智能化电气设备的应用设计研究

张达

（石家庄常丰环境工程有限公司，石家庄050000）

1 引言

电气自动化过程中，最为复杂的工作是电气化操作，它流程复杂，专业性强，且具有一定的危险性。因此需要具有足够专业知识与经验的技术人员才能执行，否则容易出现失误，造成巨大影响与损失。智能化技术的出现能够很好地解决这一问题，智能化操作精准，效率高，且代替了人工，减少了对人员生命的威胁，因此智能化电气设备的设计研究是世界范围内都十分重视的问题。

2 电气设备智能化技术的优势

2.1 大范围实时监控

随着电力行业的发展，电力系统中设备的种类、精密程度、数量都有了大幅度增加，这也为电力系统带来了更多隐患。为了保证电力系统的正常运行，实时监控是必不可少的。智能化技术能够通过网络系统和智能检测技术与设备，采用“信息收集—信息处理—反馈—调节”的流程，对电力系统各个环节的运行状况进行监测，并及时反馈系统中的反常，做出合理的处理，防止出现故障。通过智能化技术能够最大限度地监测到电力系统中的各个设备，并通过收集的信息判断设备是否需要检修，如果设备出现故障，也能在最短时间内做出应急处理，降低故障损失。

2.2 提高电气设备效率

智能化技术应用的一大优势就是高效运行，通过联网系统，控制中心的指令能够精确、快速地传递到设备终端并执行，这样通过控制中心就能对电气系统中的各个设备进行管理与控制，实现设备的高效运行。中心控制能够对系统中大部分电气设备进行分析了解，及时发现系统运行中的问题并进行处理，减少了故障的出现，提高了设备的使用效率。

2.3 增强联动性能

智能化系统能够实现对多设备的共同控制，通过系统，控制人员也能对各个设备的运行现状进行综合分析，进而下达综合性的控制指令，加强设备之间的联动。该能力针对安全防护、消防、照明等系统更能显示优势，控制中心可以将以上系统集成为综合控制管理系统，在需要时用最短的时间控制各个系统依次执行命令。

2.4 提高安全性能

电气系统对安全性的要求很高，一方面电气设备稳定运行对环境的要求很高，高温等环境变化对电气设备的影响很大；另一方面，电气设备本身就存在危险，出现故障时很容易对周边造成严重破坏。智能化技术的应用能够为电气设备加上一道“防护墙”，也能在电气设备周围环境发生不良变化时及时做出反应，或者直接关闭其运行以免造成更严重的后果。此外，智能化技术的应用也能监测设备本身的运行状态，及时对设备损耗、设备运行问题做出反应，以免设备超负荷运行导致设备报废甚至引发灾难。

3 智能化电气设备的整体构思

3.1 集成性的支撑控制平台

智能化电气系统应当包含两个部分：应用软件和支撑平台。应用软件包括大量子系统，实现终端命令执行、操作、指令传输等功能。支撑平台则包括各种数据库、报表与分析计算系统、互联网络等。随着集成电路技术的发展，在电气设备智能化设计过程中可以将应用软件与支撑平台统一在一个系统当中，方便对电气系统的整体管理。

3.2 数据共享系统

数据共享可以让各个终端的控制人员对终端设备和相关链的设备进行整体了解，方便各个设备之间的联动与相互配合。

3.3 实时更新数据库

数据库是智能化控制的基础与支撑，因此其数据必须保持先进，可以为数据库加入定时更新指令，不仅是本系统内的数据，其他区域电力系统的数据与案例也可以拿来作为参考，强大的数据库才能为智能化控制提供更加合理、准确的判断与指令建议[1]。

3.4 实时信息通信系统

智能化电气系统的实时信息通信表现如下：第一，在终端设备上要能实时采集设备运行以及周围环境的信息并传达至控制中心；第二；其他相关设备的数据也能实时共享；第三，控制中心的命令与建议必须要实时传递到终端，且终端必须要实时反馈。实时信息通信时保证智能化电气设备能够实现稳健、高效运行的必要条件。

4 智能化电气设备的设计思路

4.1 操作系统设计

随着微处理器（CPU）功能的不断强大，绝大多数情况下，微处理器控制系统中接有多个子系统，即微处理器需要同时处理多个任务。CPU 在处理多个任务时，需要采用合适的任务调度方式。目前，任务调度方式主要包括占先式、时间片轮转、抢占式以及非占先式。占先式的调度方式在操作系统中应用最为广泛。此方式可以使芯片根据任务的优先等级调度任务，使多个任务能够得到及时处理，从而保障系统数据传输的实时性。

4.2 任务的划分和设计

系统在处理任务时需要根据优先级调度任务。同样，在任务划分和设计时，需要对任务的优先级进行设定。所有任务在CPU 中等待处理时，都处于等待状态。当被其他任务中断等唤醒后，它将会转换成就绪状态。就绪状态是指任务已经准备就绪，随时可以运行。由于进行了任务的优先级设计，任务从就绪状态到运行状态还需要经过系统的优先级审核，而任务将会依据优先级的高低依次进入运行状态。

4.3 嵌入式实时操作系统设计

智能化电气设备的实时性主要依靠系统采用占先式的优先级调度方式实现，而传统的操作系统无法实现，这也是采用CPU 的嵌入式与传统的操作系统的本质区别。虽然优先级高的任务具有较高的优先等级，但是优先级只有任务需要时才会被激活。因此，操作系统在处理任务时优先级任务所需要占用的时间非常少。嵌入式操作系统信息传输过程中无法对优先级任务进行识别，导致信息在操作系统传输中具有不确定性。因此，在嵌入式系统中将优先级较高的任务设计成优先通过，即与CPU 任务优先级设计一样，这样不但可以有效减少信息传输的不确定性，而且只有需要时才激活优先级传输[2]。优先级传输所占用的时间较少，可降低传输网络中一些不必要的响应。

集中在嵌入式操作系统中的所有子系统与控制系统进行数据传输和交换时，都采用优先级设定时，当拥有优先级较高的任务需要进行传输交换时，无论此时是否在进行传输任务都会中断，并立即激活优先级别最高的传输任务，从而降低信息传输过程中的不确定性，有效实现控制系统的实时性。

5 电气设备智能化设计的注意事项

5.1 电气设备负荷设计

区域供电负荷既要从专业角度和经济性出发考虑，也要考虑到负荷分配布局与降压配变中心的位置，并通过计算找到最佳的配电系统结构。在具体计算过程中，应采用假想性的连续电荷，按照可靠性能与影响程度进行分级再设计设备配置。日常工作中也应根据工作实际情况对电气设备进行分组，计算出每组设备的用电负荷，进行合理的配置，以期达到最佳运行状态[3]。此外，电气设备配置还应考虑到设备的运行条件和质量要求，运行条件是指设备所处的环境与系统中的位置。质量要求则是指系统运行过程中对设备所产生的电压、电流等负荷。

5.2 智能化设计

电气设备智能化设计需要考虑电流波动、继电保护、二次结线设计等因素，假设短路电流可以按照无限容量供电系统供电进行计算，进一步进行改善和优化。要想保证配电设备供电数值的可靠性，就需要通过一系列技术消除影响因素，减少故障发生。一旦故障发生，智能化系统能够迅速做出处理，将损失降到最低，保障设备未损坏部分仍能继续运行，并对设备当前的情况进行报告和预警，通知工作人员及早进行处理。智能化设计就是通过互联网、新电气技术、检测技术等相结合，在设备出现问题时及时做出最合适的处理，将影响降至最小。