自动化控制中弱电控制强电的方法分析

管伟智

（云南铜业股份有限公司西南铜业分公司，云南 昆明 650102）

弱电控制有两个优点，即容易控制和安全性高，因此在强电系统中得到了广泛的应用，不仅对强电系统运行时的安全有了保障，还大大方便了实际操作，一举两得。自动化控制中的弱电对强电的控制已经出现了多种方法，并且在具体的实践中也有了不错的成效，但是并不能满足于此，因为仍有许多不足之处需要完善。

1 电气自动化控制概述

电气自动化实现控制主要通过以下四个方面：第一，电气自动化发展平台。计算机信息技术是实现自动化控制最基本的支撑，在电气控制中，弱电控制强电也是通过Windows技术来实现自动化控制的，除此之外，OPC平台也发挥了重要作用。第二，可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC）。这种产品在电气设备中有很大的适用性，但是必须保证两者的兼容性，接口必须是统一的。在弱电控制强电系统中，标准接口的应用可以使PLC的应用范围更加广泛，随之提高电气自动化程度。第三，在弱电控制强电系统中，Windows平台可以提供相应的技术。在利用平台的过程中，会结合很多微软技术，比如，PC技术以及其他信息技术。第四，实现弱电控制强电必须通过相应的系统和线路，因此对现场的系统及总线需要进行合理的安排和管理，保证信息能够双向传输。相关的工作人员需要检查两者之间的连接形式，确保不会出现并联的情况。现场的总线系统是由总线以及控制系统组成的。此外，工作人员可以借助电缆等方式将电气自动控制的范围及距离进一步扩大，非现场的工作人员可以借助信息显示器对电气设备进行远程自动控制。

2 自动化控制中的弱电和强电

研究自动化控制中的弱电如何控制强电，就必须明确弱电与强电各自的范围及其作用。首先，自动化控制中的强电是指电压达到220V和380V以及10000V以上的用电设备，这是按照电压的等级进行划分的。在电力运输过程中，强电最突出的特点就是动力传输。强电是通过电线路进行电力传输的，广泛应用在可以供配电系统中的照明系统、市电系统。但是由于强电本身的局限性，运用强电进行单一的自动化控制无法满足电力企业对发展的要求，因此强电的不便操作和不安全性等缺陷问题急需解决。

弱电的定义是安全电压，是不高于36V的，但是这种划分方法并不是固定的，被划分到弱电范围之内的还有380V的电压，因此对弱电的定义标准并不是确定的。与强电相比，弱电是有一定优势的，弱电的信号更强、安全性更高、控制更加方便。因为有一系列的优势，使用弱电控制对自动化控制技术的发展更为有利，有着更广阔的前景。到目前为止，弱电的应用领域涉及各行各业：一是通信领域，在此领域中，应用最广泛的是计算机以及手机通信；二是电子领域，在这个领域当中弱电的作用是帮助电子元件运行；三是计算机领域，弱电的作用是帮助计算机的运行能够更加平稳和安全；另外，还有广播领域以及医疗器械领域。弱电是不具有动力传输的功能的，它的作用是通过电路板来实现操控的目的，实现自动化控制。

弱电与强电各有千秋，在电力行业当中两种电压都必不可少，只是弱电由于自身的优势更适合在自动化领域中应用，因此电力企业在大力发展对弱电控制的运用。目前，在电力发电站中，弱电和强电的控制是同时存在的，但是在自动化的控制领域中弱电占优势地位。

3 自动化控制中弱电控制强电的方法

3.1 基础的控制原理

弱电控制强电最常用的核心系统部件是PLC，PLC通过数字量和模拟量的输入输出操作进而控制强电，其在弱电控制强电的过程中占主导地位。近年来大型冶炼企业的辅助系统已经大规模用PLC控制系统代替了原来的继电控制系统，PLC不仅可以单独控制某个工艺流程，还可以通过接入DCS系统来协调全厂生产工作。在自动控制系统中，PLC可以储存逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作指令，用户可以编制的控制程序表达了强电的控制逻辑要求，并事先存入PLC的储存器中，当PLC运行时，系统可以按照要求自动完成对强电的逻辑控制和操作。

PLC有诸多优点：体积小、反应快、抗干扰能力强、重量轻、性价比高，正因为这些优点使得PLC在弱电控制强电的过程中占了主导地位。由于PLC控制系统采用编程元件（如计数器、定时器、继电器）来代替传统的物理元器件，可以实现灵活和复杂的控制逻辑，与传统的继电控制相比，传统的继电控制系统采用了大量的中间继电器、时间继电器等物理电气元件，当出现触点接触不良或者线圈烧坏等情况时，整个控制系统都会出错，容易导致事故发生，而PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，因触点接触不良、线圈烧毁等故障电气元器件造成的故障大为减少，并且PLC控制系统的二次线路大幅减少，接线过程中很难发生错误，大幅减轻了安装和检修人员的工作量，整个控制系统的可靠性大幅提高。

