基于智能化的电气自动化控制系统的设计和实现

黄耀华

（江苏省淮安技师学院， 江苏 淮安 223001）

0 引言

运用电气自动控制系统能够提高电气工程自动化和工程智能水平，还能够实现自动化识别、生产、自动化优化，提高企业效益、竞争力。利用智能技术，能够拓展电气控制系统设计思路，提高自动化功能，创建稳定的自动化系统。将智能技术应用到电气自动化控制系统中，能够简化系统的设计和操作流程，提升系统控制器性能，降低运行成本，具有明显的优势。

1 系统的设计架构

电气系统有大量的子模块，能够实现集中控制和信号转换，通过光纤、网络等方式传输信息，调整各模块的运行情况，平衡模块功能，降低环境干扰，系统设计主要遵循扩展性、兼容性和稳定性原则[1-2]。

使用智能化电气自动化控制系统能够改变传统电气控制模式，利用智能技术编写程序，从而降低人工控制时间和工序，还能够根据电脑实现自动控制，系统流程如图1 所示。电气自动化控制系统较为复杂，要求工作人员具备良好的综合素质和专业知识，通过智能技术编写程序进行智能化控制，才能将智能技术的作用充分发挥出来。人工被电气设备智能化操作所替代，在提高工作效率的同时，降低了人工成本。电气自动化控制系统结构如图2 所示。

图2 电气自动化控制系统的功能设计

2 系统的详细设计

2.1 数据采集和传输

在自动控制系统中使用智能技术，促进了由人工处理数据朝着设备处理数据转变，提高了设备自动化水平。要想提高自动控制水平，首先要保证输入的信号数据安全、合理、可靠。因此，在收集数据的过程中，要结合智能测控技术和数据采集设计，集中获取数据，通过提高测量设备的测量精度，全面掌握系统中设备反馈信号的内容，精准反馈信息，确保设备稳定运行[3]。

信息传输为双向传输，利用通信设备和软件对信息进行接收和传输，传输流程见图3。通过电缆和光纤可实现电气自动控制系统数据的传输，根据数据类型、多少和传输距离选择传输设备。在保证传输效率的同时，避免数据丢失，提高经济效益。通过控制器对数据进行接收处理和下发指令，保证各部件能够稳定运行。在实际运行过程中，无法通过控制器处理数据，要对数据进行存储[4]。

图3 信息传输流程

2.2 电气自动化控制设计

在设计智能电气自动化控制系统时，重点是将人工智能技术应用到电气工程控制中，提高电气系统的控制精度。目前，控制系统中的智能控制技术包括神经网络、自学习和专家系统等。将此智能控制技术对比传统PID 控制算法，通过智能技术对复杂非线性问题进行求解，提高求解精度[5]。图4 为模糊控制构成，根据模糊逻辑推算规则和计算控制系统创建数字化控制系统。

图4 模糊控制构成

电气自动化控制的目标是实现对电力负荷的监控与管理，随着用电规模不断扩大，系统也越来越复杂，传统限电方式对用电负荷进行管理的方法无法满足人们的用电需求，还会造成设备损伤。为了满足新的变化需求，要对传统负荷管理模式进行创新。根据预案与规定对电力供应分配进行优化，实现精细化编程，通过自动化技术提高电力供应经济化和集约化，使电力使用效能得到提高，实现设备安全运行。通过信息技术桥梁作用融合配电系统和负荷控制系统，为用电单位提供服务[6]。

2.3 电气自动化通讯方式

通讯系统被广泛应用到电气自动化控制中，主要是因为电气自动化控制系统终端节点数量比较大，通讯方式复杂并且多样化。在实际操作中，要结合用户的特点选择适当的通讯方式。电力部门利用无线、有线的方式进行通讯，之后再细化分解。有线通讯主要包括专线和电话线。电话线的通讯成本和可靠性比较低，时效性差。但是，电话线连接比较方便，被广泛应用到对实时性要求比较低的配电终端中。利用专线方式通讯可提高通讯的可靠性与安全性，从而实现实时通讯。但是，需要额外设置线路，运行成本高，可满足高实时性的配电终端需求。通过普通电台通讯实现电力负荷控制和管理，运行可靠性差，成本比较低，能够应用到可靠性要求低的配电终端中。高速智能化电台通讯效果比较好，传输速率比较高，能够自由选择路由，还能够实现主动上报，具有良好的可靠性和安全性。但是，成本比较高，可满足对可靠性要求高的配电终端需求[7]。

