仪表测控技术在电气工程自动化中的应用

史永伟

[摘    要]得益于技术的不断进步和市场的持续扩大，我国的电气工程自动化发展蒸蒸日上，对整个机械行业以及电力行业都产生了极大的推动作用。而在电气工程自动化中合理应用仪表测控技术，可以进一步提升电力系统运行的效率、质量和稳定性。主要就仪表测控技术所囊括的各项内容，深入探究其在电气工程自动化中的具体应用。

[关键词]仪表测控技术;电气工程;自动化

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）08–0–02

[Abstract]Thanks to the continuous progress of technology and market expansion， the development of electrical engineering automation in China has played a great role on the whole machinery industry and the power industry. The reasonable application of the instrument measurement and control technology in the electrical engineering automation can further improve the efficiency， quality and stability of the power system operation. This paper focuses on the instrument measurement and control technology and explores the specific application in electrical engineering automation.

[Keywords]instrument measurement and control technology; electrical engineering; automation

1 仪表测控技术的内部结构分析

对电气工程自动化而言，最关键的部分在于保证电力系统的稳定性，从而为社会生产以及民众生活提供切实保障。因此，在日常工作中，电气工程自动化工作人员必须对仪表测控技术有充分了解，这样才能进行有效的利用。一般来说，仪表测控技术的内部结构包含远程监测控制、集中监测控制和现场总线监测控制这三大类技术。

1.1 远程监测控制技术

这项技术常被用在持续采集信息以实现对设备运行状况的评估，同时实现远程管理服务。对电厂来说，应用该技术可以更高效地检测和修复设备安全问题，保证设备功能的良好以及运行状态的稳定。不仅如此，该技术在追踪和收集相关应用程序以及硬件信息方面效果显著，便于实现对计算机、网络和软件等的主动监视，电厂也可以借助它来实时监视交换机、路由器等设备。这项技术的扩展审核囊括了远程会话的视频记录，而电厂则凭借对虚拟计算机的监视来实现该信息的获取，例如Hyper-V和VMware基础架构。在电气工程自动化中，该技术还可以有效连接服务器与工作站，同时发送更新后的数据给操作系统，整个过程中一旦发现存在隐患就能通过编写代码来实施弥补，从而制止了关键信息的泄露。应用仪表自控技术过程中，远程监控能够切实有效地助力使用者更好地掌握设备真实运行状况，达到实时模拟监控的效果。而离散传感器的使用则能更有效地实现对数据的收集。服务器运行中会采用多种报警方式，这是为了保证内部监视系统具备更多样的功能。

1.2 集中监测控制技术

对于仪表测控技术的内部构成而言，集中监测控制技术极为重要，它是通过数据远程评估以及包括监测员、评审员和团队工作人员在内的信息评估，实现对电气工程自动化运行中各项设备的监视。加之电子获取技术的不断改良，使得监视研究的数据可以从集中和远程的角度开展追踪，最终更高效地对设备运行中的风险因素进行监视。正因为如此，监管机构建议使用集中监控模式来监督电气工程自动化运行中的设备状态，同时结合相应的计划与流程，实现对仪表测控技术精准度的进一步提升。考虑到以往每一至二月实施一次监视的方式并没有产生足够精准的数据，因而应及时开发出更加稳定、质量更好的监控方法，此时就可以使用集中式监控，运用适当的资源与技术，通过合理的流程输出更具效能的监控解决方案。对电气企业而言，集中监控技术的应用有助于提高风险识别成效，在集中识别错误率较高的设备并借助协议偏差和数据异常的站点分析之后，就能够显著提升仪表测控的精确度，同时还促进了对曲项分布和异常值等的识别，使得工作人员能够尽早察觉可能出现故障的设备。总的来说，这项技术通过恰当的计划安排与合理的技术应用，为仪表测量贡献了效果显著的智能化解决方案。对于电气工程自动化设备管理成本不断提升的问题，这项技术的应用也可以促进成本的节约，并且使得仪表测控技术的精准度和效果得以提升。

