计算机技术应用下的电气自动化控制系统设计分析

刘　明

（郑州工业应用技术学院，河南 郑州　451150）

0　引言

依托于计算机技术的快速更新和电子通讯设备技术的发展，电气自动化将二者结合在了一起，实现了电气自动化管理系统。对于变电站的运用方面，能有改善运行管理措施，及时对电网进行监控和管理，为电网的有效运行保驾护航。此外，电气自动化控制系统的使用，节省了劳动力和工业成本的投入，有效地降低了能源损耗，有利于人们生活质量的提升。

1　计算机技术与信息管理

1.1　计算机信息管理特点

科技的发展带动着计算机技术的不断更新换代，计算机经过了近十几年的发展已经有最初的简单运算和储存转变为如今对极复杂信息数据的处理，并且有效地被投入到了各行各业当中。计算机自身具备运行速度快，存储数据量大的特点，这在当今这个大数据时代是非常有用的，而且计算机技术可拓展性极强，能有效地投入到各个行业中，根据不同行业间的需要进行相应的更新和研究，使之更加贴近市场，符合市场发展的需要[1]。

1.2　计算机信息管理优势

通过计算机技术进行数据信息的管理，主要是因为计算机具有以下几点优势：首先，计算机的出现和计算机技术的发展极大地满足了人们的需求，加速了人们工作生活的效率，而且使用方便快捷，通过互联网技术的连接就能实现线上线下的信息互通，二者之间的数据能够做到无缝对接。其次，计算机的运算能力可以帮助人们处理复杂的信息，让复杂的信息变得简化，同时通过计算机技术还能有效地建立数据库来储存数据，通过数据库能快速进行资料查询和资料分析，极大地解放了劳动力，同时还减少了成本。最后，计算机技术的自由度能让他很好地使用不同行业需求，为行业设计专门的系统进行技术支持，而且还能确保信息数据传输和存储的可靠性与安全性，减少了信息数据泄露的风险[2]。

对信息的储存是人类记录信息的方式之一，社会也在不断地进步和发展，对信息的存储方式也在不断地更新和完善。计算机技术和互联网技术的出现在根本上扭转了传统信息的储存方式，把纸质信息转变与储存在介质上的虚拟信息，信息的储存和传输也更加方便快捷了，在满足人们日渐增大的信息储存需求的同时极大地降低了成本。

1.3　计算机与工程项目

在一般的工程项目中，对信息数据的管理收集属于其中至关重要的部分，当项目投入使用之后，设计、谋划、运营和维护等工作也随之开始，项目管理包含了许多的工作，规模庞大，而规模大则相对应的带来了海量的信息和数据，因此信息管理的重要性就显现出来了[3]。

在实际的工程管理中会发现，数据信息量的增多给数据的收集整理、归类分析带来了极大的困难，而工程项目时刻充满着变数，管理人员必须时刻把握最新的项目进展，因此必须通过计算机技术建立数据库来对项目工程进行管理。计算机技术的出现带动了动态化管理项目的可能性，通过计算机技术能实时有效地对数据信息进行存储、分析和处理，管理人员能通过计算机快速直观地获得自己所需要的信息，降低了人力和成本，提高了工作效率，实现了经济技术双丰收。

2　控制系统设计

2.1　设计特点

电气自动化系统同以前旧时代的热机机械设备相对比的话，有明显的优点，其中包括信息量相对较小、实际操作难度及操作次数减少、操作时所需要控制的对象也有所减少，与之前的热机相比工作效率明显升高、工作精度也更大。但与此同时，电气自动化设备工作效率提升了，对设备本身的要求也更高。设备必须具备坚固、抵抗强烈干扰和快速反应能力。除此之外，控制系统还应该具备批量连锁防护的特点来实现高效的管理设施要求[4]。

2.2　基本功能

电气自动化控制系统主要具有以下几方面功能：

（1）电气自动化控制系统中，发电机的励磁系统是有着极重要的地位，而灭磁和启励作为其操作控制的基本功能，主要负责监督和控制电器设施，以保障设施能安全稳定的运行[5]。

