关于电气工程及自动化的控制系统应用的研究

关于电气工程及自动化的控制系统应用的研究

摘要：本文作者对电气自动化的自动化控制系统的功能、系统构成与设计、和今后的发展方向进行探讨。

关键词：电气工程；自动化控制系统；应用；研究

电气自动化控制系统发展的过程是一个不断创新的过程，随着信息化以及智能化的发展，电气化自动控制系统在科技发展的基础上取得更大的突破并在越来越多的领域发挥出自身的作用。

1 自动化控制系统在电气自动化领域中的综合功能

自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表，按规定的程序或指令自动进行作业的技术措施。其目的在于增加产量、提高质量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。 自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。

电子计算机和电气技术的融合建立了电气自动化的开放式发展平台。表现为：一是IEC61131的出现，统一了编程语言和编程方式；二是计算机和网络技术广泛应用于电气自动化领域；三是现场总线和分布式控制系统的应用可对信息进行集中管理；四是信息技术引入到电气自动化系统中。这些技术的应用和融合，促进了电气自动化控制系统技术突飞猛进，也使电气自动化控制系统应用日益广泛。传统的管理方式和管理技术，已经很难实现工业化、大批量的生产，要实现全面、优化的综合性管理，势必需要引入电气化自动控制技术，从而进行准确、快速的生产控制，实现高效、高产的管理。电气自动化控制系统的应用不仅关键而且非常重要。电气自动化控制系统的基本功能主要包括以下几个方面：保护发变组、厂高变以及控制励磁变压器；对高压厂用电源的操作和厂用电压快切装置的状态进行监视；发电机励磁系统是电气自动化控制系统的组成部分，主要有启励和灭磁作用，能够控制方式切换，进行增磁和减磁操作以及PSS的投退；对低压厂用电源进行监视，操作并控制低压备自投装置；能够对高压启/备变压器进行控制和操作，该功能主要适应于2台机共用的条件下；操作并控制柴油发电机组以及保安电源；对直流系统与LPS系统进行监视。实际上，由于要求主保护与安全自动装置在DCS中进行应用，难度较大、费用较高，因此仍然保留原有的设备，而不作任何变动。这些设备和DCS之间可通过硬接线进行控制，从而实现自动装置之间信息的传输。

2 自动化控制系统在电气自动化领域中的系统构成与设计

目前，经常使用的自动化控制系统其系统构成主要有以下几个部分。一是电源供电回路，主要提供电源。二是保护回路，主要由熔断器、热继电器、稳压组件和整流组件等组成，在电路短路和过载等情况下进行电路保护。三是信号回路，是将电信号转换为数字等直观表现符号，用来反映设备的工作状态，即设备系统是否正常。四是自动与手动回路，通常电气自动化控制系统都会预留手动控制，这是因为在紧急情况或者安装调试过程中，需要进行手动控制。而这个自动和手动的切换，一般通过转换开关或者组合开关进行转换。五是制动停车回路。对于一个电气自动化控制系统来说，需要有启动回路，也需要有制动回路，也就是采取措施控制电动机停车。六是自锁及闭锁回路。自锁回路是在电气设备启动之后，仍然保持工作状态的控制回路。闭锁回路是在具备两台及以上的电气装置中，保持一台运行而另一台关闭的控制回路。自动化控制系统的系统设计主要有三种方式：

2.1 自动化控制系统的集中监控方式。这种集中监控方式的主要特点是设计方式简单，对控制站的防护要求不高，运行和维护都比较方便。但是也存在较为明显的不足，就是控制系统的所有信息将集中于一个处理器上进行运行处理，从而导致处理器的运行速度受到影响。当所有电气设备都纳入到电气控制的集中监控后，由于监控设备的增加，必然导致投资加大、信息量增加和处理速度的下降，而且长距离和数量较多的电缆也会对系统的运行产生一定的电子干扰。此外，在隔离刀闸的闭锁操作中，也可能由于接点不能到位，从而影响监控设备的运行。这种二次接线的方式，也会导致线路查寻困难，维护极为不便，还可能由于线路较为复杂存在错误操作。

2.2 自动化控制系统的远程监控方式。由于这种方式的线路通信速度不高，因此只适合于较小系统的监控和处理，不太适合建立大型的或者是全厂区的电气自动化控制系统。但这种方式，能节省大量材料，可靠性能较高，也能节省部分安装调试费用，并且非常方便进行各种动态组合。

2.3 自动化控制系统的现场总线监控方式。现在由于计算机和互联网技术的发展，以及现场总线监控方式的发展，在电气自动化控制系统的系统设计中广泛使用了网络技术。而智能化电气设备的快速发展和成熟，也推动了网络技术在电气自动化控制系统中的应用。其中，由于现场总线监控方式不仅具备一般监控方式的大部分优点，而且能够减少隔离设备，节约端子柜、模拟量变送器以及相关的卡件等，从而可对不同的间隔发挥不同功能而进行监控设计，因此，增加了对电气自动化系统设计的针对性，监控效果得以加强。此外，智能设备一般是使用通信线与监控系统进行连接，实行就地安装，从而可节省投资，减少电缆，以及降低安装维护成本。由于各个装置都是独立运行的，主要是通过网络进行连接，从而可提高自动控制系统的可靠性能。而且，单个装置的故障不会影响整个系统，只需对具体装置进行替换或者维修就可以。因此，这种现场总线监控方式是具备较多优点和优势的监控设计，也将会是未来电气自动化控制系统的发展趋势和发展方向。

3 自动化控制系统在电气自动化领域中的发展方向

随着计算机技术的进步和Windows平台的广泛应用，尤其是在OPC技术和IEC61131发布以后，电气自动化控制系统已经成为工业中重要的生产平台。当前，IEC61131已经成为国际普遍认可和使用的统一标准，电气自动化控制系统得到了快速发展，伴随计算机技术的进步，电气自动化控制系统的技术也在不断升级和革新。计算机和网络技术的应用，在电气自动化控制系统领域中进行了融合。在工业生产过程中，借助于电气自动化控制系统可以进行自动操控和实时监控，能够获得最为全面的生产流程信息和过程控制。而现在逐渐成型和普遍使用的计算机模拟技术和视频处理技术，也对未来电气自动化控制系统的发展产生了突飞猛进的促进作用。而且通信技术的发展，也提升了电气自动化控制系统的通信能力，使电气自动化控制系统的监控能力和监控水平得到了大幅提高。

目前，电气自动化控制系统正在由单一的设备控制向集成的系统控制转化，从而使电气自动化控制系统具备了开放式、信息化、分布式的特点。开放式就是使电气自动化控制系统具备了外接其他设备的功能，促进了电气自动化控制系统的广阔发展平台，不再由单一的自动控制平台功能所限制，可以通过外接不同的设备而更新其功能，具备二次组接功能。信息化是指凭借不断发展的计算机技术和通信技术，可以提高电气自动化控制系统的通信能力和数据与信息处理能力，更可通过与网络的连接和网络信息技术的融合，实现网络化的电气自动化控制系统升级。分布式就是指电气自动化控制系统的任何一种单独模块都可独立运行，而且基于这种分布式的结构，可以实现整个系统的运行风险分散，从而不会对电气自动化控制系统的整体运行产生影响，确保风险的分散化运行。

参考文献：

[1] 高桂云.浅谈自动化控制理论的发展[J].民营科技，2011，（05）.

[2] 李纪明.电气自动化控制系统的设计[J].黑龙江科技信息，2010，（09）.