探討電氣自動(dòng)化儀表與自動(dòng)化控制技術(shù)

崔金山 孫文志

（山東魯泰化學(xué)有限公司 山東濟(jì)寧 272300）

電氣設(shè)備功能的實(shí)現(xiàn)需要依靠自動(dòng)化控制技術(shù)的有效支持，做好自動(dòng)化控制技術(shù)的研究，提升自動(dòng)化控制技術(shù)水平，已成為當(dāng)前化工行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。近年來，隨著電氣自動(dòng)化行業(yè)不斷發(fā)展，很多企業(yè)為提升自身在市場中的競爭力，都在積極開發(fā)智能化的電氣控制系統(tǒng)，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)［1］。目前，市場上使用頻率最高的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)是可編程邏輯控制器，其具有較強(qiáng)的智能化特點(diǎn)，同時(shí)，其監(jiān)控功能在實(shí)際工作中也具有較為良好的實(shí)用性，為電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。為進(jìn)一步創(chuàng)新電氣自動(dòng)化儀表設(shè)計(jì)及自動(dòng)化控制技術(shù)，相關(guān)工作者有必要加強(qiáng)對先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，優(yōu)化電氣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。

1 電氣儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能概述

電氣儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能具體包括以下3個(gè)方面。

1.1 智能監(jiān)控

在實(shí)際工作中，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)涉及的工作通常是比較廣泛的，如監(jiān)測工程所在的環(huán)境、周邊工程的生產(chǎn)建設(shè)情況等［2］。在監(jiān)測過程中，監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器會(huì)發(fā)揮作用，考慮到目前監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)作環(huán)境非常復(fù)雜，在設(shè)計(jì)監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，建議相關(guān)工作者加強(qiáng)對各種傳感器的合理選擇，把控好傳感器的性能，以滿足系統(tǒng)的運(yùn)行要求。由于系統(tǒng)具有智能化特點(diǎn)，在對信息的接收、傳輸過程中，需要用到紅外收發(fā)模板與發(fā)光二極管兩個(gè)設(shè)備，二者相輔相成，共同依據(jù)信號源的提示，記錄好各種數(shù)據(jù)信息。此外，光敏三極管也是這一系統(tǒng)的重要組成部分，一般來講，信號源接收的光線是紅色光，由紅外發(fā)射管發(fā)出。因此，為保證電氣自動(dòng)化儀表的正常運(yùn)作，工作者必須加強(qiáng)對設(shè)備信號接收、傳輸性能的管理，采取一定的措施，保證信號能夠被正常傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，如加強(qiáng)對警戒線的排查等。

1.2 自動(dòng)控制與保護(hù)

這一功能的正常運(yùn)作主要依賴于分閘與合閘。在實(shí)際工作中，一些體積較大的電氣自動(dòng)化儀表，其控制系統(tǒng)承載的電流與電壓通常也較大，因此，工作人員有必要加強(qiáng)對供電系統(tǒng)的調(diào)控，為其裝設(shè)自動(dòng)化的控制技術(shù)設(shè)備。在設(shè)備正式運(yùn)行前，還應(yīng)檢查設(shè)備的性能，避免存在故障，導(dǎo)致電氣自動(dòng)化儀表無法被正常啟動(dòng)［3］。

1.3 測量功能

測量功能也是電氣儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要功能之一。目前，市場上的電氣設(shè)備大多都裝設(shè)了指示燈與信號燈，在日常工作中，這些部件傳達(dá)的信息通常僅包括電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行穩(wěn)定性等，不包括電氣系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，因此，設(shè)備使用者很難全面、具體地評判電氣設(shè)備的運(yùn)行情況。在安裝、維修設(shè)備時(shí)，技術(shù)人員也需采用特定的儀器對設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)展開測量，一般會(huì)從P、U、I 這3 個(gè)層面測量，效率較低［4］。目前，對電氣儀表設(shè)備的測量，已不再延續(xù)傳統(tǒng)的人工測量手段，智能測量技術(shù)在電氣儀表安裝、維修、管理中的應(yīng)用率越發(fā)提升，相應(yīng)地，測量功能也就成為了電氣儀表自動(dòng)化系統(tǒng)繼保護(hù)控制功能、監(jiān)控功能外的第三功能，這對于保障儀表設(shè)備的運(yùn)行效率、提升儀表參數(shù)測量精準(zhǔn)性而言，顯然有著重要的意義。

