電氣自動化控制系統設計研究

摘""要：作為電力系統的重要組成部分，自動化控制系統與電力系統運行狀態關系緊密，為提升系統運行穩定性，創新電氣自動化控制系統設計思路至關重要。為優化電氣自動化控制系統的性能，應基于電氣系統控制需要，分析自動化控制系統結構，明確系統設計要求，提出科學的系統設計策略，確保自動化控制系統性能良好，可用于控制電氣系統，同時擴大系統應用范圍，以供參考。

關鍵詞：電氣自動化""控制系統""系統設計""電氣設備

中圖分類號：U49

Research"on"the"Design"of"Electrical"Automation"Control"System

LIAO"Jianwei

Fujian"Longking"Environmental"Protection"Co.，"Ltd.，"Longyan，"Fujian"Province，"364000"China

Abstract："As"an"important"part"of"the"power"system，"the"automation"control"system"is"closely"related"to"the"operation"state"of"the"power"system."In"order"to"improve"the"stability"of"system"operation，"it"is"very"important"to"innovate"the"design"idea"of"the"electrical"automation"control"system."To"optimize"the"performance"of"the"electrical"automation"control"system，"it"is"necessary"to"analyze"the"structure"ofnbsp;the"automation"control"system"based"on"the"control"needs"of"the"electrical"system，"clarify"the"requirements"of"the"system"design，"put"forward"a"scientific"system"design"strategy，"to"ensure"that"the"automation"control"system"has"good"performance"and"can"be"used"to"control"the"electrical"system，"while"expanding"the"application"scope"of"the"system，"for"reference.

Key"Words："Electrical"automation;"Control"system;"System"design;"Electrical"equipment

社會用電需求量提升，對電力系統運行穩定性提出更高的要求，原有控制系統性能難以滿足要求，會影響供電質量，容易引發系統故障。下文將以某水電站為例，該水電站使用水泵額定電壓為380"V，額定功率為7.5"kW，結合水電使用電氣設備性能，分析電氣系統控制需要，不斷創新系統設計思路，構建性能良好的自動化控制系統，賦予建成系統更高的應用價值，凸顯系統作用。

1""電氣自動化控制系統結構

自動化控制系統即以信息技術替代人工，實現對電氣設備的控制，同時能夠檢測設備的運行狀態，掌握各類電氣設備的運行狀態，并根據系統運行需要，自動調整設備的運行參數，不僅能減輕工作人員的工作壓力，還可降低工作成本。為實現自動化控制系統設計目標，設計系統的總體架構如圖1所示，并按照電氣設備控制需要，確定系統包含的功能模塊，該系統由控制模塊、采集模塊、傳感器模塊與中央控制系統組成，各模塊在系統運行中發揮作用不同，合理設計各模塊可提升系統的性能。該系統中，控制模塊主要用于改變設備的運行狀態，采集模塊用于接收信號，中央控制系統處理接收的信息，對設備運行狀態做出準確的判斷，傳感器模塊通常布設于設備安裝區域，用于采集展現設備運行狀態的信息[1]。

圖"1""電氣自動化控制系統架構

2"""電氣自動化控制系統設計要求

設計電氣自動化控制系統時，要依據電氣設備控制需要，明確系統設計要求，并督促相關人員基于規定，有序開展系統設計工作，系統設計應遵循以下原則。第一，電氣設備為電力系統的重要組成，其運行狀態會影響電力系統運行，為此，在設計控制系統時應注意系統可靠性，使系統各模塊處于獨立狀態，即便其中某一功能失效，也不會影響其他功能運行。第二，強化系統可擴展性。電力系統發展迅速，電氣設備控制需求也會發生變化，工作人員利用該系統控制電氣設備過程中，可豐富系統的功能，使電氣自動化控制系統運行更為靈活，讓所有用戶的用電需求得到滿足。第三，踐行綠色環保的社會發展理念，重視節能設計，通過系統自動化控制電氣設備，減少不必要的能源浪費。第四，不同客戶用電需求存在差異，在設計自動化控制系統時，應分析客戶的需求，以滿足客戶的差異化需求為目標，制訂系統設計方案，保證系統投入使用后，可有效解決電氣設備運行不穩定的問題[2]。

