电气自动化工程控制系统的现状及其发展趋势

申楠，韩志兴，祁忠明，刘海芳

（1.北京富润成照明系统工程有限公司，北京 100020；2.民航机场建设集团华北有限公司，北京 101300）

1 引言

电气自动化工程控制系统能够优化调整电气设备的运行参数和应用状态，对系统架构、控制方式、联网质量、信息处理等方面要求比较高。 经过一段时间的发展，电气自动化控制水平越来越高，但仍然存在许多问题需要解决，应该立足于现有状况展开积极探索，利用信息化、智能化技术，加快自动化控制系统升级，更好地发挥集成、智能、节能、安全控制功能，根据实时监测数据，提高电气系统运行管理质量。

2 电气自动化工程控制系统现状分析

2.1 分散控制系统

电气自动化工程控制系统一般是由多个子系统构成。 分散控制系统是以微处理器为基础，具有控制功能分散、集中显示操作、综合协调处理等特点，体现出分散控制、集中管理的设计理念，采用多层分级、合作自治的结构形式。 分散控制系统是一种金字塔结构，每一级都由若干子系统组成，而每个子系统都能够实现若干目标，所以，在电气自动化工程控制系统建设中，分散控制系统应用比较广泛，根据管理需求，需科学配置上位机和接口机设备资源， 利用分布式计算单元设备和传感器设备，精准采集分布式控制逻辑信号。 在实际应用过程中，该系统仍然存在许多问题，在标准化、精确度、安全性、稳定性等方面仍有很大提升空间， 系统运行时容易出现质量问题，影响了自动化控制系统的运行效率。 因此，分散控制系统正在朝着开放式方向发展，赋予用户更大的系统集成自主权，可以更加灵活地选择设备软件接入控制系统， 实现最优的系统集成，仪表技术更加智能化，体现出高精度、高可靠性等特点。 有利于实现真正意义的全分散、全数字控制，系统架构逐渐朝与现场总线集成方向发展。 在实现分散控制的同时，应更加注重全系统信息综合管理，形成高度自动化、具备柔性的管控一体化系统[1]。

2.2 可编程控制系统

可编程控制系统是基于机械控制原理控制数字量的一种方式，主要通过可编程逻辑控制器编辑、存储、执行各种控制指令，包括逻辑运算、定时计数、顺序控制等。 在电气自动化工程控制系统中应用该技术，能够显著提升自动化控制水平，减少操作失误，结合大数据技术、信息技术，能够扩大应用范围、提升整体管理和服务水平。 通过可编程控制系统，可以优化控制顺序，提高系统整体精密度，开展更加精准的多元化管控，而且有利于完善开关量控制。 传统的开关量管控存在复杂性、安全性、稳定性等方面问题，利用可编程控制系统，结合继电器通信技术，可以降低外界因素的干扰，实施更好的自动化控制工作。 另外，可编程控制系统能够完善闭环控制环节，优化集中控制环节，充分发挥各功能模块作用，全面管控各种影响因素。

2.3 自动化监控

自动化监控在电气自动化工程控制系统中发挥着关键作用，能够实时掌控各种电气设备的运行状态，快速识别、精准定位产生故障的仪器设备，及时进行故障处置。 许多中央控制单元和微处理器设备的通信频次较高， 可能会产生运维风险和安全隐患，利用自动化监控系统，有利于提升不同系统单元和层次上的监控与控制精度， 保证各种电气系统资源和生产技术资源得到更好的利用。 随着电气设备信息化、智能化水平的不断提升，对自动化监控的要求越来越高。 现场总线是一种工业数据总线， 能够解决智能化仪器设备间的数字通信和控制管理问题，将现场总线技术运用到电气自动化监控系统中，可以实现集逻辑编程、数据采集、报警提示、故障诊断、设备管理、信息管理等功能于一体的效果。 运用现场总线技术，结合智能化设备，能够有效减少中间转换和接口设备，显著增加电子系统信息获取量，具有较好的经济效益。 从技术层面上看，采用基于现场总线技术的自动化监控系统， 能够将电气设备运行监视信息和管理信息集成处理， 提高自动化监控水平和故障判断分析能力。 随着现场总线技术标准的逐渐统一，该电气自动化监控方案运用越来越广泛， 但对网络通信环境要求较高，如果出现数据传输延迟、数据包丢失等问题，就会破坏系统原有的稳定性，使控制系统的性能大打折扣[2]。