2 傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化儀表及自動(dòng)化控制技術(shù)概述

2.1 傳統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)思路

近年來，自動(dòng)化技術(shù)不斷發(fā)展，對新型電氣自動(dòng)化儀表的開發(fā)也被提上了日程，相關(guān)工作者有必要加強(qiáng)對傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化技術(shù)設(shè)計(jì)思想的學(xué)習(xí)，在此基礎(chǔ)上，不斷推陳出新，有所創(chuàng)新。具體而言，傳統(tǒng)電氣儀表的工作目標(biāo)通常是保護(hù)電氣設(shè)備不受損壞、保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。很多工程項(xiàng)目在施工時(shí)都非常重視對電氣設(shè)備的安裝，而在這一過程中，使用電氣自動(dòng)化儀表，可幫助工程方獲得更為良好的電氣設(shè)備管理效果［5］。結(jié)合實(shí)際情況，可將傳統(tǒng)電氣設(shè)備設(shè)計(jì)思路概括為如下兩點(diǎn)。首先，應(yīng)依據(jù)用電設(shè)備的性能、構(gòu)造情況，設(shè)計(jì)電氣設(shè)備，尤其應(yīng)當(dāng)把控好設(shè)備在電荷、分布等方面的特征，可結(jié)合高低電壓波動(dòng)情況，設(shè)置好性能參數(shù)，完成對保護(hù)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及對二次計(jì)量中配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。其次，在工藝控制與自動(dòng)化系統(tǒng)等方面，工作人員應(yīng)具體分析用電設(shè)備的末端控制條件，在此基礎(chǔ)上，完成一系列工作，如電氣安裝、電纜敷設(shè)等。

2.2 傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化控制技術(shù)設(shè)計(jì)思路

在實(shí)際工作中，對電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并不是無章可循。工作人員可依據(jù)工藝控制與檢測設(shè)備的分布情況進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，一方面提升電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，另一方面為電氣設(shè)備的運(yùn)行帶來可靠的保障［6］。此外，在正式開工前，相關(guān)工作者還應(yīng)加強(qiáng)對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造及內(nèi)容的控制，一般來講，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對儀表系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、用電設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)性能要求，編制流程圖，監(jiān)控軟件動(dòng)態(tài)，并完成對電纜、信號輸出輸入的設(shè)計(jì)等。

2.3 傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)組成部分

通常情況下，傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)包括控制網(wǎng)絡(luò)、軟件管理、儀表、執(zhí)行器、控制器、計(jì)算機(jī)等眾多輔助項(xiàng)目，其功能主要為管理、控制電氣設(shè)備。在眾多類型的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，三級自動(dòng)控制系統(tǒng)最為常規(guī)和典型，其現(xiàn)場設(shè)備連接在自動(dòng)控制系統(tǒng)與各種電氣設(shè)備之間，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，工作人員可利用這一設(shè)備采集系統(tǒng)信號、收集數(shù)據(jù)信息并對信息進(jìn)行一定的處理。同時(shí)，如下幾種設(shè)備在現(xiàn)場也較為多見：（1）可編程序控制PLC；（2）過程控制產(chǎn)品［7］。此外，現(xiàn)場設(shè)備的電氣組成成分在種類上亦是十分豐富的，一般可依據(jù)其功能將其大致劃分為保護(hù)設(shè)備、接收設(shè)備、管理設(shè)備等。實(shí)際運(yùn)行中，可利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、軟件平臺等，管理電氣設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息。以下詳細(xì)介紹傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的幾個(gè)重點(diǎn)組成部分。

2.3.1 中央控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)由微機(jī)控制，與信息系統(tǒng)結(jié)合在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣系統(tǒng)的綜合控制，具有接口多、精細(xì)化、集成化等多種特點(diǎn)。相較于人為控制手段，此種電氣自動(dòng)化控制手段的優(yōu)勢在于控制效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、精確度好，有助于維護(hù)電氣設(shè)備系統(tǒng)的功能安全與運(yùn)行穩(wěn)定性。此外，該系統(tǒng)使用的控制技術(shù)還具有一定的實(shí)時(shí)性，一旦電氣設(shè)備因功能障礙等因素而出現(xiàn)安全隱患時(shí)，中央控制系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間發(fā)出安全控制指令，指導(dǎo)技術(shù)人員結(jié)合系統(tǒng)提示信息，采取措施維修電氣設(shè)備。