2.4 监控系统设计

通过大数据分析技术设计电气自动化控制系统的监控模块，自动化控制系统使系统的每个基站都成为子站。在子站中设置控制装置和数据检测设备，能够保证子站设备检测和控制的安全稳定性。另外，子站还能够在大数据处理平台中发送收集的数据，大数据处理平台对接收的子站信息数据进行分析整理，得到部分环境信息。通过智能化监控平台，传输数据处理结果，下达各子站指令，实现子站智能化管控。

2.5 PID 和模糊切换控制

PID 控制具有可靠性高、稳定性强的特点，被广泛应用到工业控制中。但是，此控制方法抗干扰能力不足，尤其是在电气生产系统中具有时变性、强干扰的特点。此时，无法有效创建数学模型，使用自动控制算法的效果不好。相反，具备长期操作经验的工作人员能够利用手动方式有效控制系统。模糊控制能够利用算法处理人工操作经验，并有效控制系统。

在PID 和模糊切换控制系统中，PID 控制器能够得到良好的稳态性能，模糊控制器能够得到良好的动态性能。系统偏差变化率和偏差值决定PID 和模糊切换控制器输出的重要参数，因此，要全面分析此参数。在系统偏差较小时候，系统使用PID 控制器。在系统偏差较大时候，可以使用模糊控制器，在控制器切换过程中实现系统准确控制[8]。

3 系统的实现

根据连铸机程序设计，实现系统的测试。

3.1 PLC 程序设计

一般情况下，在程序设计前要寻找合适的算法。以中间包车自动行走程序为例，对PLC 程序的设计过程进行分析。

1）控制需求。在连铸机生产过程中，中间车要在渣盘、浇筑和预热侧实现自由行走。通过接近开关对硬件系统中的停止工位进行检测，为了避免损伤到停止位限位开关，设置了极限位置开关，可精准控制中间包车行走定位，如图5 所示。

图5 中间包车行走过程

2）解决思路。对中间包车行走过程进行分析，设计典型变频器调速控制电机的正反型模型。要充分考虑程序中控制电机起停、旋转方向和速度等控制，实现变频器参数的控制。

3）程序设计。PLC 程序设计方式多样化，为了实现程序的可移植性、模块化和标准化，将包车行走范围划分成为17 个工位。定义预热侧停止位为4，在中间包车往右运行的时候，离开预热侧停止位为5。在程序中设置幅值，通过扫描周期实现中间包车目的地和当前位置值的对比，以对比结果决定中间包车行走范围和停车，图6 为程序流程。

图6 程序流程

图6 中的X为程序中中间包车目的地值，Y为当前位置值。当X＞Y时，电机正转，中间包车向右运行。当X＜Y时，电机反转，中间包车左运行。当X＝Y时，电机停转运行。另外，也可用此方法对中间包车的运行速度进行控制，PLC 程序中的扫描周期能够对Y和X进行对比，|X-Y|＜2 时，为慢速运行，|X-Y|＞3时，为快速运行。

3.2 程序调试

PLC 程序调试能够对程序进行测试，查找和修改错误，包括逻辑效果测试、语法检查与输入输出检查等。

1）仿真调试。利用计算机软件、仿真软件调试程序，由于中断事件与特殊模块无法进行仿真，故进入联机调试。

2）联机调试。利用PLC 技术进行调试，但是没有连接实际设备。在此过程中，通过调试能够解决PLC通信和计算机的问题，下载程序，实现PLC 实现操作，对PLC 数据和状态进行查看。

3）现场调试。将工业场所中的全部设备都安装、连线、进行调试，属于PLC 程序最后调试。在现场调试的工作人员比较多，如果操作不当就会损坏到设备，因此，要在调试过程中，逐渐加电、加载，最终达到额定的条件。

1）全面检查地址、接线，保证正确无误。

2）检查模拟量的输入、输出，对模块设定的正确性进行分析，必要的时候使用标准仪器对输入、输出精度进行检查。

3）检查测试指示灯。

4）检查手动动作和逻辑控制关系。

5）实现半自动工作：在调试过程中步步推进，直到实现控制周期。

6）自动进行工作：在半自动调试后之后观察工作循环，保证系统能够准确无误地连续工作。

7）设置参数和模拟量调试。

8）根据可靠、正确、省时的原则修改程序。

9）最后对异常条件进行检查，分析是否出现无法避免的非法操作。

4 结语

通过自动化控制技术创建稳定性自动化系统，能够有效控制安全事故的发生率，使系统趋于集成化、一体化，避免系统因故障问题而停电，实现系统准确控制、安全运行。