張磊

（國(guó)內(nèi)貿(mào)易工程設(shè)計(jì)研究院　北京市　100069）

論電氣自動(dòng)化在工業(yè)應(yīng)用中的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

張磊

（國(guó)內(nèi)貿(mào)易工程設(shè)計(jì)研究院北京市100069）

工業(yè)建筑逐步進(jìn)入信息化時(shí)代，電氣工業(yè)電氣領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，工業(yè)電氣自動(dòng)化控制技術(shù)是通過系統(tǒng)集成，來完成對(duì)電力系統(tǒng)的維護(hù)。本文旨在較為詳細(xì)的介紹電氣自動(dòng)化當(dāng)前的現(xiàn)狀，并討論了當(dāng)前電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，以此展望未來電子自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

電氣自動(dòng)化；現(xiàn)狀；設(shè)計(jì)思想；發(fā)展趨勢(shì)

在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的過程中，信息技術(shù)也必然會(huì)更加完善，因此，工業(yè)自動(dòng)化程度也會(huì)越來越高，工業(yè)電氣自動(dòng)化，又叫做電氣工程及其自動(dòng)化，其未來的發(fā)展趨勢(shì)，就是信息化以及開放化，通常來講，工業(yè)自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和軟件應(yīng)用有著密不可分的聯(lián)系。

1　電氣自動(dòng)化在工業(yè)應(yīng)用中的發(fā)展現(xiàn)狀

（1）OPC（OLE for Process Control）技術(shù)的出現(xiàn)，IEC61131的頒布，以及Microsoft的Windows平臺(tái)的廣泛應(yīng)用，使得計(jì)算機(jī)在未來的電氣技術(shù)的結(jié)合中，日益發(fā)揮著不可替代的作用。

一方面，IEC61131標(biāo)準(zhǔn)使得編程接口標(biāo)準(zhǔn)化。目前，世界上有200多家PLC廠商，近400種PLC產(chǎn)品，不同產(chǎn)品的編程語(yǔ)言和表達(dá)方式各不相同，IEC61131使得各控制系統(tǒng)廠商的產(chǎn)品的編程接口標(biāo)準(zhǔn)化。IEC61131同時(shí)定義了它們的語(yǔ)法和語(yǔ)義。這就意味著不會(huì)有其他的非標(biāo)準(zhǔn)的方言。IEC61131已成為了一個(gè)國(guó)際化的標(biāo)準(zhǔn)，正被各大控制系統(tǒng)廠商廣泛采納。結(jié)構(gòu)化的編程方式使得程序更易管理，也提高了代碼的使用效率，縮短了程序編程的周期。

除此之外，Windows正成為事實(shí)上的工控標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)。微軟的技術(shù)如Windows NT、Windows CE和Internet Explore已經(jīng)正在成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)、語(yǔ)言和規(guī)范。PC和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)在商業(yè)和企業(yè)管理中得到普及。在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域，基于PC的人機(jī)界面已經(jīng)成為主流，基于PC的控制系統(tǒng)以其靈活性和易于集成的特點(diǎn)正在被更多的用戶所采納。在控制層采用Windows作為操作系統(tǒng)平臺(tái)的好處就是其易于使用和維護(hù)以及與辦公平臺(tái)簡(jiǎn)單的集成。

（2）現(xiàn)場(chǎng)總線和分布式控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線（Profibus、FF、Interbus等）是一種串行的連接智能設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸?shù)姆种ЫY(jié)構(gòu)的通訊總線。它通過一根串行電纜將位于中央控制室內(nèi)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、監(jiān)視控制軟件和PLC的CPU與位于現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程IO站、變頻器、智能儀表、馬達(dá)啟動(dòng)器、低壓斷路器等連接起來，并將這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的大量信息采集到中央控制器上來。分布式控制意味著PLC、IO模塊和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過總線連接起來，將輸入輸出模塊轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)器和執(zhí)行器。

（3）IT技術(shù)與電氣工業(yè)自動(dòng)化PC、客戶機(jī)服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)、以太網(wǎng)和Internet技術(shù)引發(fā)了電氣自動(dòng)化的一次又一次革命。正是市場(chǎng)的需求驅(qū)動(dòng)著自動(dòng)化和IT平臺(tái)的融合，電子商務(wù)的普及將加速著這一過程。信息技術(shù)對(duì)工業(yè)世界的滲透來自于兩個(gè)獨(dú)立的方向：一是從管理層縱向的滲透。企業(yè)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)要對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的存??；另一方面，信息技術(shù)橫向擴(kuò)展到自動(dòng)化的設(shè)備、機(jī)器和系統(tǒng)中。信息技術(shù)已滲透到產(chǎn)品所有的層面，不僅包括傳感器和執(zhí)行器，而且包括控制器和儀表。InternetIntranet技術(shù)和多媒體技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。企業(yè)的管理層利用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器可以存取企業(yè)的財(cái)務(wù)、人事等管理數(shù)據(jù)，也可以對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)畫面進(jìn)行監(jiān)控，在第一時(shí)間了解最全面和準(zhǔn)確的生產(chǎn)信息。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和視頻處理技術(shù)的應(yīng)用，將對(duì)未來的自動(dòng)化產(chǎn)品，如人機(jī)界面和設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生直接的影響。