2.3.2 PLC模塊

PLC 模塊是技術(shù)含量很高的控制技術(shù)，尤其表現(xiàn)在對元器件的選擇上，原則上來講，對這些元器件的選擇，必須符合PLC 模塊的運(yùn)作要求，同時(shí)，技術(shù)人員還應(yīng)為各個(gè)元器件賦予一定的屏蔽系統(tǒng)作為支撐。需要注意的是，在設(shè)計(jì)這一模塊時(shí)，為最大化發(fā)揮各元器件的功能，技術(shù)人員需采取合適手段，避免元器件受到電磁干擾，因此，在元器件生產(chǎn)環(huán)節(jié)，有必要依照設(shè)計(jì)要求，加強(qiáng)生產(chǎn)參數(shù)控制。生產(chǎn)完畢后，還應(yīng)及時(shí)執(zhí)行質(zhì)量檢測，對于不合格的元器件應(yīng)直接返廠。實(shí)際運(yùn)行中，PLC模塊所具有的優(yōu)勢是其他技術(shù)所不能比擬的，如面積小、安裝簡便等，在很大程度上提升了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的安裝、運(yùn)行效率，同時(shí)也有利于促進(jìn)電氣領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

2.3.3 通信模塊

此模塊的主要功能為采集、管理、存儲數(shù)據(jù)，并將處理好的數(shù)據(jù)信息傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制。此種技術(shù)以通信技術(shù)為支撐，類似于TCP協(xié)議，是利用網(wǎng)絡(luò)平臺傳播、控制電氣信息的技術(shù)。此模塊的應(yīng)用原理以光纖技術(shù)為載體，利用通信技術(shù)，將誤碼率傳輸至具體的電氣儀表之中。技術(shù)人員可利用通信模塊，實(shí)現(xiàn)對電氣資源的有效共享，不斷提升電氣儀表信息傳遞、管理的精確性與高效性。

3 電氣自動(dòng)化儀表與自動(dòng)化控制技術(shù)的新設(shè)計(jì)思想

3.1 基礎(chǔ)條件

近年來，與電氣設(shè)備有關(guān)的技術(shù)得到了一定程度的發(fā)展，呈現(xiàn)出明顯的扁平化、網(wǎng)絡(luò)開發(fā)化、電氣智能化特征，為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想帶來了全新的參考依據(jù)。以下詳細(xì)分析電氣儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)新設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)條件。

3.2 嵌入式技術(shù)的發(fā)展

近年來，嵌入式技術(shù)得到了一定程度的更迭，在電氣控制中有著較高的應(yīng)用率與較為廣闊的應(yīng)用面。目前，很多企業(yè)設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)都應(yīng)用了此種技術(shù)，其核心為Ethemet，這彰顯了這類技術(shù)在近期及未來的發(fā)展方向。同時(shí)，電氣儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合程度越來越深，相關(guān)工作者可以利用傳感器等設(shè)備，將位于現(xiàn)場的電氣設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)對執(zhí)行器的操作及管理，這也離不開對嵌入式技術(shù)的應(yīng)用［8］。此外，隨著相關(guān)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，監(jiān)控設(shè)備的發(fā)展方向也產(chǎn)生了一定的變化，狀態(tài)性特征越發(fā)明顯，狀態(tài)診斷技術(shù)的作用日漸凸顯，在很大程度上提升了現(xiàn)場設(shè)備的信息傳遞質(zhì)量。為建立更為良好的狀態(tài)監(jiān)測點(diǎn)，有必要實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的緊密連接，讓報(bào)警系統(tǒng)能夠獲得更為良好的運(yùn)作。

