計算機技術應用下的電氣自動化控制系統設計分析

劉　明

（鄭州工業應用技術學院，河南 鄭州　451150）

0　引言

依托于計算機技術的快速更新和電子通訊設備技術的發展，電氣自動化將二者結合在了一起，實現了電氣自動化管理系統。對于變電站的運用方面，能有改善運行管理措施，及時對電網進行監控和管理，為電網的有效運行保駕護航。此外，電氣自動化控制系統的使用，節省了勞動力和工業成本的投入，有效地降低了能源損耗，有利于人們生活質量的提升。

1　計算機技術與信息管理

1.1　計算機信息管理特點

科技的發展帶動著計算機技術的不斷更新換代，計算機經過了近十幾年的發展已經有最初的簡單運算和儲存轉變為如今對極復雜信息數據的處理，并且有效地被投入到了各行各業當中。計算機自身具備運行速度快，存儲數據量大的特點，這在當今這個大數據時代是非常有用的，而且計算機技術可拓展性極強，能有效地投入到各個行業中，根據不同行業間的需要進行相應的更新和研究，使之更加貼近市場，符合市場發展的需要[1]。

1.2　計算機信息管理優勢

通過計算機技術進行數據信息的管理，主要是因為計算機具有以下幾點優勢：首先，計算機的出現和計算機技術的發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，通過互聯網技術的連接就能實現線上線下的信息互通，二者之間的數據能夠做到無縫對接。其次，計算機的運算能力可以幫助人們處理復雜的信息，讓復雜的信息變得簡化，同時通過計算機技術還能有效地建立數據庫來儲存數據，通過數據庫能快速進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，計算機技術的自由度能讓他很好地使用不同行業需求，為行業設計專門的系統進行技術支持，而且還能確保信息數據傳輸和存儲的可靠性與安全性，減少了信息數據泄露的風險[2]。

對信息的儲存是人類記錄信息的方式之一，社會也在不斷地進步和發展，對信息的存儲方式也在不斷地更新和完善。計算機技術和互聯網技術的出現在根本上扭轉了傳統信息的儲存方式，把紙質信息轉變與儲存在介質上的虛擬信息，信息的儲存和傳輸也更加方便快捷了，在滿足人們日漸增大的信息儲存需求的同時極大地降低了成本。

1.3　計算機與工程項目

在一般的工程項目中，對信息數據的管理收集屬于其中至關重要的部分，當項目投入使用之后，設計、謀劃、運營和維護等工作也隨之開始，項目管理包含了許多的工作，規模龐大，而規模大則相對應的帶來了海量的信息和數據，因此信息管理的重要性就顯現出來了[3]。

在實際的工程管理中會發現，數據信息量的增多給數據的收集整理、歸類分析帶來了極大的困難，而工程項目時刻充滿著變數，管理人員必須時刻把握最新的項目進展，因此必須通過計算機技術建立數據庫來對項目工程進行管理。計算機技術的出現帶動了動態化管理項目的可能性，通過計算機技術能實時有效地對數據信息進行存儲、分析和處理，管理人員能通過計算機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，實現了經濟技術雙豐收。

2　控制系統設計

2.1　設計特點

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

2.2　基本功能

電氣自動化控制系統主要具有以下幾方面功能：

（1）電氣自動化控制系統中，發電機的勵磁系統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，主要負責監督和控制電器設施，以保障設施能安全穩定的運行[5]。

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

（3）通過電氣自動化控制系統檢測電源，防止因突發事件導致電源電壓突然產生變化而導致電流過大，設施損毀的問題出現。

（4）如果電氣自動化控制系統同時監管兩臺設施，系統會自動對啟變壓器進行管理控制，以保障兩臺設施都能夠安全穩定的投入使用。

（5）控制系統還能同時監測柴油發電機和保安電源，確保系統安全穩定地運行。

2.3　系統設計方式

目前我國主流的幾種設計電氣自動化控制系統的方式主要是通過集中、遠程、現場總控三種監控方式來實現的。

2.3.1集中監控

系統設計不復雜和方便的系統運行維護措施是集中監控方式所具有的特點。而集中監控方式的特點就是“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行處理，才能滿足減少需要監控對象數目的同時提高自身的處理速度。但是由于電氣設施等需要監控對象的數目越來越大，這樣會導致所需電纜數目的增加、費用投入的提高，甚至可能影響到系統自身穩定性，導致其穩定性下降等問題的出現。與此同時，還要留心的是進行隔離刀閘時候的硬接線操作和正確聯鎖斷路器。在此之外，上述的接線方式重復進行的過程是十分繁雜的，還可能會出現線路不容易檢查，系統維護量較大，包括人為系統操作失誤等問題的出現。因此，集中監控方式通常運用于安全防護較低的設備[6]。

