楊傳浩

（廣西 南寧市 530000）

對電氣設(shè)計自動化技術(shù)的研究

楊傳浩

（廣西 南寧市 530000）

電氣自動化是世界現(xiàn)代科學(xué)的核心技術(shù)之一，是工業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。電氣設(shè)計自動化技術(shù)與電氣自動化密切相關(guān)，它關(guān)系到自動化控制系統(tǒng)的分析和常用生產(chǎn)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，對提高產(chǎn)品生產(chǎn)的工作效率、減少體力勞動力數(shù)量以及改善生產(chǎn)環(huán)境等有著重大意義。本文針對電氣設(shè)計自動化技術(shù)的現(xiàn)狀和特點做出了相關(guān)的探討。

電氣；設(shè)計；自動化

引言

隨著信息時代的到來，電氣設(shè)計和自動化設(shè)計相互滲透交融，實現(xiàn)了設(shè)備設(shè)計的電氣自動一體化、機電一體化和控制系統(tǒng)的自動化等。但電氣設(shè)計自動化與電氣工程及其自動化不同，其核心是要掌握電氣控制設(shè)備和供配電系統(tǒng)的運行、管理和維護工作。

1 電氣設(shè)計自動化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

電氣設(shè)計自動化技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)代信息技術(shù)、現(xiàn)代物理科學(xué)密切相關(guān)。其中現(xiàn)代信息技術(shù)是指計算機和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的綜合，對電氣設(shè)計自動化技術(shù)的發(fā)展起決定性作用?，F(xiàn)如今的高低壓變配電系統(tǒng)裝置一般采用嵌入式控制設(shè)備，用電設(shè)備就地控制中常用的有綜合微機保護或者繼電器保護等。微機本身強大的計算能力和存儲能力使得某些算法在微機上可以很容易的實現(xiàn)，而且微機保護裝置集成化的軟硬件模式，使得微機保護裝置的可靠性大大提高。[1]因此在進行電氣設(shè)計時，要按照用電設(shè)備的相關(guān)要求和工藝控制標準進行高低壓變配電系統(tǒng)設(shè)計與安裝，用電設(shè)備和就地控制設(shè)備的電氣設(shè)計根據(jù)IEC113-3標準的組態(tài)工具軟件進行控制，最后對電氣設(shè)計及安裝、電纜互聯(lián)記憶敷設(shè)設(shè)計等等。這樣的設(shè)計流程與傳統(tǒng)的設(shè)計方式中電氣設(shè)計、自動化設(shè)計過程是平行進行的，并在過程中互提測控條件的方式有很大的不同，它簡化了設(shè)計流程，將電氣和自動化設(shè)計人員合二為一、提高設(shè)計時效。另外，自動化設(shè)計中組態(tài)工作無需像以往等待系統(tǒng)硬件定牌后才可進行，標準的組態(tài)工具軟件和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議使不同的設(shè)備如同同一系列供應(yīng)商的產(chǎn)品一樣便捷的整合成系統(tǒng)。

2 電氣設(shè)計自動化技術(shù)的設(shè)計思想

從傳統(tǒng)的電氣設(shè)計自動化設(shè)計方式來看，電氣設(shè)備的相關(guān)控制系統(tǒng)、設(shè)備運行和計量主要通過物理方式由分立的機械部件完成，輔之以復(fù)雜的運行，基本達到用戶使用的配電設(shè)置要求。電氣自動化控制系統(tǒng)與電氣設(shè)計自動化不同，電氣自動化控制系統(tǒng)主要是通過計算機，利用軟硬件組態(tài)對相關(guān)電氣設(shè)備實施控制或管理的一個過程，且都需要由項目工程的設(shè)計人員根據(jù)現(xiàn)場情況的要求，統(tǒng)一控制管理并劃定互聯(lián)的顯著界面，通過相互協(xié)調(diào)以保證項目的實施[2]。電壓變化和配電系統(tǒng)的具體設(shè)置，需要依據(jù)所選用的電氣設(shè)備的負荷標準和分布情況來設(shè)計，保證針對性和實用性。最后根據(jù)供電方的實際條件和相關(guān)需求，結(jié)合現(xiàn)有電氣設(shè)備的特性，進行配電和變電系統(tǒng)的進一步計量與控制的設(shè)計。