3.3 現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)階段，現(xiàn)場總線技術(shù)正朝著網(wǎng)絡(luò)化、信息化的方向發(fā)展，在技術(shù)管理上，也越發(fā)呈現(xiàn)出集約化特征。設(shè)備及自動(dòng)控制系統(tǒng)的智能化是此項(xiàng)技術(shù)最為關(guān)鍵的發(fā)展目標(biāo)，在實(shí)際工作中，為實(shí)現(xiàn)對設(shè)備信號的精準(zhǔn)傳遞，系統(tǒng)通常需轉(zhuǎn)換信號的格式并對其實(shí)施分散控制，此功能也是建立在數(shù)字化技術(shù)、智能化技術(shù)的發(fā)展之上。

3.4 設(shè)計(jì)思想

以下詳細(xì)分析新設(shè)計(jì)思想的內(nèi)容與特點(diǎn)。小型PLC控制器是最為典型的就地控制設(shè)備，此外，嵌入式控制裝置也是目前較為常見的就地控制設(shè)備。為提升電氣自動(dòng)化儀表運(yùn)行的可靠性，有必要對設(shè)備進(jìn)行一次性的電氣設(shè)計(jì)，即就地控制用電設(shè)備，再對高低壓配電設(shè)備實(shí)施一次電氣設(shè)計(jì)，具體的設(shè)計(jì)要求可參考工藝控制的設(shè)計(jì)要求，在應(yīng)用這項(xiàng)設(shè)計(jì)思路的前提下，工作人員在設(shè)計(jì)時(shí)無需再考慮預(yù)留的互聯(lián)網(wǎng)。對不同電氣的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)流程上通常具有一定的區(qū)別。例如，在過去很長一段時(shí)間內(nèi)，若系統(tǒng)硬件未定牌，相關(guān)工作者不應(yīng)開始系統(tǒng)施工，但現(xiàn)今對系統(tǒng)進(jìn)行施工則無需等待定牌工序，因此，可以說新設(shè)計(jì)思想的出現(xiàn)顯著簡化了電氣自動(dòng)化的設(shè)計(jì)流程與施工工序。

有必要結(jié)合新設(shè)計(jì)思想的內(nèi)容及特征，探討其與未來新技術(shù)的融合情況。現(xiàn)如今，控制管理系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)出了一定的開放性特點(diǎn)，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也越發(fā)呈現(xiàn)出扁平化特征，但數(shù)據(jù)信息共享仍然是這兩類系統(tǒng)的主要功能，相關(guān)工作者應(yīng)加強(qiáng)對此類技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用，以控制電氣自動(dòng)化施工成本［9］。現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展離不開嵌入式控制裝置的良好運(yùn)作，建議相關(guān)工作者結(jié)合實(shí)際需求，調(diào)整好設(shè)備的在線、離線狀態(tài)。總之，值得期待的是，隨著電氣自動(dòng)化儀表與自動(dòng)化控制技術(shù)的日益更迭，電氣設(shè)備自動(dòng)化工作效率會(huì)日漸提升，這有利于滿足大眾對電氣的需求。

4 結(jié)語

綜上所述，21世紀(jì)是信息技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)代，各行各業(yè)都在積極探索對智能化技術(shù)的應(yīng)用，隨著時(shí)代的進(jìn)步，對電氣系統(tǒng)的創(chuàng)新也逐步提上日程。電氣自動(dòng)化儀表與自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用不僅能提升各類設(shè)備操作的智能化水平，還能大大提升各類電氣設(shè)備使用的安全性與穩(wěn)定性，在提升工業(yè)生產(chǎn)效率方面發(fā)揮著巨大作用。當(dāng)前，電氣設(shè)備的功能普遍較為先進(jìn)，很多設(shè)備在經(jīng)過一系列創(chuàng)新變革的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)出明顯的集成化、自動(dòng)化特點(diǎn)，但對電氣自動(dòng)化儀表及自動(dòng)化控制技術(shù)的研發(fā)與推廣還具有明顯的滯后性，因此，在之后的工作中，相關(guān)工作者有必要加強(qiáng)對這類工作的創(chuàng)新，提升對嵌入式技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的利用率。同時(shí)，施工人員也應(yīng)不斷提升對電氣系統(tǒng)的施工水平，各方應(yīng)形成合力，共同實(shí)現(xiàn)對電氣系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)扁平化發(fā)展。