电气自动化控制系统设计

周 超

（贵州开磷控股集团有限责任公司，贵州开阳 550302）

电气自动化控制系统设计

周 超

（贵州开磷控股集团有限责任公司，贵州开阳 550302）

当前，信息技术发展迅速，相应的控制技术、网络技术、显示技术以及现代通信技术在各个领域中均得到了广泛应用。近些年，我国电气智能化发展势头不容小觑，电气系统与设备控制要求不断提高，对此必须做好电气控制系统自动化设计，确保其简单可靠、可操作性强。首先分析了电气自动化控制系统及其设计流程，其后根据“分散控制、集中监控”思想，就基于工业以太网的远程电气控制自动化系统设计展开了具体分析。

电气自动化控制系统；设计流程；远程控制系统

近些年，我国电气技术实现了跨越式的发展，在实际工作中，应严格按照网络技术发展情况，开展电气自动化控制系统设计，确保系统综合管理水平得以有效提高，减少后期的维护量。电气自动化控制系统设计需走专业化道路，做到分散控制与集中监控的结合，确保电气系统功能更为完善。

1 电气自动化控制系统及其设计流程

1.1电气自动化控制系统功能

电气自动化控制系统的应用目的在于确保主回路线路安全、可靠地运行，其具体功能包括以下三个方面。

1.1.1自动控制功能

电力自动化控制系统的一大重要应用功能在于，设备故障时，能够利用开关将电路及时切断，防止出现安全事故。

1.1.2监视功能

在电气自动化控制系统中，无法通过肉眼看出自变量，所以需要通过传感器监视各种视听信号，以便实时掌握系统变化情况。

1.1.3保护功能

电气设备运行过程中，故障是难以避免的，因此电气自动化控制系统必须能够及时监测故障信号，并加以自动保护[1]。

1.2电气自动化控制系统设计流程

电气自动化系统设计是否科学合理，直接影响到电力设备的运行安全性，因此规范化的设计流程十分必要，具体如下：①根据具体控制要求，确定设计方案；②确定控制算法，选择微型计算机，制定相应的总体设计内容；③软、硬件设计。电气自动化控制系统设计较为复杂，需严格按照流程开展设计工作，并结合实际情况，综合对比集中监控、远程监控以及现场总线监控三种方式，以确保控制系统应用实效性。a）集中监控方式，其主要优点在于维护方便，控制站防护设计要求较低，因此系统设计相对较为简单。但是，由于需要将各大功能集中于一个处理器进行处理，处理速度必然受到影响[2]。b）远程监控方式，其利用网络将管理员与需被控制计算机相连接，实现异地控制，优势在于能够大量节约电缆，组态灵活、可靠性高。但是，在部分情况下，由于电气部分通讯量较大，导致通讯速度受到影响。c）现场总线监控方式，各装置可利用网络连接，可靠性高，同时节约了电缆，成本较低。

2 电气自动化控制系统设计

基于“分散控制、集中监控”思想，传统的DCS控制方式已经无法满足越来越复杂的电力设备使用需求，下文提出了基于工业以太网的远程电气控制自动化系统设计，并展开了具体分析。

2.1实现方式

基于工业以太网的远程集控系统内，每一个节点均是一个智能设备，其内均设置了微处理器，主要包括以下功能：①采样；②A/D转换；③线性化；④校正；⑤运算处理；⑥报警判断；⑦PID控制。在实际应用中，仅需要按照控制系统结构与控制策略需要的功能块和具备的功能块库条件，对功能块加以分配，同时利用组态软件，连接功能块，即可达到常规控制目标，并将传统DCS站内的简单控制功能直接下放至现场，实现“分散控制”。

在远程电气控制自动化系统设计过程中，需注意控制变量内存在较多逻辑量控制变量，其应用目的在于确保辅机在开启/停止时，电气设备能够遵循规定的顺序开展动作，并保证设备间的保护、顺控。此外，在实际应用中，辅助车间工艺多数采取的是顺序控制，因此PLC十分适用。在对PLC进行选型时，应充分考虑现场通讯协议，保证其可操作性[3]。