1.3 现场总线监测控制技术

对过程的自动化来说，现场总线系统发挥不可替代的作用，保障了最佳水平的可用性和可靠性，即通过开发一些全新的能够执行诊断的组件来解决日常运行中出现的典型故障。此类组件通常可以建立在透明、无缝的现场总线基础架构上，无须凭借其他工程辅助，但必须做到连续监视控制柜以及周遭环境，以最大程度保障系统运行。需要注意的是，应用现场总线技术，务必要将电源和总线连接都归纳在控制室机柜里。当前创新型的网關大都具备了数字输入功能，能够用在脉冲计数器以及频率测量等领域，或者用于连接模拟传感器。此类系统集成了用于控制空调单元的功率继电器以及空气湿度传感器，从而确保上文提到的组件得以被灵活运用在监视控制柜和周遭区域。同时，以太网的功效体现在示波器和大量数据的历史测量中，此时该软件无须特定配置即可实现自动搜索和加入以太网，其具体优势主要集中在以下方面。

（1）对系统操作的优化。这项技术可以将全部设备的所有变量都纳入到控制系统中，实现远程诊断、趋势分析、过程优化研究、预测性维护、远程配置以及资产管理等功能。而数字通信本身不受干扰的特点使得测量准确性和控制能力大幅提升。

（2）对系统故障风险的弱化以及系统操作可靠性的提高。数字现场总线设备多采用微处理器，因此也具备一定的自检和通信功能，降低了停机时间，变相提高了电厂的安全性。如果发觉有异常情况，或者需要进行预防性维护时，也可以及时通知电厂相关工人人员，便于后者快速高效地解决问题。

（3）对电厂绩效和资产管理的强化。数字现场总线技术使得包括诊断、校准、标识以及其他维护管理操作在内的资产管理功能，得以对来自现场设备的海量信息进行实时挖掘。对用户来说，也可以主动进行维护，以便将资源分配到需要的地方。

（4）对系统灵活性和可操作性的提升。数字现场总线技术采用了开放式协议，故而能够较为轻易地将电厂中来自不同供应商的不同子系统进行集成，且不需要定制编程即可实现信息访问。从另一角度来说，当控制系统依旧无法使用时，往往需要在安装后立即检查物理层。而为了实施这些检查，会使用到一种特殊形式的通过以太网的FF-H1通信，此时驱动程序的存在便为笔记本电脑直接在网关上建立FF-H1通信奠定了必要条件。当这样的通讯建成时，就能够对网段质量和所有连接设备的通讯状况进行检查，再借助FF-H1在控制技术中激活所有设置。整个调试过程中生成的报告，系统均提供了导入和导出的功能。事实上，现场总线监测控制技术拥有全新的智能诊断功能，比如具备自我监控功能的雷电保护、以及高级短路保护等。而降低硬件和相关成本，使得所需的连接器、端接器、功率调节器等能够抵消部分费用，其原因在于：①数字现场总线技术实现了一条线路搭载多个设备的构想，降低了对电线、导线管、电缆桥架以及控制柜的需求;②由于实现控制策略的标准功能块存在，使得系统所需的硬件数量减少，比如电源、输入/输出转换器、机柜等;③多变量数字现场总线变送器，往往具有紧密耦合安装，能够消除对温度变送器的需求;④得益于所需的I/O卡数量减少，控制室设备上的电力负载以及控制柜的尺寸也相应缩减;⑤由于硬件的减少，使得系统启动以及参数优化操作得以简化，同时降低了系统安装、调试的时间和建造成本。