（2）电气自动化控制系统可以改变其自身现有的控制模式，而出现增磁和减磁的不同功能，甚至还可以实现PSS的投退运动，以最大程度地保障电气设施的稳定运行。

（3）通过电气自动化控制系统检测电源，防止因突发事件导致电源电压突然产生变化而导致电流过大，设施损毁的问题出现。

（4）如果电气自动化控制系统同时监管两台设施，系统会自动对启变压器进行管理控制，以保障两台设施都能够安全稳定的投入使用。

（5）控制系统还能同时监测柴油发电机和保安电源，确保系统安全稳定地运行。

2.3　系统设计方式

目前我国主流的几种设计电气自动化控制系统的方式主要是通过集中、远程、现场总控三种监控方式来实现的。

2.3.1集中监控

系统设计不复杂和方便的系统运行维护措施是集中监控方式所具有的特点。而集中监控方式的特点就是“集中”，它必须全力满足集中的需求，该方式需要将所有的功能全部都集中到同一个处理器中进行处理，才能满足减少需要监控对象数目的同时提高自身的处理速度。但是由于电气设施等需要监控对象的数目越来越大，这样会导致所需电缆数目的增加、费用投入的提高，甚至可能影响到系统自身稳定性，导致其稳定性下降等问题的出现。与此同时，还要留心的是进行隔离刀闸时候的硬接线操作和正确联锁断路器。在此之外，上述的接线方式重复进行的过程是十分繁杂的，还可能会出现线路不容易检查，系统维护量较大，包括人为系统操作失误等问题的出现。因此，集中监控方式通常运用于安全防护较低的设备[6]。

2.3.2远程监控

需要满足连接的双方在同时都接入互联网络或者通过计算机技术异地拨号的情况下，将需要被使用的电脑连接到一起的方法，就是远程监控方式。该方式能不受空间的限制，将被控制的电脑操作环境显示到自己的计算机上，通过对计算机的操作来实现远程控制的目的，操作空间广泛，操作手段快捷便利[7]。远程监控方式具有节省使用材料、电缆数目、把成本控制在较低的范围，同时还提高了组态灵活度和系统使用的可靠性，能随时随地地操作等特点。就当前出现过的很多情况来说，现场总线的传输速度并没办法达到要求，并且有时候甚至还需要较多的电气部分通讯量，这些原因都限制着远程监控方式的推广普及与使用。

2.3.3现场总线监控

随着互联网技术的不断发展和计算机技术的飞速更新，在相关联的计算机互联网技术不断更新并被广泛运用的情况下，变电站综合自动化系统也得到了极大的提升，获得了更加深入的挖掘研究，取得了相当良好的进展。尤其是近几年开始，智能电气化设备开始被投入使用，这一投入大大提高了网络控制系统在电气系统中的重要地位[8]。就现场总线监控方式来说，它除了具有远程监控方式拥有的所有特点之外，还具有针对性的加强、对于辅助设备器材需求减少的优点。因为不同的装置都具有其独特的设置方式跟使用方法，所以只有通过互联网这一通道才能将它们连接在一起，而且因为装置都是相对独立的，无论哪个装置出现了问题，都不会影响到其他装置，更不会影响到其他的使用环节而导致整个控制系统出现问题的情况。这样可以极大地提高控制系统的稳定性和使用可靠性。总的来说，现场总线监控能在所有的电气自动化区域中发挥极端重要的作用，有关于它的研究和应用方式是非常重要的，它可以有效地带领电气自动化控制系统不断发展[9]。

3　系统设计分析

3.1　电气负荷自动化

有效的保障电网稳定安全地运行是电气负荷自动化系统设计的主要原因，它负责对电气根本负荷的运行形成行之有效的监督和管理措施。社会经济飞速发展的今天，传统的电气负荷管理监控方式，已经渐渐无法满足电力日渐增加的使用需求。传统方法的笨拙、粗糙的弊端逐渐显现出来，长此以往，将会出现电力供应不足的情况，届时人们的正常生活将受到极大的影响，日常用电无法受到保障。因此，需要不断更新发展电气自动化控制方向，在不断地更新中逐渐放弃传统的电力负荷管理方式，电气控制自动化在未来的控制系统发展过程中将会逐渐凸显出其重要的地位。此外，在经济发展和科学技术的带动下，目前大多数的电气部门都拥有了适合其自身的电气控制系统，并且有效地通过负荷系统得以在电气控制自动化中运用，实现了将监管、控制与自动检查融为一体，加快了电力系统中各处信息资源分享的可能性。

3.2　电气自动化通讯系统

好的电气自动化控制系统当然缺少不了通讯系统，通讯系统是其中一个很重要的环节，它的好坏可以直接与数据的准确度、传输的时效性相关联。目前主要有两种通讯方法，分别是有线设备通讯和无线设备通讯，主要是根据用电户具体情况来进行通讯方法的选择。其中，有限设备通讯方式主要借助电话线进行，它自身具有连接设置方便快捷、投入成本较低等优点，但同时也存在着一定的缺陷，例如通讯过程中的可靠性及安全性较差，已经可能无法及时有效地进行通讯，时效性也无法得到保障。因此有线通讯一般主要运用于对系统运用实时性要求较低的配电终端之中。而对于无线设备通讯来说，主要是通过电台设备通讯、和高速智能传电的实现。就拿普通的电台通讯举例来说，一般情况下的电台通讯主要运用于电气负荷的监管和操作，与之前的有线设备通讯相比一样是投入成本较低，但是其自身的可靠性相比有线设备通讯而言较弱，因此电台设备通讯主要运用在对可靠性要求不高的配电终端当中。而高速智能传电相比较于电台通讯则是优势得多。其优势主要体现在传输内容准确度高、传输速度快，还能够随意选择路由，电网运行状态能实时自动上报，具备极高的可靠性和安全性，但是相对应的投入资金方面就要明显高于其他通讯方法，高速智能传电通讯方法主要运用在对可靠性要求较高的配电终端[10]。

