基于智能技術(shù)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)

丁國(guó)明

（河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 信息工程學(xué)院，河南 鄭州 451450）

0 引 言

智能技術(shù)是時(shí)代進(jìn)步的產(chǎn)物，其發(fā)展和時(shí)代的發(fā)展呈現(xiàn)相輔相成的關(guān)系。智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)是先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的體現(xiàn)，能夠讓建筑中或者某一個(gè)體系中的電氣構(gòu)成一個(gè)完善的系統(tǒng)，從而為人們提供一個(gè)智能化、高效化的工作環(huán)境或者生活環(huán)境。相較于美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家，我國(guó)智能自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展時(shí)間雖然比較短，但是仍舊取得了階段性發(fā)展成果，與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距在逐步縮小。為保證該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了探討。

1 系統(tǒng)概況

某體育場(chǎng)的規(guī)模相對(duì)比較大，功能也較為多元化，所以用電量較大，需要借助智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效化的電氣控制，利用科學(xué)的技術(shù)方法減少電能消耗。體育場(chǎng)采用DCS、ABS等子系統(tǒng)，考慮到體育場(chǎng)本身的用途以及建筑特征，合理協(xié)調(diào)配置這些系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)體育場(chǎng)內(nèi)電氣的有效自動(dòng)化控制。

2 智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制思路

2.1 照明系統(tǒng)

鑒于體育館內(nèi)照明對(duì)于活動(dòng)開(kāi)展、賽事舉辦的重要作用，為進(jìn)一步提高體育館的功能性，需要根據(jù)需求，預(yù)定場(chǎng)景、調(diào)光等構(gòu)建智能照明自動(dòng)化控制系統(tǒng)。照明控制系統(tǒng)由系統(tǒng)單元、輸出及輸入3個(gè)部分構(gòu)成。其中，系統(tǒng)部分主要是指PC接口、控制計(jì)算機(jī)、監(jiān)視計(jì)算機(jī)及電源等；輸出部分主要包括總線信號(hào)接收模塊；輸入部分主要包括遙控器、控制面板及觸摸屏等[1]。

2.2 光照控制

不同活動(dòng)的舉辦，對(duì)光照的要求也有所不同，需要根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整光照度。在電氣控制角度，光照度主要是指受照面積接收到的光通量，其計(jì)算公式為Eav=φ·N·CU·K/M，其中φ主要表示單個(gè)電氣設(shè)備的光通量；N為系統(tǒng)內(nèi)的燈具數(shù)量；CU表示有關(guān)照明的空間利用系數(shù)；K表示照明設(shè)備的維護(hù)系數(shù)；M為受照對(duì)象的實(shí)際受照面積。在構(gòu)建智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)常采用“插值法”，利用線段形分析方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)照明度標(biāo)準(zhǔn)值的確定。該方法主要是用直線來(lái)替代曲線變化，結(jié)合線性方法，根據(jù)輸入值來(lái)計(jì)算出輸出值。如圖1所示，若是輸入值在（Xi，Yi），那么其對(duì)應(yīng)的數(shù)值就可根據(jù)公式Y(jié)i+Ki（X-Xi）來(lái)計(jì)算，然后結(jié)合線性差值，得出斜率。因此，只有采用足夠大的n，就能夠采用直線來(lái)替代曲線，進(jìn)而獲得較高的計(jì)算精度[2]。

圖1 線性差值方法示意圖

2.3 以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制過(guò)程

現(xiàn)場(chǎng)總線方法是實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備自動(dòng)化控制的重要技術(shù)。在一般建筑或者場(chǎng)地的就地控制中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的啟動(dòng)、開(kāi)啟，需要利用變頻器、軟啟動(dòng)器等控制設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)就地控制信號(hào)的接收以及執(zhí)行[3]。若是考慮到遠(yuǎn)程控制等因素，電氣設(shè)備的啟動(dòng)、停止，還需通過(guò)DP總線信號(hào)以及信號(hào)反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)。在PLC系統(tǒng)中，執(zhí)行相應(yīng)的指令，PLC系統(tǒng)以DP總線中的數(shù)據(jù)為控制基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)有效控制，并呈現(xiàn)控制器設(shè)備在運(yùn)作中出現(xiàn)的故障[4]。