2.3.2遠程監控

需要滿足連接的雙方在同時都接入互聯網絡或者通過計算機技術異地撥號的情況下，將需要被使用的電腦連接到一起的方法，就是遠程監控方式。該方式能不受空間的限制，將被控制的電腦操作環境顯示到自己的計算機上，通過對計算機的操作來實現遠程控制的目的，操作空間廣泛，操作手段快捷便利[7]。遠程監控方式具有節省使用材料、電纜數目、把成本控制在較低的范圍，同時還提高了組態靈活度和系統使用的可靠性，能隨時隨地地操作等特點。就當前出現過的很多情況來說，現場總線的傳輸速度并沒辦法達到要求，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程監控方式的推廣普及與使用。

2.3.3現場總線監控

隨著互聯網技術的不斷發展和計算機技術的飛速更新，在相關聯的計算機互聯網技術不斷更新并被廣泛運用的情況下，變電站綜合自動化系統也得到了極大的提升，獲得了更加深入的挖掘研究，取得了相當良好的進展。尤其是近幾年開始，智能電氣化設備開始被投入使用，這一投入大大提高了網絡控制系統在電氣系統中的重要地位[8]。就現場總線監控方式來說，它除了具有遠程監控方式擁有的所有特點之外，還具有針對性的加強、對于輔助設備器材需求減少的優點。因為不同的裝置都具有其獨特的設置方式跟使用方法，所以只有通過互聯網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立的，無論哪個裝置出現了問題，都不會影響到其他裝置，更不會影響到其他的使用環節而導致整個控制系統出現問題的情況。這樣可以極大地提高控制系統的穩定性和使用可靠性。總的來說，現場總線監控能在所有的電氣自動化區域中發揮極端重要的作用，有關于它的研究和應用方式是非常重要的，它可以有效地帶領電氣自動化控制系統不斷發展[9]。

3　系統設計分析

3.1　電氣負荷自動化

有效的保障電網穩定安全地運行是電氣負荷自動化系統設計的主要原因，它負責對電氣根本負荷的運行形成行之有效的監督和管理措施。社會經濟飛速發展的今天，傳統的電氣負荷管理監控方式，已經漸漸無法滿足電力日漸增加的使用需求。傳統方法的笨拙、粗糙的弊端逐漸顯現出來，長此以往，將會出現電力供應不足的情況，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，需要不斷更新發展電氣自動化控制方向，在不斷地更新中逐漸放棄傳統的電力負荷管理方式，電氣控制自動化在未來的控制系統發展過程中將會逐漸凸顯出其重要的地位。此外，在經濟發展和科學技術的帶動下，目前大多數的電氣部門都擁有了適合其自身的電氣控制系統，并且有效地通過負荷系統得以在電氣控制自動化中運用，實現了將監管、控制與自動檢查融為一體，加快了電力系統中各處信息資源分享的可能性。

3.2　電氣自動化通訊系統

好的電氣自動化控制系統當然缺少不了通訊系統，通訊系統是其中一個很重要的環節，它的好壞可以直接與數據的準確度、傳輸的時效性相關聯。目前主要有兩種通訊方法，分別是有線設備通訊和無線設備通訊，主要是根據用電戶具體情況來進行通訊方法的選擇。其中，有限設備通訊方式主要借助電話線進行，它自身具有連接設置方便快捷、投入成本較低等優點，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，已經可能無法及時有效地進行通訊，時效性也無法得到保障。因此有線通訊一般主要運用于對系統運用實時性要求較低的配電終端之中。而對于無線設備通訊來說，主要是通過電臺設備通訊、和高速智能傳電的實現。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用于電氣負荷的監管和操作，與之前的有線設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備通訊而言較弱，因此電臺設備通訊主要運用在對可靠性要求不高的配電終端當中。而高速智能傳電相比較于電臺通訊則是優勢得多。其優勢主要體現在傳輸內容準確度高、傳輸速度快，還能夠隨意選擇路由，電網運行狀態能實時自動上報，具備極高的可靠性和安全性，但是相對應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用在對可靠性要求較高的配電終端[10]。

