高翔

摘 要：本文闡述了本人多年工作經(jīng)驗(yàn)做出的一些看法，從技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，電氣與自動(dòng)化設(shè)計(jì)在工程實(shí)踐中的關(guān)系，指出電氣與自動(dòng)化設(shè)計(jì)二者的融合趨勢(shì)，分析了當(dāng)前工程設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的原則和發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；設(shè)計(jì)；工程實(shí)踐

在傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)中，電氣和自動(dòng)化分屬兩個(gè)不同的專(zhuān)業(yè)，分別由兩部分不同專(zhuān)業(yè)的人員來(lái)協(xié)調(diào)、配合完成，從而也就決定了整個(gè)工程項(xiàng)目在施工過(guò)程以及以后的安裝調(diào)試、驗(yàn)收，甚至工程項(xiàng)目完成以后的運(yùn)行管理過(guò)程，電氣和自動(dòng)化也是由兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的不同人員來(lái)進(jìn)行的。隨著電氣設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備及其技術(shù)的發(fā)展成熟，使得電氣設(shè)計(jì)和自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作相互滲透、交融，并且使思想方法、工作方式發(fā)生了很大的變化。因此我們也要作出相應(yīng)調(diào)整，更好地達(dá)到兩個(gè)專(zhuān)業(yè)工作的合一，實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)電氣和自動(dòng)一體化，機(jī)電一體化、控制和儀表系統(tǒng)的徹底分散、扁平化等。

1 電氣和自動(dòng)化設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)和特點(diǎn)

在設(shè)計(jì)制造方式提供的電氣設(shè)備其控制、保護(hù)和計(jì)量主要由分立的、機(jī)械的、物理的方式和部件來(lái)完成，其相互之間的功能組合構(gòu)成達(dá)到用戶(hù)要求的配電產(chǎn)品。與其對(duì)應(yīng)的完全由計(jì)算機(jī)構(gòu)成的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，通過(guò)軟硬件組態(tài)達(dá)到用戶(hù)要求的系統(tǒng)控制管理功能。上述兩類(lèi)設(shè)備分別由不同類(lèi)的制造商提供，界限徑渭分明，它們由項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)條件和統(tǒng)一的控制管理原則劃定互聯(lián)的明顯界面，進(jìn)行協(xié)調(diào)連接。電氣設(shè)計(jì)根據(jù)用電設(shè)備的用電負(fù)荷、負(fù)荷特點(diǎn)和用電設(shè)備的分布情況，設(shè)置高中低壓變配電系統(tǒng)。進(jìn)而根據(jù)供電方條件、要求和用電設(shè)備要求和特點(diǎn)進(jìn)行高中低壓變配電系統(tǒng)二次計(jì)量、保護(hù)、控制的設(shè)計(jì)；根據(jù)工藝控制要求和自動(dòng)化系統(tǒng)要求，進(jìn)行配電系統(tǒng)末端的用電設(shè)備就地控制設(shè)備的設(shè)計(jì)。

2 設(shè)備與技術(shù)發(fā)展為設(shè)計(jì)提供的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)條件

高壓配電柜內(nèi)的綜合保護(hù)控制器、綜合電量計(jì)量器；低壓配電柜內(nèi)的自動(dòng)空氣斷路器中的計(jì)算機(jī)控制模塊、馬達(dá)控制中心中的軟啟動(dòng)器、變頻器的可控硅觸發(fā)數(shù)字控制器；就地機(jī)電設(shè)備中的小型PLC控制器；閥門(mén)電動(dòng)裝置調(diào)節(jié)控制器；現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程儀表，這些都可用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接在一起，以相同的通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。這些由于芯片嵌入、機(jī)電一體化、網(wǎng)絡(luò)通訊及其標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一所帶來(lái)的發(fā)展變化，使得測(cè)量和控制徹底的分散化于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層得以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)通訊總線(xiàn)上的人機(jī)界面設(shè)備通過(guò)DDE方式采用商業(yè)化通用多平臺(tái)監(jiān)控軟件，提供運(yùn)行管理人員介入系統(tǒng)的手段，并且不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制。同時(shí)現(xiàn)在的監(jiān)控組態(tài)工具軟件亦有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)IECll31-3，系統(tǒng)制造商均對(duì)此予以支持。從控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看，以現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為通訊媒介，只分為人機(jī)界面管理計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)控制器兩個(gè)層面?，F(xiàn)在有幾大現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)組織制定了相應(yīng)的幾種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊協(xié)議，符合同種通訊協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)控制器、儀表、嵌入式控制裝置可方便的通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接組成控制系統(tǒng)。

監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)可通過(guò)專(zhuān)用或商用通訊網(wǎng)絡(luò)與更加廣泛的管理系統(tǒng)相聯(lián)系。

3 新設(shè)計(jì)思想的內(nèi)容和特點(diǎn)

由于現(xiàn)在高低壓變配電設(shè)備中具有嵌入式控制裝置、用電設(shè)備就地控制設(shè)備中具有的小型PLC控制器等，所以進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，不用像傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮集中的二次信號(hào)、計(jì)量、保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備和自動(dòng)化控制系統(tǒng)的預(yù)留互聯(lián)條件，只要按用電設(shè)備要求、工藝控制要求進(jìn)行高低壓變配電系統(tǒng)，用電設(shè)備就地控制設(shè)備的一次電氣設(shè)計(jì)。同時(shí)按工藝控制要求進(jìn)行儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)供電方條件、要求和用電設(shè)備的要求和特點(diǎn)進(jìn)行高低壓變配電系統(tǒng)二次計(jì)量、保護(hù)、控制的控制流程圖設(shè)計(jì)，根據(jù)工藝控制要求和自動(dòng)控制要求，進(jìn)行配電系統(tǒng)末端的用電設(shè)備就地控制設(shè)備的控制流程圖設(shè)計(jì)。在人機(jī)界面管理計(jì)算機(jī)上按上述各部分的控制流程圖，以符合IECll3-3標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)工具軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件組態(tài)，包括對(duì)儀表系統(tǒng)的組態(tài)。最后進(jìn)行電氣及其控制設(shè)備安裝、電纜互聯(lián)和敷設(shè)設(shè)計(jì)。

