胡小鋒

[摘 要]電氣工程與人們的生活、生產(chǎn)息息相關(guān)，與互聯(lián)網(wǎng)之間的融合發(fā)展提高了電氣工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，能夠檢測(cè)系統(tǒng)故障、減輕工作繁雜性，互聯(lián)網(wǎng)為電氣工程的發(fā)展提供了技術(shù)支持，開辟出電氣工程領(lǐng)域發(fā)展的新局面。本文針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)做出介紹，探討電氣工程與互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展方式。

[關(guān)鍵詞]電氣工程;互聯(lián)網(wǎng);融合發(fā)展

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.20.072

[中圖分類號(hào)]F272.92[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673-0194（2019）20-0-02

0 ? ? 引 言

電氣工程屬于社會(huì)體制的組成部分，具有實(shí)踐性、綜合性特征，與人們生活、生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域都有密切聯(lián)系。在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及微電子技術(shù)發(fā)展下，電氣工程系統(tǒng)從單一到復(fù)雜，與互聯(lián)網(wǎng)之間的聯(lián)系也愈加緊密，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行。

1 ? ? 互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)

互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)將各類控制器、傳感器、執(zhí)行器集合起來(lái)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換，是一種網(wǎng)絡(luò)化、分布式的控制系統(tǒng)，讓處于不同區(qū)域中的用戶可以享受到資源的協(xié)調(diào)和共享?；ヂ?lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)屬于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的高級(jí)層次，在節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)上，將控制器、傳感器、執(zhí)行器連接起來(lái)，不再是傳統(tǒng)意義的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連線模式，該種模式具有重量少、費(fèi)用低、維護(hù)便利、安裝簡(jiǎn)單、診斷性強(qiáng)、靈活可靠的優(yōu)勢(shì)。

常見(jiàn)的控制結(jié)構(gòu)有兩種類型。①?gòu)街苯Y(jié)構(gòu)：在徑直結(jié)構(gòu)中，控制器、傳感器、執(zhí)行器之間通過(guò)一條網(wǎng)絡(luò)通道連接，構(gòu)建成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)上，還有其他節(jié)點(diǎn)與控制環(huán)，如直流電機(jī)速度控制。②分層結(jié)構(gòu)：在分層結(jié)構(gòu)中，在輸入測(cè)量數(shù)據(jù)后，即可計(jì)算出控制信號(hào)，將信號(hào)發(fā)送至遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，根據(jù)信號(hào)執(zhí)行系統(tǒng)任務(wù)，利用傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)為控制器傳遞數(shù)據(jù)，具有代表性的應(yīng)用有汽車控制系統(tǒng)、遙控操作系統(tǒng)、航天器。

互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。①節(jié)點(diǎn)智能化。智能化節(jié)點(diǎn)利用網(wǎng)絡(luò)能夠滿足功能協(xié)調(diào)、信息傳輸?shù)男Ч鱾€(gè)節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)建出互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)。②結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化?；ヂ?lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)具有特殊之處，在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)上也有所體現(xiàn)，該種結(jié)構(gòu)支持星型、總線型、樹行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，穩(wěn)定性更高。③控制現(xiàn)場(chǎng)化。在網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)中，能夠?qū)⒅醒肟刂破魅蝿?wù)放置在智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，分散危險(xiǎn)因素，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。④系統(tǒng)開放化。對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的開發(fā)，需要遵循特定標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)是開放性的，不同的廠商可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)出適宜的產(chǎn)品，產(chǎn)品之間可以相互集成。

2 ? ? 互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的特征分析

在數(shù)字技術(shù)誕生之前，電氣工程控制都是采用模擬電路、機(jī)械電路的方式開展，控制信號(hào)、傳感信號(hào)之間是物理耦合，傳感、控制具有一體化的特征，處于相同的物理位置。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，在控制、傳感之間做出了明確劃分，數(shù)字計(jì)算、模數(shù)轉(zhuǎn)換所需時(shí)間大大減小，解決了電氣工程運(yùn)行中的諸多問(wèn)題?？傮w來(lái)看，互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)有以下幾個(gè)特點(diǎn)。第一，喪失定常性。在互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)刻不再有規(guī)律可以遵循，也不能使用原有的采樣時(shí)間進(jìn)行處理。第二，喪失完整性。在數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)中，可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)出錯(cuò)、數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，數(shù)據(jù)完整性也受到影響。第三，喪失因果性。網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間是不確定的，數(shù)據(jù)到達(dá)次序也不再遵循原有的因果關(guān)系。第四，喪失確定性。由于數(shù)據(jù)到達(dá)是隨機(jī)性的，控制系統(tǒng)也是隨機(jī)性的。