3.3　FCS控制系統

FCS系統，即現場總線控制系統(Fieldbus Control System)，它主要是采用雙向傳輸的方法進行信息數據的傳遞，由點及面，一對多的方法，在信息數據內容上精準度高，在使用過程中也可以運用在檢查電氣設備的運行狀態是否異常，并及時報告。但是該系統也存在著缺點，信息數據準確度高，但是傳輸速率相對遲緩，沒辦法同時連接數量較多的電氣設備，在設備之間的信息傳遞協議上無法統一，而且該項系統與智能儀表不兼容，無法直接連接，必須借助其他輔助設備及輔助功能相對應的系統，才能保證系統正常穩定的運行。

3.4　分布式控制設計

中央處理器是電氣自動化控制管理系統的最核心部分，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一處理，選擇出具體有用的信息。系統分布式控制就是為了幫中央處理器將手機號的信息數據進行歸納分析，形成有效的分支框架，并通過不同數據的分類，將中央處理器與其他不同種類的智能設施相連接，可直接有效地提高直通的智能管控效率。

3.5　遠程監控設計

電網邁向現代化發展的過程中，電氣自動化控制系統起到了由量變引起質變的推手作用，控制系統的出現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自身的控制力度和靈活力度，更進一步提高了電網服務質量。遠程監控設計可以有效避開電纜安裝與電纜維修所需要花費的開銷，而且自身具有安全穩定，可靠性強的特點，遠程監控的出現讓電氣自動化控制系統具有實際的可操作性，它是控制系統的核心技術。社會經濟的發展帶動著電力工程項目的越來越多，電氣設備的投入也越來越多，但是現有的通信速率已經漸漸跟不上電網實時監控的需求，所以對于現存的設計方案必須進行不斷地改進與完善，在保障信息數據的取得具有實時性和準確性的同時，為電網的安全運轉保駕護航。

4　電氣自動化系統的應用

4.1　數據采集

對信息數據的錄入、處理和輸出是計算機技術處理系統的組成部分。將自動化控制系統運用到電廠發電系統中，主要就是對數據信息內容進行收集、把系統參數錄入、顯示系統參數、運行遇到異常時及時報警和對事故的序列記錄等功能。通過計算機的運算能力對這些數據進行系統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，從而保障整個電網順暢有效地運行，便于對電網運行狀況進行實時監控[11]。

4.2　汽機電液調節

傳統的汽機控制主要采用的是液壓控制系統，而隨著時代的發展和科技的不斷創新，電氣設施和元部件的性能越來越好，電液調節系統漸漸取代了傳統的液壓控制系統，成為了先如今運用最廣的控制系統。汽機電液調節系統是從盤車開始，經過對汽輪發電機組進行全面有效的控制，在控制汽輪發電機組的同時還需要對沖輪、暖機等設施設備進行閥之間的轉換、帶初負荷、增加負荷以后，就可以進行正常的發電。該系統主要為了保障電網能順利進行運行調度，保證負荷能夠得到有效改變，對提高電氣機組的運行是有效的，能極大程度低保障機組安全可靠的運行[12]。

4.3　未來發展

現有的電氣自動化控制系統主要有電源供電回路等部件構成，主要是在 380V額定電壓下進行工作，伴隨著OPC技術的更新換代，計算機在各行各業大放異彩，電氣行業也進行這一次次的改革。電氣設施的升級與改善帶動著電氣行業的改革，隨著新型設備的不斷出現，控制系統必定要隨之作出調整改善以便更好地適應。傳統的控制系統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所取代，這也正符合當今社會的發展。未來的自動化控制系統也將會不僅僅局限于電氣設施的管理，而是將擴展到更多更廣的方面，為保障工作順利的開展而努力。

5　結論

計算機技術的發展帶來了工業生產上電氣自動化控制系統的出現，通過智能管理和實時動態監控保證電氣自動化的運行?？梢哉f計算機技術是自動化系統的基礎，它的出現給生產效率和服務質量都帶來了顯著的提升。對于電力行業來說，應該牢牢把握住這股科技的東風，勇于改變現有的勞動生產模式，大力推進電氣自動化的推廣力度，為我國電氣自動化控制貢獻自己的一份力量。