這樣的設(shè)計(jì)流程與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式中電氣設(shè)計(jì)、自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程是平行進(jìn)行的，并在過(guò)程中互提測(cè)控條件的方式有很大的不同，它簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，將電氣和自動(dòng)化設(shè)計(jì)人員合二為一、提高設(shè)計(jì)時(shí)效。另外，自動(dòng)化設(shè)計(jì)中組態(tài)工作無(wú)需像以往等待系統(tǒng)硬件定牌后才可進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)工具軟件和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議使不同的設(shè)備如同同一系統(tǒng)供應(yīng)商的產(chǎn)品一樣便捷的整合成系統(tǒng)。工程項(xiàng)目經(jīng)過(guò)這樣的設(shè)計(jì)后，得到的整個(gè)電氣及其控制系統(tǒng)是完全為扁平化、開(kāi)放化的。其優(yōu)點(diǎn)是電氣與自動(dòng)化系統(tǒng)合一，從電氣的角度看系統(tǒng)全部智能化；從控制系統(tǒng)的角度看，系統(tǒng)徹底分散化；從網(wǎng)絡(luò)的角度看，扁平、開(kāi)放的結(jié)構(gòu)提供給用戶(hù)更經(jīng)濟(jì)、易用、高效的共享數(shù)據(jù)。

4 新設(shè)計(jì)思想及未來(lái)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)

嵌入式控制裝置將覆蓋全部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊協(xié)議統(tǒng)一至最少的數(shù)量，嵌入式控制裝置具有完全符合標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的全部節(jié)點(diǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)庫(kù)為分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，這些就如同PC及其外設(shè)的USB接口形成一樣。同樣智能化、分布式、扁平化的設(shè)備控制系統(tǒng)構(gòu)成的生產(chǎn)過(guò)程，也是生產(chǎn)管理系統(tǒng)的主要組成部分，數(shù)據(jù)共享、快速、高效、可靠、低成本也是扁平化管理系統(tǒng)的特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，在進(jìn)行未來(lái)的設(shè)計(jì)工作中要求設(shè)計(jì)人員既要進(jìn)行電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，又要能對(duì)嵌入式控制裝置進(jìn)行編程組態(tài)，同時(shí)還要完成基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架及其監(jiān)控軟件（包括數(shù)據(jù)庫(kù)）的組態(tài)。這樣一個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作過(guò)程無(wú)論從人員還是到流程都是快速、高效、扁平化的。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供貨商、項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員、企業(yè)生產(chǎn)管理者均可對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)流程進(jìn)行離線(xiàn)或在線(xiàn)的技術(shù)支持和調(diào)整，這也得益于嵌入式控制裝置和標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的全面實(shí)現(xiàn)。

5 電氣和自動(dòng)化在工程實(shí)踐中的融合

由于高低壓變配電系統(tǒng)設(shè)備中具有嵌入式控制裝置、用電設(shè)備就地控制設(shè)備中具有PLC控制器和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用，電氣和自動(dòng)化的交融、一體化在電氣與自動(dòng)化工程實(shí)踐活動(dòng)的合二為一體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①根據(jù)用電設(shè)備和工藝控制要求進(jìn)行高低壓變配電系統(tǒng)、用電設(shè)備的一次電氣設(shè)計(jì)。②根據(jù)供電方條件、要求和用電設(shè)備要求和特點(diǎn)進(jìn)行高低壓變配電系統(tǒng)二次計(jì)量、保護(hù)、控制的控制流程框圖設(shè)計(jì)。③根據(jù)工藝控制要求和自動(dòng)控制要求，進(jìn)行配電系統(tǒng)末端的用電設(shè)備的就地控制裝置的控制流程框圖設(shè)計(jì)。④根據(jù)工藝控制要求進(jìn)行儀表、執(zhí)行器和操作管理站等系統(tǒng)的控制流程框圖設(shè)計(jì)。⑤在操作管理站上通過(guò)組態(tài)軟件的平臺(tái)，按上述電氣、自動(dòng)化系統(tǒng)的控制流程框圖內(nèi)容實(shí)現(xiàn)電氣和自動(dòng)化系統(tǒng)的功能。軟件的接口標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議趨于統(tǒng)一，可以進(jìn)行在線(xiàn)、離線(xiàn)或遠(yuǎn)程狀況下的組態(tài)編程。⑥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安裝、電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)。⑦進(jìn)行設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)軟件的安裝、調(diào)試。在整個(gè)工程實(shí)踐中，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程和施工流程。不用像傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮集中的二次信號(hào)、計(jì)量、保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)之間的預(yù)留互聯(lián)條件，只要按用電設(shè)備要求、工藝控制要求進(jìn)行高低壓變配電系統(tǒng)、用電設(shè)備就地控制裝置的一次電氣設(shè)計(jì)和儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)即可；施工過(guò)程中在設(shè)備安裝、電纜敷設(shè)連接后，直接進(jìn)行調(diào)試，減少了兩個(gè)專(zhuān)業(yè)之間的配合調(diào)試，避免了兩部分人員分頭進(jìn)行的現(xiàn)象。整個(gè)系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化互相嵌入、完全融合，體現(xiàn)在電氣的智能化、自動(dòng)控制的徹底分散化、網(wǎng)絡(luò)的扁平化和開(kāi)放化。