互聯(lián)網(wǎng)在電氣工程中的應(yīng)用需要應(yīng)用以下幾種技術(shù)。

①智能判斷故障技術(shù)。電氣工程處于復(fù)雜的環(huán)境中，在操作時(shí)，受多種因素的影響發(fā)生故障，通過(guò)智能判斷故障技術(shù)應(yīng)用可以便利地檢測(cè)到系統(tǒng)故障，調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，改變電流輸送渠道，讓故障判斷更加精準(zhǔn)。②專家系統(tǒng)與遺傳算法。在電氣工程的各個(gè)系統(tǒng)中，可以劃分為不同的系統(tǒng)，配合遺傳算法的應(yīng)用，可以模擬問(wèn)題分析過(guò)程，采用相應(yīng)方式解決。③人工網(wǎng)絡(luò)智能控制。人工網(wǎng)絡(luò)智能控制也是電氣工程在未來(lái)階段發(fā)展的一個(gè)重要方向。目前，在電氣工程的管理、操作環(huán)節(jié)中，已經(jīng)開始推行人工智能技術(shù)，通過(guò)該種技術(shù)，能夠及時(shí)分析故障，找出故障的處理方式，控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

3 ? ? 電氣工程與互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展

3.1 ? 設(shè)計(jì)方案

在登錄系統(tǒng)后，連接服務(wù)器，再連接互聯(lián)網(wǎng)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序構(gòu)建模塊，在自動(dòng)化環(huán)節(jié)設(shè)置模塊中，利用控制模塊進(jìn)行控制，在發(fā)生問(wèn)題時(shí)，會(huì)發(fā)生預(yù)警信號(hào)，保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

3.2 ? 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在硬件系統(tǒng)中，由計(jì)算機(jī)硬件、測(cè)控功能硬件組成，對(duì)于計(jì)算機(jī)硬件，可以按照要求選擇工控機(jī)與臺(tái)式機(jī)，根據(jù)數(shù)據(jù)輸入接口，檢測(cè)到電氣工程在運(yùn)行中產(chǎn)生的信號(hào)，將信號(hào)放大后調(diào)整格式。在各個(gè)接口連接上，各個(gè)線路都有適合的名稱，為了順利采集數(shù)據(jù)，可以設(shè)置數(shù)據(jù)采集卡，將采集卡插入卡槽后，自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)，建立連接。采用該種方式，能夠保障數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的穩(wěn)定性。在連接線路上，有多個(gè)端口，也是影響工程控制質(zhì)量的一個(gè)主要環(huán)節(jié)。連接方式有兩種，可以應(yīng)用通信協(xié)議直接將設(shè)備連接起來(lái)，在發(fā)生問(wèn)題后，及時(shí)處理，滿足自動(dòng)操作要求;也可以將控制模塊、使用儀器之間相連，構(gòu)建出虛擬化的操作系統(tǒng)。在總線設(shè)計(jì)上，可以采用兩種方式：第一種是將VXI作為總線，這類總線是開放性的，能夠滿足數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、高效傳輸需求，特別適合應(yīng)用在數(shù)據(jù)高頻傳輸中;第二種是CAN現(xiàn)場(chǎng)總線，這種類型是應(yīng)用串行局域網(wǎng)將總線連接起來(lái)，應(yīng)用于多個(gè)控制器連接上。

3.3 ? 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，需要應(yīng)用工具搭建開發(fā)平臺(tái)，為后續(xù)軟件使用奠定基礎(chǔ)，在平臺(tái)上，可以進(jìn)行圖形化設(shè)計(jì)，在編程語(yǔ)言選擇完畢后，創(chuàng)建出相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境。在這個(gè)特殊的開發(fā)環(huán)境下，各個(gè)硬件功能均可順利實(shí)現(xiàn)，通過(guò)軟件設(shè)置優(yōu)化管理內(nèi)容，能夠幫助操作人員了解各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在獲取數(shù)據(jù)后，逐一分析。對(duì)于軟件模塊，應(yīng)用多個(gè)編程思想，將工程情況錄入后，由系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)化、分析、拆分，放置到相應(yīng)模塊，對(duì)于復(fù)雜模塊，根據(jù)要求分級(jí)、設(shè)置子模塊，逐級(jí)分解程序，滿足自動(dòng)化操作要求。在軟件設(shè)計(jì)上，還要應(yīng)用CAD繪制工程圖形，如果后期需要修改，用快捷命令執(zhí)行操作即可。

