小議電氣工程自動化中的智能化應用

孟慶海

摘要：電氣自動化是工業現代化的重要標志和現代先進科學的核心技術。電氣自動化的發展對社會科技的進步有著極其深遠的影響。本文作者結合工作經驗,針對全控型電力電子開關、變換器電路、交流調速控制、通用變頻器、單片機、集成電路及工業控制計算機的發展幾方面論述了電氣自動化在電力系統中的應用。

關鍵詞：技術；電氣自動化；設計思想；現狀；未來發展

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

1、電氣自動化是工業現代化的重要標志和現代先進科學的核心技術。

依靠科技進步是電氣自動化發展適應全面建設小康社會要求的必然選擇。對于電氣自動化企業，自動化技術可以大大降低人工的勞動強度，提高測量檢測的準確度和信息傳輸的實時性，為生產過程提供進一步的技術保障。

2、我國電氣自動化的現狀

2.1電氣自動化

系統集成信息化信息技術對電氣自動化的滲透來自于兩個方向：一方面是從管理層縱向的滲透。企業的業務數據處理系統要對當前生產過程的數據進行實時的存取。企業的管理層利用標準的瀏覽器可以存取企業的財務、人事等管理數據，也可以對當前生產過程的動態畫面進行監控，在第一時間了解最全面和準確的生產信息。另一方面，信息技術橫向擴展到電氣自動化的設備、機器和系統中。隨著微電子和微處理器技術應用的增加，原本定義明確的設備界線，如PLC、控制設備和控制系統變的模糊了。相對應的軟件結構、通訊能力及易于使用和統一的組態環境變得重要了。不僅包括傳感器和執行器，而且包括控制器和儀表。Internet/Intranet技術和多媒體技術在電氣自動化領域有著廣泛的應用前景。

2.2電氣自動化系統維護簡易

Windows NT和IE已經正在成為電氣自動化控制的標準平臺、語言和規范。在電氣自動化領域，基于PC的人機界面已經成為主流，基于PC的控制系統以其靈活性和易于集成的特點正在被更多的用戶所采納。在控制層采用Windows作為操作系統平臺使電氣自動化系統更易于使用和維護。

2.3分布式控制應用

現場總線通過一根串行電纜將位于中央控制室內的工業計算機、監視/控制軟件和PLC的CPU與位于現場的遠程I/O站、變頻器、智能儀表、馬達啟動器、低壓斷路器等連接起來，并將這些現場設備的大量信息采集到中央控制器上來。它是一種串行的連接智能設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸的分支結構的通訊總線。分布式控制意味著PLC、I/O模塊和現場設備通過總線連接起來，將輸入輸出模塊轉換成現場檢測器和執行器。

3、自動化控制系統的設計思想

3.1集中監控方式

這種監控方式優點是運行維護方便,控制站的防護要求不高,系統設計容易。但由于集中式的主要特點是將系統的各個功能集中到一個處理器進行處理,處理器的任務相當繁重,處理速度受到影響。由于電氣設備全部進入監控,伴隨著監控對象的大量增加隨之而來的是主機冗余的下降、電纜數量增加,投資加大,長距離電纜引入的干擾也可能影響系統的可靠性。同時,隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯鎖采用硬接線,由于隔離刀閘的輔助接點經常不到位,造成設備無法操作。這種接線的二次接線復雜,查線不方便,大大增加了維護量,還存在由于查線或傳動過程中由于接線復雜而造成誤操作的可能性。

3.2遠程監控方式

遠程監控方式具有節約大量電纜、節省安裝費用、節約材料、可靠性高、組態靈活等優點。由于各種現場總線(如Lonworks總線,CAN總線等)的通訊速度不是很高,而電廠電氣部分通訊量相對又比較大,所有這種方式適合于小系統監控,而不適應于全廠的電氣自動化系統的構建。

