障。因此，需要不斷更新發(fā)展電氣自動化控制方向，在不斷地更新中逐漸放棄傳統(tǒng)的電力負(fù)荷管理方式，電氣控制自動化在未來的控制系統(tǒng)發(fā)展過程中將會逐漸凸顯出其重要的地位。此外，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的帶動下，目前大多數(shù)的電氣部門都擁有了適合其自身的電氣控制系統(tǒng)，并且有效地通過負(fù)荷系統(tǒng)得以在電氣控制自動化中運(yùn)用，實現(xiàn)了將監(jiān)管、控制與自動檢查融為一體，加快了電力系統(tǒng)中各處信息資源分享的可能性。

3.2　電氣自動化通訊系統(tǒng)

好的電氣自動化控制系統(tǒng)當(dāng)然缺少不了通訊系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)是其中一個很重要的環(huán)節(jié)，它的好壞可以直接與數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度、傳輸?shù)臅r效性相關(guān)聯(lián)。目前主要有兩種通訊方法，分別是有線設(shè)備通訊和無線設(shè)備通訊，主要是根據(jù)用電戶具體情況來進(jìn)行通訊方法的選擇。其中，有限設(shè)備通訊方式主要借助電話線進(jìn)行，它自身具有連接設(shè)置方便快捷、投入成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但同時也存在著一定的缺陷，例如通訊過程中的可靠性及安全性較差，已經(jīng)可能無法及時有效地進(jìn)行通訊，時效性也無法得到保障。因此有線通訊一般主要運(yùn)用于對系統(tǒng)運(yùn)用實時性要求較低的配電終端之中。而對于無線設(shè)備通訊來說，主要是通過電臺設(shè)備通訊、和高速智能傳電的實現(xiàn)。就拿普通的電臺通訊舉例來說，一般情況下的電臺通訊主要運(yùn)用于電氣負(fù)荷的監(jiān)管和操作，與之前的有線設(shè)備通訊相比一樣是投入成本較低，但是其自身的可靠性相比有線設(shè)備通訊而言較弱，因此電臺設(shè)備通訊主要運(yùn)用在對可靠性要求不高的配電終端當(dāng)中。而高速智能傳電相比較于電臺通訊則是優(yōu)勢得多。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在傳輸內(nèi)容準(zhǔn)確度高、傳輸速度快，還能夠隨意選擇路由，電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)能實時自動上報，具備極高的可靠性和安全性，但是相對應(yīng)的投入資金方面就要明顯高于其他通訊方法，高速智能傳電通訊方法主要運(yùn)用在對可靠性要求較高的配電終端[10]。

3.3　FCS控制系統(tǒng)

FCS系統(tǒng)，即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System)，它主要是采用雙向傳輸?shù)姆椒ㄟM(jìn)行信息數(shù)據(jù)的傳遞，由點(diǎn)及面，一對多的方法，在信息數(shù)據(jù)內(nèi)容上精準(zhǔn)度高，在使用過程中也可以運(yùn)用在檢查電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是否異常，并及時報告。但是該系統(tǒng)也存在著缺點(diǎn)，信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，但是傳輸速率相對遲緩，沒辦法同時連接數(shù)量較多的電氣設(shè)備，在設(shè)備之間的信息傳遞協(xié)議上無法統(tǒng)一，而且該項系統(tǒng)與智能儀表不兼容，無法直接連接，必須借助其他輔助設(shè)備及輔助功能相對應(yīng)的系統(tǒng)，才能保證系統(tǒng)正常穩(wěn)定的運(yùn)行。

3.4　分布式控制設(shè)計

中央處理器是電氣自動化控制管理系統(tǒng)的最核心部分，通過諸如斷路器、變頻器等智能儀器提供的有效信息，在中央處理器處匯聚，并通過中央處理器的統(tǒng)一處理，選擇出具體有用的信息。系統(tǒng)分布式控制就是為了幫中央處理器將手機(jī)號的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分析，形成有效的分支框架，并通過不同數(shù)據(jù)的分類，將中央處理器與其他不同種類的智能設(shè)施相連接，可直接有效地提高直通的智能管控效率。