3 电气自动化工程控制系统发展趋势

3.1 标准化

虽然电气自动化工程控制系统得到了广泛的应用， 但是由于重视程度、认知水平、技术能力、经济实力等方面的差异不同，厂商生产的自动化控制设备在编程语言、控制方法、通信协议等方面无法做到标准化、统一化，很难掌握所有自控设备系统搭建技术，存在兼容性差的问题，容易引发运行故障和安全事故，造成一定程度的经济损失。 针对这些问题，必须采取针对性处理措施，完善控制系统的调节能力，降低人力资源成本， 减少控制操作失误， 保证控制系统的运行效率和可靠性。 电气自动化工程控制系统的发展离不开网络体系架构的支持。 为了保证电气设备的安全稳定运行，必须解决现阶段电气自动化控制技术的应用缺陷， 加大计算机网络系统管理力度，促进计算机监控体系和企业管理体系深度融合，应用先进的电气自动化控制技术、传感器技术，保证电气设备运行信息和生产管理数据的高效传递。 企业应该积极建立标准程序结构，利用自动化系统和计算机技术，加快与其他智能化管理系统的高效衔接，实现不同系统间的数据共享，解决系统程序结构不一致、系统信息传递困难等问题。 针对不同厂商电气自动化设备不能通用的问题，需要开发标准统一的应用系统平台，具有开放的开发环境和统一的技术标准， 进而实现更好的电气自动化应用效果。

3.2 智能化

3.2.1 设备设计

电气设备产品设计对自动化控制系统的运行效果产生直接影响，具有较高的专业性和复杂性，如果采用传统的人工设计方法，不但会影响设计质量和进度，而且可能会造成严重的资源浪费。 利用智能化技术开展电气设备设计，将设计过程从手工设计转变为人工智能设计， 满足大规模电气设备开发需求，可以通过计算机平台科学制定电气设备设计流程和目标，有效解决设计过程中可能存在的冲突问题， 更好地适应电气自动化控制系统。

3.2.2 电气控制

在电气自动化控制过程中， 一般会围绕效率与成本展开精细化管理。 采用人工智能技术，能够改善自动化控制系统运行性能，在不同环境条件下也能保持良好的状态。 传统的电气控制过程中需要依靠人工监控， 如果在电气控制中融入专家控制系统、模糊控制、神经网络控制等智能控制技术，能够改善现有控制形式存在的弊端， 可以让电气控制系统具备更加智能的操作功能。 专家控制系统是实现过程控制的重要技术，充分利用专业知识和经验，结合计算机技术和人工智能技术，提供科学推理和判断， 模拟专家决策过程， 处理各种复杂问题；模糊控制理论则利用了模糊数学的基本思想，对于复杂系统，采用简化方式难以达到精确控制的目的，可以尝试运用模糊数学方法来解决； 神经网络预测控制能够模仿人脑的工作机理，在处理非线性问题时具备强大的适应性。 利用这些智能控制技术，有利于更为精准地判断系统运行状态，制订科学的运行管理方案[3]。

3.2.3 故障诊断

故障诊断是电气自动化控制系统的重要功能。 针对故障诊断效率低的问题，可以采用机器学习、人工智能等智能化技术，简化故障诊断流程，保证故障诊断质量和效率，采取针对性的故障修复措施。 利用专家系统、神经网络控制、模糊控制理论，不仅能够高效识别、诊断、分析系统运行故障，及时传递共享故障数据和相关信息，而且还可以实现预警功能，进一步降低故障发生概率。 机器学习是一门多领域交叉学科，利用计算机模拟人类学习行为，获取新的知识和技能，是实现人工智能的有效途径。 在自动化控制系统故障诊断上， 通过数据收集、数据清理、特征提取、模型训练等过程，可以自动识别故障类型，给出解决方案，实现智能故障诊断处理的效果。

3.3 节能化

随着节能环保理念的不断深入， 各行各业都在加快节能技术应用。 电气自动化控制系统也正朝着节能化的方向发展，利用各种传感器，采集不同类型电气设备能耗数据，并将相关数据反馈给计算机管理平台，经过运算分析后，控制相关设备进行参数调节， 调整电气设备运行状态， 达到节能管理的目的。 通过电气自动化控制系统，建立设备节能监控体系，以节约能源为目标，针对空调系统、供配电系统、照明系统、供排水系统、通风系统等各种子系统展开实时监控，运用自动控制、传感器、信息处理、计算机网络等多种技术，实时监测电气设备工作参数变化，准确评估设备能耗水平，自动记录各种能源消耗量，计算相应费用，并对设备信息、日常维护等方面进行管理。 以空调系统为例，该系统产生的能源消耗较多，如果电气自动化控制系统运行参数设置不合理， 那么就会造成能源浪费问题。 在系统运行过程中，要综合考虑气候变化、极端天气、管理需求等多方面因素，结合运用变风量控制技术、焓值控制技术等多种控制方式，优化自动化控制流程，实现更好的节能效果[4]。

4 结语

综上所述， 电气自动化工程控制系统在电气设备管理方面发挥着重要作用，能够显著降低劳动强度和工作危险，节约管理成本，提高管理效率，对于经济发展、企业经营、居民生活都会产生较大影响，所以，必须全面认识电气自动化工程控制系统发展水平，根据现有运行质量和管理需求，探索未来发展方向，积极融入更多的信息化、智能化技术，提高电气自动化控制水平，实现更好的工程管理效果。