2.2远程控制系统层次架构设计

远程控制系统主要可以分为远程信息管理层、网络层、设备层，各层次架构设计具体如下所示：

2.2.1远程信息管理层

该层主要应用于数据集成，从而支撑电气设备管控一体化，实现电力设备管理和生产自动化的有机集合。利用管控一体化系统实现电力设备调度，并下达相应的安全生产操作指令，有效应对故障、突发事件。远程信息管理层能够实现各类与生产有关的信息的集成，并通过管控服务器采集相应的数据，保证管控信息准确、实时。此外，在现场监控站、远程管理监控中心设置若干大屏幕，以全方面监控设备运行工况，并加以指挥。

2.2.2网络层

该网络层应用的是光纤工业以太网结构，能够在同一时间接入不同协议数据，即各个子系统。数据传输平台使用的是以太网与现场总线传输链路，确保数据网络化传输。

2.2.3设备层

该层连接的是被控电气设备，主要功能在于确保本地单元设备运行控制，实现基本保护，实时显示控制状态。此外，利用局域网、远程信息管理层中央调度室实现数据的双向传输，从而达到本地控制和远程集控有机结合的目的。

2.3嵌入式控制集控系统设计

在对软件平台进行设计时，使用嵌入式实时操作系统μClinux，实现系统多任务的有序调度、科学管理。对于多任务操作系统而言，其主要是通过任务调度函数实现各项任务的合理排序与及时处理。首先，调度函数会对就绪任务的优先级进行排序，优先级最高则最先处理，依次进行。根据任务划分原则与集控系统要求，应用软件任务主要包括以下几种：

（1）测控基本功能实现任务，其具体包括以下几个方面：①测量任务；②数据预处理任务；③驱动输出任务等等。此类任务的实时性与可靠性要求较严，因此优先级高，其中测量属于是最高优先级任务。

（2）保护功能任务，此处的保护功能主要指的是报警功能，因此需要尽快完成，以便及时处理设备运行故障。

（3）人机交互功能，其具体包括以下几个方面：①键盘响应；②显示器显示。此类任务的优先级最低。

任务系统的完成需要两大程序：一是本地数据采集程序；二是网络服务程序。

本地数据采集程序的应用目的在于采集外部信号，并将所得数据传输至数据处理模块，通过数据处理模块进行数字滤波，然后利用数据保存模块将公共缓冲区内数据保存至Flash内。此外，键盘模块的应用功能在于实现用户对现场设备的有效控制，对采集数据进行设定[4]。

网络服务程序主要包括两大部分：一是嵌入式Web server程序；二是CGI程序。其中，嵌入式Web server程序属于是后台的守护进程，主要应用于网络客户请求的监听，一旦有用户通过浏览器对本地系统进行请求，则CGI程序随之启动，对请求进行转化，令服务器能够及时识别、处理，当处理工作完成后，CGI程序则将结果进行转化，令web浏览器可识别，并传输到客户端，完成交互操作。

3 结语

综上所述，电气自动化控制系统设计是一个较为复杂的过程，需要在系统成本、灵活性、可用工具等多个方面做出一个权衡，确保其实际应用效果。本文仅以基于工业以太网的远程电气控制自动化系统设计为例，展开了具体分析，该系统运行可靠性高、实时性强，实现了远程监控与本地操作的有机结合，在工业控制领域应用前景十分广阔。

[1] 刘国智.论电气自动化控制系统的设计思想[J].科技致富向导，2011，（11）：9.

[2] 王金亮.人工智能技术在电气自动化控制系统中的应用研究[J].科技致富向导，2012，（30）：315-316.

[3] 范铁锤.PLC在电气自动化控制系统中应用范例[J].自动化应用，2012，（7）：11-13.

[4] 刘世阳.电气自动化控制系统的设计的相关探讨[J].现代经济信息，2013，（15）：422.

Electrical Automation Control System Design

Zhou Chao

At present，the rapid development of information technology，the corresponding control technology，network technology，display technology and modern communications technology in various fi elds have been widely applied.In recent years，China’s development of intelligent electrical momentum can not be underestimated，electrical systems and equipment control requirements continue to increase，which must do the electrical design automation control system to ensure that it is simple and reliable，easy to operate.This paper analyzes the electrical automation control system and its design process，and thereafter in accordance with “decentralized control，centralized monitoring，” thinking，based on industrial Ethernet remote electrical control system design automation launched a specifi c analysis.

Electrical automation and control systems；design process；Remote Control System

TM762

A

1003-6490（2016）01-0070-02

2016-01-24

周超（1985—），男，贵州水城人，助理工程师，主要研究方向为工业自动控制系统设计和实际应用。