3.3現場總線監控方式

目前,對于以太網、現場總線等計算機網絡技術已經普遍應用于變電站綜合自動化系統中,且已經積累了豐富的運行經驗,智能化電氣設備也有了較快的發展,這些都為網絡控制系統應用于發電廠電氣系統奠定了良好的基礎?，F場總線監控方式使系統設計更加有針對性,對于不同的間隔可以有不同的功能,這樣可以根據間隔的情況進行設計。采用這種監控方式除了具有遠程監控方式的全部優點外,還可以減少大量的隔離設備、端子柜、I/0卡件、模擬量變送器等,而且智能設備就地安裝,與監控系統通過通信線連接,可以節省大量控制電纜,節約很多投資和安裝維護工作量,從而降低成本。另外,各裝置的功能相對獨立,裝置之間僅通過網絡連接,網絡組態靈活,使整個系統的可靠性大大提高,任一裝置故障僅影響相應的元件,不會導致系統癱瘓。因此現場總線監控方式是今后發電廠計算機監控系統的發展方向。

4、探討電氣自動化控制系統的發展趨勢

4.1OPC(OIJEforProcessControl)技術

OPC(OIJEforProcessControl)技術的出現,IEC61131的頒布,以及Microsoft的Windows平臺的廣泛應用,使得未來的電氣技術的結合,計算機日益發揮著不可替代的作用。IEC61131已成為了一個國際化的標準,正被各大控制系統廠商廣泛采納。Pc客戶機/服務器體系結構、以太網和Internet技術引發了電氣自動化的一次又一次革命。正是市場的需求驅動著自動化和IT平臺的融和,電子商務的普及將加速著這一過程。Internet/Intranet技術和多媒體技術在自動化領域有著廣泛的應用前景。企業的管理層利用標準的瀏覽器可以存取企業的財務、人事等管理數據,也可以對當前生產過程的動態畫面進行監控,在第一時間了解最全面和準確的生產信息。虛擬現實技術和視頻處理技術的應用,將對未來的自動化產品,如人機界面和設備維護系統的設計產生直接的影響。相對應的軟件結構、通訊能力及易于使用和統一的組態環境變得重要了。軟件的重要性在不斷提高。這種趨勢正從單一的設備轉向集成的系統。

4.2變換器電路從低頻向高頻方向發展

隨著電力電子器件的更新,由它組成的變換器電路也必然要換代。應用普通晶閘管時,直流傳功的變換器主要是相控整流,而交流變頻船動則是交一直一交變頻器。當電力電子器件進入第二代后,更多是采用PWM 變換器了。采用PWM方式后,提高了功率因數,減少了高次諧波對電岡的影響,解決了電動機在低頻區的轉矩脈動問題。

但是PWM 逆變器中的電壓、電流的諧波分量產生的轉矩脈動作用在定轉子上,使電機繞組產生振動而發出噪聲。為了解決這個問題,一種方法是提高開關頻率,使之超過人耳能感受的范圍,但是電力電子器件在高電 壓大電流的情況下導通或關斷,開關損耗很大。開關損耗的存在限制了逆變器工作頻率的提高。 1986 年美國威斯康星大學 Divan 教授提出諧振式直流環逆變器。傳統的逆變器是掛在穩定的直流母線上,電力電子器件是在高電壓下進行轉換的‘硬開關,其開關損耗較大,限制了開關在頻率上的提高。而諧奪式直流環逆變器是把逆變器掛在高頻振蕩

過零的諧振路上,使電力電子器件在零電壓或零電流下轉換,即工作在所謂的‘軟開關狀態下,從而使開關損耗降低到零。這樣,可以使逆器尺寸減少,降低成本,還可能在較高功率上使逆變器集成化。因此,諧振式直流逆變器電路極有發展前途。

5、結束語

在全球經濟一體化趨勢下，電氣自動化在國家經濟和社會發展中占據越來越重要的地位，電氣自動化系統逐步完善，實現系統與外界網絡的連接，使系統信息能夠進行綜合處理能力與網絡技術結合實現網絡自動化和管控一體化。

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