3.4 ? 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，需要設(shè)置相應(yīng)的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)置需要采用專門線路來(lái)連接，提供相應(yīng)的保護(hù)功能，合理安排接口和微處理器。在主系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，將數(shù)據(jù)設(shè)置在存儲(chǔ)器之中進(jìn)行詳細(xì)分析，看能否滿足電氣工程運(yùn)行要求。在模擬采集設(shè)計(jì)上，采用A/D進(jìn)行連接，將信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，在通道中，設(shè)置好地址，輸出信號(hào)后，MPX會(huì)自動(dòng)選擇通道;設(shè)置開關(guān)量輸出系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)電回路進(jìn)行，為了解決外部信息干擾，在運(yùn)行環(huán)節(jié)中，需要應(yīng)用到電耦合設(shè)備。在軟件程序上，包括“故障處理程序”“中斷程序”“主程序”3類，對(duì)于程序使用，都有專業(yè)化的編寫程序。對(duì)于主程序，操作需要涵蓋“全面檢查”“初始化”等方面，系統(tǒng)可以讀取開關(guān)狀態(tài)變化，判斷出開關(guān)量的變化情況，下達(dá)命令。中斷程序是針對(duì)不同參數(shù)的處理，在下達(dá)任務(wù)后，終端會(huì)發(fā)出請(qǐng)求，系統(tǒng)會(huì)快速響應(yīng)，執(zhí)行請(qǐng)求。

3.5 ? 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)也是電氣工程與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展中需要重視的一個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)，即通過(guò)系統(tǒng)控制功能與需要監(jiān)控的區(qū)域連接起來(lái)，系統(tǒng)由“主控中心”“前端網(wǎng)絡(luò)”“區(qū)域監(jiān)控”組成，前端設(shè)計(jì)在工程空間內(nèi)進(jìn)行，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求調(diào)整聲音與圖像，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)攝像頭的焦距和光圈做出調(diào)整。監(jiān)控系統(tǒng)能夠提供從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心提供監(jiān)控，同時(shí)，在監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，還要關(guān)注外部設(shè)備和硬盤，系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)視頻信息，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。

4 ? ? 互聯(lián)網(wǎng)在電氣工程應(yīng)用中的作用

4.1 ? 提高電氣工程設(shè)計(jì)質(zhì)量

電氣工程設(shè)計(jì)需要應(yīng)用多個(gè)領(lǐng)域、多個(gè)學(xué)科的知識(shí)、技能，設(shè)計(jì)難度較高，在互聯(lián)網(wǎng)誕生前，通過(guò)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式來(lái)設(shè)計(jì)，由于缺乏科學(xué)的驗(yàn)證方式，成效并不理想。互聯(lián)網(wǎng)具有強(qiáng)大功能，可以保障電氣工程設(shè)計(jì)過(guò)程中各個(gè)步驟的精準(zhǔn)性，提高工作效率，具有更高的實(shí)用價(jià)值。

4.2 ? 檢測(cè)系統(tǒng)故障

電氣工程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障后，檢測(cè)難度高，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，如果應(yīng)用人工來(lái)排除，效率低、時(shí)間長(zhǎng)、精度低。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的各種新技術(shù)，能夠及時(shí)檢測(cè)出系統(tǒng)的故障，減輕了工作人員壓力，也讓檢測(cè)活動(dòng)更加簡(jiǎn)單，提高維修精度，提高故障處理效率。

4.3 ? 減輕工作繁雜性

電子工程系統(tǒng)程序復(fù)雜，在運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)負(fù)擔(dān)重，也經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生各種差錯(cuò)。應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以解決人為操作帶來(lái)的失誤，保證操作環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性，對(duì)于電氣工程的發(fā)展具有重要意義。

5 ? ? 結(jié) 語(yǔ)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是現(xiàn)代科技發(fā)展的成果，對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要影響，在多個(gè)領(lǐng)域、行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用。電氣工程與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展，提高了電氣工程控制精度、工作效率，電氣工程與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合在機(jī)床PLC的電氣自動(dòng)化控制、立體倉(cāng)庫(kù)的PLC電氣控制以及發(fā)電企業(yè)分散管理系統(tǒng)的應(yīng)用中，具有較好的發(fā)展前景。在互聯(lián)網(wǎng)支持下，讓電氣工程有無(wú)限的可能，在人工智能的發(fā)展與科技進(jìn)步下，電氣工程將會(huì)全面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化。

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