3.2 有效运用固态继电器

继电器的使用范围越来越广，成为实现弱电控制强电的理想元件。固态继电器（Solid State Relay,SSR）是一种无触点的启动装置，由微电子电路、分立电子等元件构成，可以有效地使用隔离装置对负载端以及控制端进行隔离。固态继电器有很多优点：抗干扰能力强、寿命很长、噪声小、耗能低、开关反应速度快、安全性高。固态继电器的工作原理是输入微小控制信号，直接驱动大电流荷载。固态继电器的广泛使用得益于它的优势：简化了继电器的所有的操作流程，不受各种条件限制。固态继电器的本质是半导体元件，并且是无触点的，能够有效地协助单片机工作，固态继电器在操作输入和输出时，可以利用光电隔离使绝缘效果提升，使绝缘电压大于2000V，有效地保障了电路运行的安全性。

固态继电器虽然有诸多优点，但是也存在一些问题，在实际的操作中应该注意以下问题：第一，选择合适的散热设计，保证充足的空间和强制散热的散热片；第二，如果有必要，可使用RC对滤波进行吸收和输入；第三，固态继电器会发生漏电的情况，如果是小功率荷载就要注意因漏电流而导致的荷载控制出现问题。

3.3 大型自动控制系统构架

大型自动控制系统主要由主站层、远程I/O站、现场传感器等三层网络结构组成，其中PLC、DCS、组态界面等构成主站层，该层的设备主要安装在集控室内，方便工程师操作，主站层通过光纤或者以太网等通信设备与远程I/O站连接，远程I/O站与现场接触器、变频器等电气元件通过二次控制线路连接或者通过总线连接。现场传感器层含有大量传感器元器件，如温度传感器、物位传感器、电流变送器、压力变送器等，这些元器件的信号大部分通过4～20mA电流传输并接入远程I/O站，远程I/O站将这些信号转换为数据上传到主站层。大型自动控制系统以全自动控制为主，以现场手动操作设备控制为辅，工程师在集控室内通过电脑显示屏来对系统设备进行监控，并可以通过鼠标操作显示器上启停按钮图标来控制设备或者设置设备运行参数，该种控制系统的使用可以在很大程度上提高生产效率，并减少运行人员的工作量和确保员工的安全。

大型工业企业的设备一般内含有大量电机，电机启停方式主要有自动启停和现场控制箱手动启停两种。自动状态下电机的开停机时由主站层通过现场传感器监测到的物料高低数据来自动启用和停止电机，而现场启停方式则是需要先将就地或远程旋钮切换到就地档位，然后通过现场控制箱的按钮来启停电机。

4 自动化控制中弱电控制强电的未来发展趋势

自动化控制的发展应该与时俱进，将现阶段的先进技术结合到自动化控制中，可以大力推动自动化控制的发展。对电气自动化未来发展的趋势预测主要有以下两个方面：

第一，逐步建立起具有通用性特点的控制网络结构，将自动化控制与网络技术相结合。控制网络结构的建立有利于各种有关的主体之间有效地进行信息传递，更好地把现场设备控制起来，利用这种结构还有利于相关技术人员对设备的运行状态进行监控，起到了辅助作用。在建立控制网络结构时，要进行合理的设计，需要确保网络的流畅，保证各项工作能够顺利进行。网络技术的迅速发展，也随之运用在生产生活中，自动化控制需要抓住这个发展趋势，与之相结合，实现共同发展。

第二，在发展自动化控制时，需要设置标准的统一的程序接口。传统的自动化设备因为生产区域不同或者厂家不同，程序接口各式各样，没有统一，因此在实际操作中会遇到很多麻烦，标准统一的程序接口产生，有利于缩短工程时间，提高相应的工作效率。当程序接口标准化之后，自动化设备可以与监控系统互相连接，实现信息共享。

5 结束语

近年来，自动化技术的发展越来越快，对人们的生活方式有巨大的改变，同时大大提高了工业生产的效率。在自动化控制中，由于弱电控制更安全、操作便捷等优点，弱电控制强电的方式已经成为主流，而且在未来发展中，控制网络结构的建立以及标准化程序接口的统一会进一步推动弱电控制的发展。未来，要将弱电控制和强电控制的优点结合起来，共同促进电气自动化的发展。