3""電氣自動化控制系統設計策略

3.1""硬件設計

硬件為系統核心組成部分，良好的硬件設計是建設控制系統的基礎，為此應重視控制系統的硬件設計，保證硬件設備性能良好，可支持系統正常運行，為系統功能實現奠定基礎。PLC即可編程控制器，為該系統建設使用主要硬件設備，應根據系統設計目標，選擇合適的PLC用于系統建設，挑選PLC時，應關注該控制器的工作電壓、輸入點數與輸出點數，判斷該PLC是否滿足工作需要，通常情況下，PLC輸入與輸出點數應高于使用需求。變頻器也是自動化控制系統的重要硬件設備，也應按照系統設計目標，確定變頻器的選擇標準，關注變頻器的額定電壓、輸出功率、輸入電流等參數，判斷變頻器性能是否符合標準，性能適宜的變頻器才可用于控制系統設計與建設，否則會影響系統設計成效。在選擇硬件設備后，應考慮電氣設備控制需要，選擇性能適宜的變頻器，如表1所示，并合理設置變頻器運行參數，其中矢量控制與命令通道參數應設置為1，借此設計的系統功能更為豐富，可滿足電氣設備控制需要，凸顯自動化技術在電氣設備控制中的應用優勢[3]。

3.2""功能設計

自動化控制系統設計中，要注意系統功能設計。為此，相關人員需分析電力系統運行特征，確定該系統應具有的功能，完成該系統功能結構的設計，制訂切實可行的系統設計方案，并要求相關人員按照要求設計并建設系統。（1）監控功能為系統的主要功能，系統運行期間，應通過布設的傳感器采集展現設備運行狀態的信息，并可基于采集的信息，分析電氣設備的運行狀態，可對其運行情況做出準確的判斷，將分析結果與預設標準進行比較，判斷設備運行是否出現故障。（2）自動調控功能。系統監測設備運行狀態后，可自動調整設備運行參數，維持設備良好運行狀態，當發現故障時，可自動診斷故障分析原因，并向設備發出指令改變設備運行狀態，最大限度降低設備故障造成的不良影響。（3）合理設計人機交互平臺。工作人員需通過該平臺獲取信息，為提升信息的可讀性，在設計系統時，應注意數據分析功能的設計與實現，當用戶向系統發出指令時，系統可自動處理數據，并以合適的方式向用戶展示數據信息[4]。

3.3""PLC程序編寫

PLC在系統中發揮重要作用，其結構如圖2所示；所選PLC工作電壓為220"V，輸入與輸出點數分別為12、8，性能良好；系統設計過程中，要按照系統運行需要，完成程序的編寫，用于控制PLC的運行方式，只有設計的程序合理，才能彰顯PLC的應用價值。編寫流程如下。首先，對參數進行初始化設置，包括輸入參數、基礎變量、計時器、輸出參數等，并在程序編寫過程中設置注釋，解釋編程的內容，以便在后續程序維護中，理解程序的真實含義。其次，程序編寫踐行模塊化設計理念，保持各功能的獨立性，當電氣控制需求發生變化時，可快速調整程序功能，刪除、增加、修改功能，都不會影響其他功能的正常運行。最后，程序編寫涉及變量的設置，應按照程序編寫規則，設置變量的名稱，使程序具有較高的可讀性[5]。

3.4""集中控制

設計自動化控制系統時，工作人員應轉變設計理念，將電氣設備組成的系統看作統一整體，通過系統設計實現對設備的統一控制，完整采集展現各類運行狀態的信息，掌握所有設備的運行狀態，方便調整電氣設備運行方式。建設DSC控制系統，并注意I/O系統點數設計，控制其總點數低于實際容量，一般設計為2"303個點，而系統總容量為3"100。其中設計兩條生產線點數為486，汽輪機系統點數為494，共用系統占602個點。在實現集中監控功能時，要分析該控制方式的特點，確定該控制方法對系統性能的要求，由于集中控制會使系統功能模塊集中，處理器需承受較高運行負荷，為此在設計系統時，應選擇高容量、高性能處理器，以保證系統能夠正常運行。但該系統設計理念適用范圍較小，對于需控制設備較多，或設備分布分散的情況，不適用該系統設計方法，會影響系統的響應速度，且無法保證分析結果的準確性。確需設計集中控制系統時，務必要按照系統建設需要，合理設計系統的結構，檢驗處理器的性能，確保在系統運行過程中，處理器處于正常運行狀態，工作量在可承受范圍內，降低處理器出現故障的可能性[6]。