3.5　遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計

電網(wǎng)邁向現(xiàn)代化發(fā)展的過程中，電氣自動化控制系統(tǒng)起到了由量變引起質(zhì)變的推手作用，控制系統(tǒng)的出現(xiàn)極大地降低了勞動力的投入和工作成本，而且還提高了對電網(wǎng)自身的控制力度和靈活力度，更進(jìn)一步提高了電網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量。遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計可以有效避開電纜安裝與電纜維修所需要花費(fèi)的開銷，而且自身具有安全穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，遠(yuǎn)程監(jiān)控的出現(xiàn)讓電氣自動化控制系統(tǒng)具有實際的可操作性，它是控制系統(tǒng)的核心技術(shù)。社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動著電力工程項目的越來越多，電氣設(shè)備的投入也越來越多，但是現(xiàn)有的通信速率已經(jīng)漸漸跟不上電網(wǎng)實時監(jiān)控的需求，所以對于現(xiàn)存的設(shè)計方案必須進(jìn)行不斷地改進(jìn)與完善，在保障信息數(shù)據(jù)的取得具有實時性和準(zhǔn)確性的同時，為電網(wǎng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)保駕護(hù)航。

4　電氣自動化系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1　數(shù)據(jù)采集

對信息數(shù)據(jù)的錄入、處理和輸出是計算機(jī)技術(shù)處理系統(tǒng)的組成部分。將自動化控制系統(tǒng)運(yùn)用到電廠發(fā)電系統(tǒng)中，主要就是對數(shù)據(jù)信息內(nèi)容進(jìn)行收集、把系統(tǒng)參數(shù)錄入、顯示系統(tǒng)參數(shù)、運(yùn)行遇到異常時及時報警和對事故的序列記錄等功能。通過計算機(jī)的運(yùn)算能力對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析并實施具體操作，便可以快速有效地控制部分操作系統(tǒng)，從而保障整個電網(wǎng)順暢有效地運(yùn)行，便于對電網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行實時監(jiān)控[11]。

4.2　汽機(jī)電液調(diào)節(jié)

傳統(tǒng)的汽機(jī)控制主要采用的是液壓控制系統(tǒng)，而隨著時代的發(fā)展和科技的不斷創(chuàng)新，電氣設(shè)施和元部件的性能越來越好，電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)漸漸取代了傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)，成為了先如今運(yùn)用最廣的控制系統(tǒng)。汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)是從盤車開始，經(jīng)過對汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行全面有效的控制，在控制汽輪發(fā)電機(jī)組的同時還需要對沖輪、暖機(jī)等設(shè)施設(shè)備進(jìn)行閥之間的轉(zhuǎn)換、帶初負(fù)荷、增加負(fù)荷以后，就可以進(jìn)行正常的發(fā)電。該系統(tǒng)主要為了保障電網(wǎng)能順利進(jìn)行運(yùn)行調(diào)度，保證負(fù)荷能夠得到有效改變，對提高電氣機(jī)組的運(yùn)行是有效的，能極大程度低保障機(jī)組安全可靠的運(yùn)行[12]。

4.3　未來發(fā)展

現(xiàn)有的電氣自動化控制系統(tǒng)主要有電源供電回路等部件構(gòu)成，主要是在 380V額定電壓下進(jìn)行工作，伴隨著OPC技術(shù)的更新?lián)Q代，計算機(jī)在各行各業(yè)大放異彩，電氣行業(yè)也進(jìn)行這一次次的改革。電氣設(shè)施的升級與改善帶動著電氣行業(yè)的改革，隨著新型設(shè)備的不斷出現(xiàn)，控制系統(tǒng)必定要隨之作出調(diào)整改善以便更好地適應(yīng)。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)因為自身的單一性和局限性正逐漸被更多樣、方便快捷的自動化控制系統(tǒng)所取代，這也正符合當(dāng)今社會的發(fā)展。未來的自動化控制系統(tǒng)也將會不僅僅局限于電氣設(shè)施的管理，而是將擴(kuò)展到更多更廣的方面，為保障工作順利的開展而努力。

5　結(jié)論

計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展帶來了工業(yè)生產(chǎn)上電氣自動化控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，通過智能管理和實時動態(tài)監(jiān)控保證電氣自動化的運(yùn)行。可以說計算機(jī)技術(shù)是自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它的出現(xiàn)給生產(chǎn)效率和服務(wù)質(zhì)量都帶來了顯著的提升。對于電力行業(yè)來說，應(yīng)該牢牢把握住這股科技的東風(fēng)，勇于改變現(xiàn)有的勞動生產(chǎn)模式，大力推進(jìn)電氣自動化的推廣力度，為我國電氣自動化控制貢獻(xiàn)自己的一份力量。