浅谈电气与自动化设计在工程实践中的融合

揭育东

（广西恒润电力有限公司，广西 南宁 530000）

在传统的工程设计活动中，电气和自动化分属两个不同的专业，分别由两部分不同专业的人员来协调、配合完成，从而也就决定了整个工程项目在施工过程以及以后的安装调试、验收，甚至工程项目完成以后的运行管理过程，电气和自动化也是由两个专业的不同人员来进行的。随着电气设备、自动化设备、网络通讯设备及其技术的发展成熟，使得电气设计和自动化设计工作相互渗透、交融，并且使思想方法、工作方式发生了很大的变化。因此我们也要作出相应调整，更好地达到两个专业工作的合一，实现设备设计时电气和自动一体化，机电一体化、控制和仪表系统的彻底分散、扁平化等。

1 传统电气和自动化设计思想的基础和特点

按传统设计制造方式提供的电气设备其控制、保护和计量主要由分立的、机械的、物理的方式和部件来完成，其相互之间的功能组合构成达到用户要求的配电产品。与其对应的完全由计算机构成的自动化控制系统，通过软硬件组态达到用户要求的系统控制管理功能。上述两类设备分别由不同类的制造商提供，界限径渭分明，它们由项目设计人员依据标准的现场信号条件和统一的控制管理原则划定互联的明显界面，进行协调连接。电气设计根据用电设备的用电负荷、负荷特点和用电设备的分布情况，设置高中低压变配电系统。进而根据供电方条件、要求和用电设备要求和特点进行高中低压变配电系统二次计量、保护、控制的设计；根据工艺控制要求和自动化系统要求，进行配电系统末端的用电设备就地控制设备的设计。

2 设备与技术发展为设计提供的现实基础条件

高压配电柜内的综合保护控制器、综合电量计量器；低压配电柜内的自动空气断路器中的计算机控制模块、马达控制中心中的软启动器、变频器的可控硅触发数字控制器；就地机电设备中的小型PLC控制器；阀门电动装置调节控制器；现场过程仪表，这些都可用现场总线连接在一起，以相同的通讯协议进行数据通讯。这些由于芯片嵌入、机电一体化、网络通讯及其标准化统一所带来的发展变化，使得测量和控制彻底的分散化于现场设备层得以实现。现场通讯总线上的人机界面设备通过DDE方式采用商业化通用多平台监控软件，提供运行管理人员介入系统的手段，并且不受时间、地点的限制。同时现在的监控组态工具软件亦有统一的标准 IECll31－3，系统制造商均对此予以支持。从控制系统拓扑结构上看，以现场总线为通讯媒介，只分为人机界面管理计算机、现场控制器两个层面。现在有几大现场总线组织制定了相应的几种现场总线通讯协议，符合同种通讯协议的现场控制器、仪表、嵌入式控制装置可方便的通过现场总线连接组成控制系统。

监控管理计算机可通过专用或商用通讯网络与更加广泛的管理系统相联系。

3 新设计思想的内容和特点

由于现在高低压变配电设备中具有嵌入式控制装置、用电设备就地控制设备中具有的小型PLC控制器等，所以进行电气设计时，不用像传统设计时考虑集中的二次信号、计量、保护系统设备和自动化控制系统的预留互联条件，只要按用电设备要求、工艺控制要求进行高低压变配电系统，用电设备就地控制设备的一次电气设计。同时按工艺控制要求进行仪表系统设计。根据供电方条件、要求和用电设备的要求和特点进行高低压变配电系统二次计量、保护、控制的控制流程图设计，根据工艺控制要求和自动控制要求，进行配电系统末端的用电设备就地控制设备的控制流程图设计。在人机界面管理计算机上按上述各部分的控制流程图，以符合 IECll3－3标准的组态工具软件进行控制系统监控软件组态，包括对仪表系统的组态。最后进行电气及其控制设备安装、电缆互联和敷设设计。

这样的设计流程与传统的设计方式中电气设计、自动化设计过程是平行进行的，并在过程中互提测控条件的方式有很大的不同，它简化了设计流程，将电气和自动化设计人员合二为一、提高设计时效。另外，自动化设计中组态工作无需像以往等待系统硬件定牌后才可进行，标准的组态工具软件和网络通信协议使不同的设备如同同一系统供应商的产品一样便捷的整合成系统。工程项目经过这样的设计后，得到的整个电气及其控制系统是完全为扁平化、开放化的。其优点是电气与自动化系统合一，从电气的角度看系统全部智能化；从控制系统的角度看，系统彻底分散化；从网络的角度看，扁平、开放的结构提供给用户更经济、易用、高效的共享数据。

4 新设计思想与未来技术发展趋势的融合

嵌入式控制装置将覆盖全部现场设备，现场总线通讯协议统一至最少的数量，嵌入式控制装置具有完全符合标准现场总线通讯协议的网络通讯功能，现场总线网络上的全部节点设备的数据库为分布式实时数据库，这些就如同PC及其外设的USB接口形成一样。同样智能化、分布式、扁平化的设备控制系统构成的生产过程，也是生产管理系统的主要组成部分，数据共享、快速、高效、可靠、低成本也是扁平化管理系统的特点。为了实现上述功能，在进行未来的设计工作中要求设计人员既要进行电气系统设计，又要能对嵌入式控制装置进行编程组态，同时还要完成基于现场总线通讯协议网络的构架及其监控软件（包括数据库）的组态。这样一个项目的设计工作过程无论从人员还是到流程都是快速、高效、扁平化的。通过互联网设备供货商、项目设计人员、企业生产管理者均可对设备和生产流程进行离线或在线的技术支持和调整，这也得益于嵌入式控制装置和标准现场总线通讯协议网络的全面实现。

5 电气和自动化在工程实践中的融合

由于高低压变配电系统设备中具有嵌入式控制装置、用电设备就地控制设备中具有PLC控制器和现场总线技术的应用，电气和自动化的交融、一体化在电气与自动化工程实践活动的合二为一体现在以下几点：①根据用电设备和工艺控制要求进行高低压变配电系统、用电设备的一次电气设计。②根据供电方条件、要求和用电设备要求和特点进行高低压变配电系统二次计量、保护、控制的控制流程框图设计。③根据工艺控制要求和自动控制要求，进行配电系统末端的用电设备的就地控制装置的控制流程框图设计。④根据工艺控制要求进行仪表、执行器和操作管理站等系统的控制流程框图设计。⑤在操作管理站上通过组态软件的平台，按上述电气、自动化系统的控制流程框图内容实现电气和自动化系统的功能。软件的接口标准协议趋于统一，可以进行在线、离线或远程状况下的组态编程。⑥进行现场设备和网络系统的安装、电缆敷设设计。⑦进行设备、网络及系统软件的安装、调试。在整个工程实践中，简化了设计流程和施工流程。不用像传统设计时考虑集中的二次信号、计量、保护系统设备和自动化系统之间的预留互联条件，只要按用电设备要求、工艺控制要求进行高低压变配电系统、用电设备就地控制装置的一次电气设计和仪表系统设计即可；施工过程中在设备安装、电缆敷设连接后，直接进行调试，减少了两个专业之间的配合调试，避免了两部分人员分头进行的现象。整个系统电气与自动化互相嵌入、完全融合，体现在电气的智能化、自动控制的彻底分散化、网络的扁平化和开放化。

1 ［美］M. Tim Jones.嵌入式系统 TCP/IP应用层协议［M］.北京：电子工业出版社，2003