2　工業(yè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

2.1集中監(jiān)控方式

這種監(jiān)控方式優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行維護(hù)方便，控制站的防護(hù)要求不高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)容易。但由于集中式的主要特點(diǎn)是將系統(tǒng)的各個(gè)功能集中到一個(gè)處理器進(jìn)行處理，處理器的任務(wù)相當(dāng)繁重，處理速度受到影響。由于電氣設(shè)備全部進(jìn)入監(jiān)控，伴隨著監(jiān)控對(duì)象的大量增加隨之而來的是主機(jī)冗余的下降、電纜數(shù)量增加，投資加大，長(zhǎng)距離電纜引入的干擾也可能影響系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯(lián)鎖采用硬接線，由于隔離刀閘的輔助接點(diǎn)經(jīng)常不到位，造成設(shè)備無法操作。這種接線的二次接線復(fù)雜，查線不方便，大大增加了維護(hù)量，還存在由于查線或傳動(dòng)過程中由于接線復(fù)雜而造成誤操作的可能性。

2.2遠(yuǎn)程監(jiān)控方式

遠(yuǎn)程監(jiān)控方式具有節(jié)約大量電纜、節(jié)省安裝費(fèi)用、節(jié)約材料、可靠性高、組態(tài)靈活等優(yōu)點(diǎn)。由于各種現(xiàn)場(chǎng)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(duì)又比較大，所有這種方式適合于小系統(tǒng)監(jiān)控，而不適應(yīng)于全廠的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建。

2.3現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式

目前，對(duì)于以太網(wǎng)（Ethernet）、現(xiàn)場(chǎng)總線等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，且已經(jīng)積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，智能化電氣設(shè)備也有了較快的發(fā)展，這些都為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)電廠電氣系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)?，F(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加有針對(duì)性，對(duì)于不同的間隔可以有不同的功能，這樣可以根據(jù)間隔的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用這種監(jiān)控方式除了具有遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的全部?jī)?yōu)點(diǎn)外，還可以減少大量的隔離設(shè)備、端子柜、I0卡件、模擬量變送器等，而且智能設(shè)備就地安裝，與監(jiān)控系統(tǒng)通過通信線連接，可以節(jié)省大量控制電纜，節(jié)約很多投資和安裝維護(hù)工作量，從而降低成本。另外，各裝置的功能相對(duì)獨(dú)立，裝置之間僅通過網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)靈活，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大大提高，任一裝置故障僅影響相應(yīng)的元件，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。因此現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式是今后發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。

3　電氣自動(dòng)化在工業(yè)應(yīng)用中的發(fā)展趨勢(shì)

目前，我國(guó)電氣自動(dòng)化的發(fā)展已經(jīng)更加深入，在眾多領(lǐng)域，電氣自動(dòng)化技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用，在電力系統(tǒng)中，電力自動(dòng)化技術(shù)的作用，更加明顯，不僅僅有效降低了企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)也提高了企業(yè)收益，與電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。

在我國(guó)工業(yè)發(fā)展中，電氣自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是呈現(xiàn)分布式、開放化和信息化。分布式的結(jié)構(gòu)是一種能確保網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)智能的模塊能夠獨(dú)立的工作的網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到系統(tǒng)危險(xiǎn)分散的概念；開放化則是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有與外界的借口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外界網(wǎng)絡(luò)的連接；信息化則是使系統(tǒng)信息能夠進(jìn)行綜合處理能力，與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化和管控一體化。在開創(chuàng)“電氣自動(dòng)化”新局面的時(shí)候，要牢牢地把握從“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”的轉(zhuǎn)變。在保持產(chǎn)品價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)，中國(guó)企業(yè)需要尋找一條更為健康的發(fā)展道路“電氣自動(dòng)化”企業(yè)要不斷吸收高新技術(shù)的營(yíng)養(yǎng)，才能為開創(chuàng)“電氣自動(dòng)化”的新局面增添動(dòng)力。要全面把握“科學(xué)發(fā)展觀”的基本內(nèi)涵和精神實(shí)質(zhì)，結(jié)合本地區(qū)、本部門、本行業(yè)的客觀實(shí)際，按照“以人為本、全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的要求”，認(rèn)真尋找差距，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，轉(zhuǎn)變發(fā)展觀念，調(diào)整發(fā)展思路，切實(shí)把思想和行動(dòng)統(tǒng)一到“科學(xué)發(fā)展觀”的要求上來，把“科學(xué)發(fā)展觀”貫徹到改革開放和我國(guó)電氣自動(dòng)化進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、國(guó)際化和全球化的過程上來。

4　結(jié)束語(yǔ)

在我國(guó)工業(yè)電氣自動(dòng)化數(shù)字技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中，不可避免的還存在一些問題和弊病。因此，工作人員應(yīng)該全面分析之后，掌握和了解這些這些技術(shù)的實(shí)際問題，并有針對(duì)性的采取措施，這樣才能夠有效提高我國(guó)工業(yè)電氣自動(dòng)化程度，最大限度的提高電氣系統(tǒng)地工作效率和質(zhì)量，推動(dòng)我國(guó)工業(yè)電氣自動(dòng)化進(jìn)程，從而加速我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

[1]孫琥.科學(xué)發(fā)展觀旗幟下的工業(yè)電氣自動(dòng)化發(fā)展[J].硅谷，2009，1.

[2]孫金明.自動(dòng)化技術(shù)的三大革新[J].中國(guó)科技信息，2005，14.

[3]高東杰，譚杰，林紅權(quán).應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003，1.

[4]甘永梅，李慶豐，劉曉娟，王兆安.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004，6.

TM76

A

1673-0038（2015）41-0146-02

2015-9-28