3 電氣設(shè)計自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代電氣自動化設(shè)計較多地運用了嵌入式控制設(shè)備，嵌入式控制裝置在電氣設(shè)計自動化的未來發(fā)展中占有重要地位。在總線通信協(xié)議統(tǒng)一化的基礎(chǔ)上，嵌入式控制設(shè)備將節(jié)點數(shù)據(jù)庫分化為分布式數(shù)據(jù)庫，其特性完全符合規(guī)范的現(xiàn)場總線通信協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)通信功能。在項目工程的生產(chǎn)過程中，作為生產(chǎn)管理系統(tǒng)的重要組成部分，嵌入式控制設(shè)備智能化、扁平化、分布式的特點表現(xiàn)尤為突出，扁平化的管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)共享上具有速度快、效率高、可靠性強、成本低等優(yōu)點。這種覆蓋面廣且功能強大的電氣自動化設(shè)計方案對設(shè)計人員的專業(yè)技能要求較高，除基本技術(shù)要求之外，在設(shè)計后期的電氣系統(tǒng)實踐過程中，設(shè)計人員針還需要對嵌入式控制裝置進行編程組態(tài)，并根據(jù)要求完成現(xiàn)場總線通信協(xié)議的構(gòu)架組態(tài)工作。嵌入式控制裝置在電氣自動化設(shè)計的未來發(fā)展中占據(jù)著重要位置，其全面覆蓋的特點和統(tǒng)一化的現(xiàn)場總線通信協(xié)議，使互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品供應(yīng)商、企業(yè)管理工作者以及電氣自動化設(shè)計人員，能夠在離線或在線的狀態(tài)下，對產(chǎn)品的生產(chǎn)流程進行技術(shù)支持和生產(chǎn)調(diào)整，進一步保障項目工程的進展。此外，隨著電氣自動化技術(shù)及電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。在實際生產(chǎn)工作中，機械手能夠模擬人的手臂的部分動作，按預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實現(xiàn)抓取、搬運工件或操縱工具等等，更大程度地提高生產(chǎn)效率。

4 電氣設(shè)計自動化技術(shù)的設(shè)計要點

4.1 設(shè)計的節(jié)能性

在資源節(jié)約型社會大背景下，電氣設(shè)計自動化技術(shù)的設(shè)計需要體現(xiàn)節(jié)能這一特點。根據(jù)我國目前關(guān)于加強環(huán)境保護，提倡低碳節(jié)能產(chǎn)品的政策，電氣設(shè)計自動化技術(shù)在設(shè)計要點要體現(xiàn)出節(jié)能、綠色、環(huán)保等特點。在如今全球性的能源緊張的世界格局下，節(jié)能理所放然地成為所有設(shè)計的突破口和增值點，在電氣設(shè)計自動化技術(shù)的設(shè)計上，從能源使用和節(jié)能環(huán)保上另辟蹊徑能夠使其更加符合社會的現(xiàn)實要求。節(jié)能技術(shù)已經(jīng)成為環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展之間的關(guān)鍵點[3]。例如電氣自動化系統(tǒng)控制中，當使用PLC控制系統(tǒng)作為主要的電力控制系統(tǒng)之時，為達到節(jié)能的目的，一般采用PLC控制器分時段控電的策略以節(jié)約能源，還能夠避免變壓器產(chǎn)生低負荷或是空載運行的損壞設(shè)備的狀況。值得注意的是PLC控制系統(tǒng)分為手動和自動兩個方面，分別用不同的控制器來完成操作。在該系統(tǒng)的自動控制過程中，一般將不同的變壓器設(shè)置在不同的控制檔，并利用多個連接點將之與PLC外接繼電器相連接。這些變壓器在自動選擇時，在PLC控制系統(tǒng)的控制下實現(xiàn)單臺或多臺供電的時段切換，從而達到節(jié)能的目的。其中，PLC的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖

4.2 設(shè)計的智能性

電氣設(shè)計自動化的智能化設(shè)計主要借助軟件模塊實現(xiàn)，電氣自動化控制系統(tǒng)的智能化具有重大意義。在促進電氣設(shè)計智能化這一點上，軟件模塊的設(shè)計占據(jù)著主要位置。例如，在發(fā)電廠的自動控制發(fā)電過程中，所需要的電氣自動化控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的是由多線程的在線可編程并行數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)計而來的，并以PLC控制器作為單機控制、集中控制與分布式控制的主要系統(tǒng)，并根據(jù)控制系統(tǒng)的實際需要在編輯器內(nèi)進行自動化參數(shù)的具體設(shè)置。之后再通過適當?shù)膽?yīng)用軟件對智能化的PLC控制模塊進行激活。由此可見，在電氣設(shè)計自動化技術(shù)方面，軟件的設(shè)計是較為重要的一環(huán)。通過軟件的設(shè)計可以使工業(yè)生產(chǎn)與市場需求量結(jié)合起來，更加智能化地選擇PLC控制的類型，將工作量小的智能切換到單機控制操作系統(tǒng)上，工作量大的智能切換到分布式或集中式的控制系統(tǒng)上，實現(xiàn)設(shè)備的最優(yōu)化使用。