2 仪表测控技术在电气工程自动化中的具体应用

在仪表测控技术的广泛应用下，电气工程自动化发展效果显著。具体而言，可以从两方面剖析仪表控制技术的实际应用情况。

2.1 分散测控体系仪表测控技术的应用

该技术本质是一种计算机控制系统，且内含了大量控制回路，其中广泛存在遍及全系统的自治控制区，无须中央操作员的监督控制。应当关注的是：①这项技术由众多处理器以及数据字段（DF）即通信总线组成，其中数据总线的功能体现在为处理器之间提供消息通信。这项技术应用在电气自动化过程中时，处理器本身具备一个自治控制处理器（ACP）和应用程序（AP），其作用在于监视和控制电厂。这里所指的ACP是一种中间件，用于处理器内的AP，负责提供连接到DF的发布功能。而此处的发布可理解为多对多组件之间的通信模型，该模型内的组件可被指定为数据生产者，系统可以同时指定为需要数据作为输入的数据;②AP之间的消息多由交易代码（TCD）和数据组成，其中TCD作为DF上的唯一标识符，能够在逻辑上对AP之间的通信进行定义;另外，ADS的优势在于对升级和扩展现有系统的加成，往往不用对现有系统进行修改即可安装和激活新的AP。在实际测试中，测试新的AP以实现对现有AP的替代，需要以下3个步骤：①测试AP依据TCD与正在处理在线任务的APj接受相同数据;②测试AP依据接收到的数据来创建临时数据，再将其发布到带有测试标志的数据字段中;③在线AP接受并处理临时数据，然后发布结果，最终由日志记录程序进行接受。一般情况下，都需要在不同资源上多次执行AP，这样才能保证其可靠性，而TCD机制的存在使得这易于实现。该种情况需要借助2个步骤：①由APj和APj'订阅相同的数据，然后将处理后的结果进行发布;②由APk负责检查两个AP发布的结果符合程度，再进入到下一个处理程序。首先是空间扩展，当系统较大时，就响应性和可靠性来说，应当具备异构子系统。由于引入了数据字段中的多播组来应对大规模的异构属性，且这些属性从逻辑上讲实现了对所有数据字段的分段处理。除此之外，在连接大型系统数据字段的多播组中，网关也常用到，它可以根据某些过滤消息除了连接数据字段以外的策略，从而规避了可能因发布通信体系结构而引起的消息泛滥;同时对于时间扩展，依靠原始ADS中的数据字段通过网络在处理器之间传播消息，将其擦除以保持通信量的恒定。需要注意的是，在将新应用程序安装到实际环境之前，必须要借助部分历史数据来进行测试，此时ADS不提供这样的服务。而用于AP的扩展名安装了具有存储功能的组件，使得历史数据得以保留在数据字段中，该机制的实现凭借的是使用消息中间件定期发布历史数据目录的功能。

2.2 仪表测控防干扰技术的应用

仪表测控技术在实际使用中难免受到各种因素影响，其精度和效率并非一成不变。为了解决对仪表测控工作影响的问题，最有效的做法是增加防干扰技术。当前，我国仪表测控防干扰技术形式主要包含隔离技术、屏蔽技术和软件技术三种，且分别具有不同功能和特征。①隔离技术主要借助两个重点区域，即可靠绝缘区域以及合理配线区域。②屏蔽技术主要依靠金属导体作为保护介质，实现对测控仪表工作中易受到干扰元件、线路和信号接收线的屏蔽，从而完成防干扰操作。采用了屏蔽技术的仪表测控设备还可以对电流性噪声耦合现场的发生进行有效预防，从而实现了对电磁防护功能的进一步加强。③软件技术，其关键在于对系统软件进行优化改进，以实现仪表测控技术的防干扰目的。

3 结语

尽管现阶段仪表监测技术在电气工程自动化中被广泛使用，但仍不能停止對其研究和改善，这样才能满足日益增长的用电需求，助力各行各业以及社会经济发展顺利前行。对电力部门而言，必须要充分意识到仪表监测技术的价值，并投入足够的研究以优化相关技术，提升应用成效，促进整个行业的持续发展。

参考文献

[1] 胡瑞.探讨电气工程自动化中的仪表测控技术[J].科技视界，2018（7）：134-135.