3.3　FCS控制系统

FCS系统，即现场总线控制系统(Fieldbus Control System)，它主要是采用双向传输的方法进行信息数据的传递，由点及面，一对多的方法，在信息数据内容上精准度高，在使用过程中也可以运用在检查电气设备的运行状态是否异常，并及时报告。但是该系统也存在着缺点，信息数据准确度高，但是传输速率相对迟缓，没办法同时连接数量较多的电气设备，在设备之间的信息传递协议上无法统一，而且该项系统与智能仪表不兼容，无法直接连接，必须借助其他辅助设备及辅助功能相对应的系统，才能保证系统正常稳定的运行。

3.4　分布式控制设计

中央处理器是电气自动化控制管理系统的最核心部分，通过诸如断路器、变频器等智能仪器提供的有效信息，在中央处理器处汇聚，并通过中央处理器的统一处理，选择出具体有用的信息。系统分布式控制就是为了帮中央处理器将手机号的信息数据进行归纳分析，形成有效的分支框架，并通过不同数据的分类，将中央处理器与其他不同种类的智能设施相连接，可直接有效地提高直通的智能管控效率。

3.5　远程监控设计

电网迈向现代化发展的过程中，电气自动化控制系统起到了由量变引起质变的推手作用，控制系统的出现极大地降低了劳动力的投入和工作成本，而且还提高了对电网自身的控制力度和灵活力度，更进一步提高了电网服务质量。远程监控设计可以有效避开电缆安装与电缆维修所需要花费的开销，而且自身具有安全稳定，可靠性强的特点，远程监控的出现让电气自动化控制系统具有实际的可操作性，它是控制系统的核心技术。社会经济的发展带动着电力工程项目的越来越多，电气设备的投入也越来越多，但是现有的通信速率已经渐渐跟不上电网实时监控的需求，所以对于现存的设计方案必须进行不断地改进与完善，在保障信息数据的取得具有实时性和准确性的同时，为电网的安全运转保驾护航。

4　电气自动化系统的应用

4.1　数据采集

对信息数据的录入、处理和输出是计算机技术处理系统的组成部分。将自动化控制系统运用到电厂发电系统中，主要就是对数据信息内容进行收集、把系统参数录入、显示系统参数、运行遇到异常时及时报警和对事故的序列记录等功能。通过计算机的运算能力对这些数据进行系统的分析并实施具体操作，便可以快速有效地控制部分操作系统，从而保障整个电网顺畅有效地运行，便于对电网运行状况进行实时监控[11]。

4.2　汽机电液调节

传统的汽机控制主要采用的是液压控制系统，而随着时代的发展和科技的不断创新，电气设施和元部件的性能越来越好，电液调节系统渐渐取代了传统的液压控制系统，成为了先如今运用最广的控制系统。汽机电液调节系统是从盘车开始，经过对汽轮发电机组进行全面有效的控制，在控制汽轮发电机组的同时还需要对冲轮、暖机等设施设备进行阀之间的转换、带初负荷、增加负荷以后，就可以进行正常的发电。该系统主要为了保障电网能顺利进行运行调度，保证负荷能够得到有效改变，对提高电气机组的运行是有效的，能极大程度低保障机组安全可靠的运行[12]。

4.3　未来发展

现有的电气自动化控制系统主要有电源供电回路等部件构成，主要是在 380V额定电压下进行工作，伴随着OPC技术的更新换代，计算机在各行各业大放异彩，电气行业也进行这一次次的改革。电气设施的升级与改善带动着电气行业的改革，随着新型设备的不断出现，控制系统必定要随之作出调整改善以便更好地适应。传统的控制系统因为自身的单一性和局限性正逐渐被更多样、方便快捷的自动化控制系统所取代，这也正符合当今社会的发展。未来的自动化控制系统也将会不仅仅局限于电气设施的管理，而是将扩展到更多更广的方面，为保障工作顺利的开展而努力。

5　结论

计算机技术的发展带来了工业生产上电气自动化控制系统的出现，通过智能管理和实时动态监控保证电气自动化的运行。可以说计算机技术是自动化系统的基础，它的出现给生产效率和服务质量都带来了显著的提升。对于电力行业来说，应该牢牢把握住这股科技的东风，勇于改变现有的劳动生产模式，大力推进电气自动化的推广力度，为我国电气自动化控制贡献自己的一份力量。