3 智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)建

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到體育場(chǎng)的規(guī)模以及其多元化的功能，為滿足體育場(chǎng)在不同使用條件下的使用需求，智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的多樣性配置，并通過(guò)變配電室的自動(dòng)化控制來(lái)降低體育場(chǎng)電氣設(shè)備的維護(hù)成本、運(yùn)行成本。主要利用Acrel3000構(gòu)建智能管理系統(tǒng)以及電力監(jiān)控系統(tǒng)，采用ACR320ELK網(wǎng)絡(luò)電力儀表實(shí)現(xiàn)對(duì)電量數(shù)值的有效監(jiān)控，采用ARTU-J16實(shí)現(xiàn)對(duì)控制單元的有效監(jiān)控[5]。

系統(tǒng)為常規(guī)的3層結(jié)構(gòu)，為設(shè)備層、通信層及控制層。其中，設(shè)備層主要是由各種控制設(shè)備以及配電柜上的多功能儀表構(gòu)成；通信層通過(guò)RS485總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，并連接現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備以及控制層，同時(shí)由廣電轉(zhuǎn)換器、通信服務(wù)器及以太交換機(jī)構(gòu)成；控制層主要是由通信終端設(shè)備構(gòu)成[6]。

3.2 系統(tǒng)功能

（1）數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理。智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要向用戶提供電氣設(shè)備電力消耗情況，用戶可通過(guò)智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)直觀地獲取各種有關(guān)系統(tǒng)運(yùn)作的數(shù)據(jù)信息。（2）故障報(bào)警。當(dāng)智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備或者系統(tǒng)模塊發(fā)生故障時(shí)，要能夠?qū)崿F(xiàn)直觀的、及時(shí)的聲光告警，并能夠記錄故障相關(guān)信息，為系統(tǒng)的維護(hù)、檢修提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。（3）人機(jī)交互。智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)擁有簡(jiǎn)單、直觀的用戶界面，可顯示電氣設(shè)備的運(yùn)作狀態(tài)、參數(shù)等。（4）權(quán)限管理。賦予不同用戶不同的權(quán)限，避免基層操作人員的誤操作造成重大損失。

4 試驗(yàn)測(cè)試

為進(jìn)一步完善智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能、性能，采用試驗(yàn)的方法，對(duì)體育場(chǎng)館智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)共分為故障告警測(cè)試、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存測(cè)試及事件記錄測(cè)試。

數(shù)據(jù)儲(chǔ)存主要包括基本參數(shù)儲(chǔ)存和當(dāng)前電氣設(shè)備運(yùn)作參數(shù)儲(chǔ)存，所有參數(shù)自動(dòng)保存且在掉電后不丟失，網(wǎng)絡(luò)電表中的電量、需用電量等數(shù)據(jù)在掉電后丟失。同時(shí)，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存還需要包括分項(xiàng)電量、歷史電量及無(wú)功電量等信息內(nèi)容。采用的測(cè)試方法為：根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置結(jié)算點(diǎn)（結(jié)算點(diǎn)需要精確到時(shí)）→自動(dòng)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)→記錄電量數(shù)據(jù)、正反向電聯(lián)該數(shù)據(jù)、無(wú)功電量數(shù)據(jù)及無(wú)功容性電量數(shù)據(jù)等→斷電→接通電源→檢查數(shù)據(jù)。最終測(cè)試結(jié)果表明，數(shù)據(jù)無(wú)問(wèn)題，數(shù)據(jù)內(nèi)容準(zhǔn)確。

智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為給后期的維護(hù)、檢修提供便利，智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)必須要具有良好的事件記錄功能，所以需對(duì)事件記錄功能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試方法為：模擬失壓狀態(tài)30 s→系統(tǒng)記錄（失壓線路、次數(shù)及時(shí)間等數(shù)據(jù)）→模擬三相全失壓→系統(tǒng)記錄（失壓次數(shù)、失壓時(shí)間等數(shù)據(jù)）→檢查數(shù)據(jù)完整性。測(cè)試結(jié)果表明，智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)記錄功能完善[7]。

5 結(jié) 論

智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)于各行各業(yè)發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。目前，智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在我國(guó)智能建筑中的應(yīng)用較為廣泛，并且呈現(xiàn)出一定的應(yīng)用成果。智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)建需要充分考慮到實(shí)際需求，并采用合理的方式，計(jì)算出智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的各項(xiàng)數(shù)值，然后再有針對(duì)性地選擇各層控制結(jié)構(gòu)。文中提出的照明智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)，是智能電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用的一個(gè)縮影，望廣大從業(yè)者加以重視。