3.5""監控功能設計

監控電氣設備運行狀態，是自動化控制系統需具有的主要功能，為此在設計系統該功能時，應注意監控方法的選擇，并確定監控的范圍，確保實現該功能后，可準確掌握設備的運行狀態，及時發現出現故障的設備。分析不同電氣設備的運行原理，識別能夠展現設備運行狀態的信息，選擇合適類型的信息采集裝置，將其安裝在電氣設備室，控制該設備自動采集相關信息，并合理設計信息采集頻率，作為系統判斷設備運行狀態的基礎。借助通信設備監控電氣設備運行狀態，通過網絡控制通信設備，按照系統預設標準，自動操控各通信設備的運行狀態，遠程采集監控信息，同時將信息由網絡傳輸至系統，不僅能夠保證數據采集結果的準確性，還可以有效降低監控成本。同時，設計用于現場監控的機器人，通過自動化控制系統操作智能巡檢機器人的運行方式，設計巡檢路線，以機器人替代人工完成巡檢工作，采集展現設備運行狀態的信息。相較于人工巡檢，機器人采集的數據更為準確，且能夠快速傳輸至系統[7]。

3.6""繼電保護設計

繼電保護設計系統為自動化控制系統的主要子系統，該功能的實現，既能夠幫助工作人員檢驗繼電保護設計方案的合理性，又可自動優化設計方案，處理后的設計方案科學性更高。應為設計人員提供設計平臺，簡化工作人員設計繼電保護方案的流程，可直接建立相應圖紙，選擇合適的組件直接在平臺中完成圖紙的設計，減輕設計人員的工作壓力，同時避免設計方案中出現錯誤。系統在讀取設計方案后，應利用信息技術自動分析設計方案，判斷設計方案的合理性，幫助設計人員快速發現設計方案中存在的問題，并在實施方案前修正設計方案。

3.7""同步開斷

控制系統線路開斷狀態，也是控制電氣設備運行狀態的主要方式，設計自動化控制系統時，也應引入該控制理念，豐富系統的功能，監控電氣設備的運行狀態，并基于采集的信息，自動判斷設備運行狀態，改變線路開關的開閉狀態。該功能主要檢測設備瞬態過電壓，當該電壓超過標準時，系統可迅速做出響應，通過改變線路開閉狀態，限制瞬態過電壓的提高，以免瞬態過電壓過高，導致電氣設備被損壞。相較于傳統控制模式，該控制模式更為靈活，可改變設備的絕緣強度，控制系統運行成本下降，無須投入大量資金與精力用于系統維護，更符合電力行業發展需要。除此之外，基于該理念設計的自動化控制系統，控制方式更為靈活[8]。

4""結語

綜上所述，電力行業發展過程中，電氣自動化控制系統發揮重要作用，科學完成該系統的設計，可提升建成系統的可靠性。相關人員要關注行業發展趨勢，學習先進的系統設計理念，適應電力系統控制需要，科學設計系統的功能，構建適用性更強的電氣控制系統，優化電力系統的控制模式，降低電力系統運行中出現故障的可能性。

參考文獻

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[2]任慧超.電氣自控技術在工廠的應用分析[D].濟南：山東大學，2019.

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[6]徐煥宇.基于PLC的電氣自動化控制水處理系統設計[J].造紙裝備及材料，2022，51（10）：40-42.

[7]章偉強.智能化技術加持下的電氣自動化控制系統設計與實現[J].電氣時代，2022（7）：96-99.

[8]焦迎雪，聶秀珍.基于PLC控制系統的電氣自動化設備設計研究[J].造紙裝備及材料，2022，51（1）：28-30.