4.3 設(shè)計的可靠性

實際上無論是PLC系統(tǒng)控制技術(shù)、變頻技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)還是與計算機密切相關(guān)的DCS技術(shù)和微電子技術(shù)，在控制系統(tǒng)的設(shè)計上都要充分考慮到系統(tǒng)設(shè)計的可靠性。這是因為電氣自動化控制技術(shù)的可靠性和安全性一旦出現(xiàn)問題，不僅會給使用方帶來極大的經(jīng)濟損失，還會給供給方造成各種各樣的麻煩。因而電氣設(shè)計自動化加強技術(shù)設(shè)計上的可靠性，提高控制系統(tǒng)的安全性是完全必要的。同樣以PLC控制技術(shù)為例，在電氣設(shè)計時，對于PLC輸入端最有效的保護方式就是在外部加一級光電耦合器，以便在外部有高電壓等異物侵入回路時，使其擊穿的是保護級的光耦合器，在更換損壞的光耦時像更換熔斷器一樣方便快捷，達到及時排除故障保護設(shè)備的目的[4]。在此過程中，一般使用情況可選用4N25型保護級光耦。

5 電氣設(shè)計自動化技術(shù)在工程中的應(yīng)用

在具體的工程項目實踐過程中，電氣設(shè)計自動化技術(shù)與電氣控制系統(tǒng)及其自動化相互融合主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①電氣設(shè)計根據(jù)具體使用情境下的電氣設(shè)備要求和相關(guān)工藝控制需要對配電系統(tǒng)和用電設(shè)備進行第一次針對性的設(shè)計；②注意根據(jù)自動系統(tǒng)控制和工藝要求，進行配電系統(tǒng)末端就地控制裝置的框架設(shè)計；③根據(jù)供電方的實際條件、具體需求以及工程項目對于電氣設(shè)備的具體要求進行第二次的框架設(shè)計；④針對專門的電氣設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和電纜敷設(shè)進行設(shè)計與安裝；⑤利用相關(guān)的組態(tài)軟件管理控制平臺，統(tǒng)一標準協(xié)議，實現(xiàn)在線、離線甚至遠程的組態(tài)編程工作；⑥對電氣設(shè)備、系統(tǒng)軟件和相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，實現(xiàn)融匯貫通，在實踐上充分體現(xiàn)電氣自動化、設(shè)計智能化與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的開放化和高速化[5]。

6 結(jié)束語

綜上所述，在日益發(fā)展的現(xiàn)代化社會，電氣自動化技術(shù)在今后的使用會越來越廣泛，電氣設(shè)計自動化技術(shù)的創(chuàng)新與進步對于電氣自動化具有重大意義，對我國電力技術(shù)行業(yè)的發(fā)展有著重要作用。為更好地將電氣自動化控制模塊應(yīng)用于各行各業(yè)，在電氣設(shè)計自動化技術(shù)要在不斷發(fā)展的現(xiàn)況中充分實現(xiàn)規(guī)范化設(shè)計，根據(jù)節(jié)能性。智能化和可靠性的特點總結(jié)實際可用的設(shè)計思路，將電氣設(shè)計自動化技術(shù)標準化與規(guī)范化，使之更好的運用于生產(chǎn)實踐。

[1]呂 欣.電氣設(shè)計自動化技術(shù)淺析[J].中國科技投資，2013，2（1）：86.

[2]王春娜，趙蕓俠.探析電氣工程中自動化技術(shù)的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2013，7（9）：54～55.

[3]楊曉謙.試述傳統(tǒng)電氣與自動化技術(shù)的設(shè)計思想與融合[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012，11（6）：165.

[4]王冬梅.電氣自動化控制技術(shù)研究[J].機電信息，2012，8（3）：113.

[5]姚 立.電氣工程中自動化技術(shù)的研究[J].大科技，2011，11（2）：168.

TM92

A

1004-7344（2016）02-0321-02

2015-12-29

楊傳浩（1986-），男，初級，專科，主要從事電氣設(shè)計方面的工作。