管偉智

（云南銅業(yè)股份有限公司西南銅業(yè)分公司，云南 昆明 650102）

弱電控制有兩個優(yōu)點，即容易控制和安全性高，因此在強電系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，不僅對強電系統(tǒng)運行時的安全有了保障，還大大方便了實際操作，一舉兩得。自動化控制中的弱電對強電的控制已經出現(xiàn)了多種方法，并且在具體的實踐中也有了不錯的成效，但是并不能滿足于此，因為仍有許多不足之處需要完善。

1 電氣自動化控制概述

電氣自動化實現(xiàn)控制主要通過以下四個方面：第一，電氣自動化發(fā)展平臺。計算機信息技術是實現(xiàn)自動化控制最基本的支撐，在電氣控制中，弱電控制強電也是通過Windows技術來實現(xiàn)自動化控制的，除此之外，OPC平臺也發(fā)揮了重要作用。第二，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller,PLC）。這種產品在電氣設備中有很大的適用性，但是必須保證兩者的兼容性，接口必須是統(tǒng)一的。在弱電控制強電系統(tǒng)中，標準接口的應用可以使PLC的應用范圍更加廣泛，隨之提高電氣自動化程度。第三，在弱電控制強電系統(tǒng)中，Windows平臺可以提供相應的技術。在利用平臺的過程中，會結合很多微軟技術，比如，PC技術以及其他信息技術。第四，實現(xiàn)弱電控制強電必須通過相應的系統(tǒng)和線路，因此對現(xiàn)場的系統(tǒng)及總線需要進行合理的安排和管理，保證信息能夠雙向傳輸。相關的工作人員需要檢查兩者之間的連接形式，確保不會出現(xiàn)并聯(lián)的情況。現(xiàn)場的總線系統(tǒng)是由總線以及控制系統(tǒng)組成的。此外，工作人員可以借助電纜等方式將電氣自動控制的范圍及距離進一步擴大，非現(xiàn)場的工作人員可以借助信息顯示器對電氣設備進行遠程自動控制。

2 自動化控制中的弱電和強電

研究自動化控制中的弱電如何控制強電，就必須明確弱電與強電各自的范圍及其作用。首先，自動化控制中的強電是指電壓達到220V和380V以及10000V以上的用電設備，這是按照電壓的等級進行劃分的。在電力運輸過程中，強電最突出的特點就是動力傳輸。強電是通過電線路進行電力傳輸?shù)?，廣泛應用在可以供配電系統(tǒng)中的照明系統(tǒng)、市電系統(tǒng)。但是由于強電本身的局限性，運用強電進行單一的自動化控制無法滿足電力企業(yè)對發(fā)展的要求，因此強電的不便操作和不安全性等缺陷問題急需解決。

弱電的定義是安全電壓，是不高于36V的，但是這種劃分方法并不是固定的，被劃分到弱電范圍之內的還有380V的電壓，因此對弱電的定義標準并不是確定的。與強電相比，弱電是有一定優(yōu)勢的，弱電的信號更強、安全性更高、控制更加方便。因為有一系列的優(yōu)勢，使用弱電控制對自動化控制技術的發(fā)展更為有利，有著更廣闊的前景。到目前為止，弱電的應用領域涉及各行各業(yè)：一是通信領域，在此領域中，應用最廣泛的是計算機以及手機通信；二是電子領域，在這個領域當中弱電的作用是幫助電子元件運行；三是計算機領域，弱電的作用是幫助計算機的運行能夠更加平穩(wěn)和安全；另外，還有廣播領域以及醫(yī)療器械領域。弱電是不具有動力傳輸?shù)墓δ艿?，它的作用是通過電路板來實現(xiàn)操控的目的，實現(xiàn)自動化控制。

弱電與強電各有千秋，在電力行業(yè)當中兩種電壓都必不可少，只是弱電由于自身的優(yōu)勢更適合在自動化領域中應用，因此電力企業(yè)在大力發(fā)展對弱電控制的運用。目前，在電力發(fā)電站中，弱電和強電的控制是同時存在的，但是在自動化的控制領域中弱電占優(yōu)勢地位。

3 自動化控制中弱電控制強電的方法

3.1 基礎的控制原理

弱電控制強電最常用的核心系統(tǒng)部件是PLC，PLC通過數(shù)字量和模擬量的輸入輸出操作進而控制強電，其在弱電控制強電的過程中占主導地位。近年來大型冶煉企業(yè)的輔助系統(tǒng)已經大規(guī)模用PLC控制系統(tǒng)代替了原來的繼電控制系統(tǒng)，PLC不僅可以單獨控制某個工藝流程，還可以通過接入DCS系統(tǒng)來協(xié)調全廠生產工作。在自動控制系統(tǒng)中，PLC可以儲存邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作指令，用戶可以編制的控制程序表達了強電的控制邏輯要求，并事先存入PLC的儲存器中，當PLC運行時，系統(tǒng)可以按照要求自動完成對強電的邏輯控制和操作。

PLC有諸多優(yōu)點：體積小、反應快、抗干擾能力強、重量輕、性價比高，正因為這些優(yōu)點使得PLC在弱電控制強電的過程中占了主導地位。由于PLC控制系統(tǒng)采用編程元件（如計數(shù)器、定時器、繼電器）來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的物理元器件，可以實現(xiàn)靈活和復雜的控制邏輯，與傳統(tǒng)的繼電控制相比，傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)采用了大量的中間繼電器、時間繼電器等物理電氣元件，當出現(xiàn)觸點接觸不良或者線圈燒壞等情況時，整個控制系統(tǒng)都會出錯，容易導致事故發(fā)生，而PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，因觸點接觸不良、線圈燒毀等故障電氣元器件造成的故障大為減少，并且PLC控制系統(tǒng)的二次線路大幅減少，接線過程中很難發(fā)生錯誤，大幅減輕了安裝和檢修人員的工作量，整個控制系統(tǒng)的可靠性大幅提高。

3.2 有效運用固態(tài)繼電器

繼電器的使用范圍越來越廣，成為實現(xiàn)弱電控制強電的理想元件。固態(tài)繼電器（Solid State Relay,SSR）是一種無觸點的啟動裝置，由微電子電路、分立電子等元件構成，可以有效地使用隔離裝置對負載端以及控制端進行隔離。固態(tài)繼電器有很多優(yōu)點：抗干擾能力強、壽命很長、噪聲小、耗能低、開關反應速度快、安全性高。固態(tài)繼電器的工作原理是輸入微小控制信號，直接驅動大電流荷載。固態(tài)繼電器的廣泛使用得益于它的優(yōu)勢：簡化了繼電器的所有的操作流程，不受各種條件限制。固態(tài)繼電器的本質是半導體元件，并且是無觸點的，能夠有效地協(xié)助單片機工作，固態(tài)繼電器在操作輸入和輸出時，可以利用光電隔離使絕緣效果提升，使絕緣電壓大于2000V，有效地保障了電路運行的安全性。

固態(tài)繼電器雖然有諸多優(yōu)點，但是也存在一些問題，在實際的操作中應該注意以下問題：第一，選擇合適的散熱設計，保證充足的空間和強制散熱的散熱片；第二，如果有必要，可使用RC對濾波進行吸收和輸入；第三，固態(tài)繼電器會發(fā)生漏電的情況，如果是小功率荷載就要注意因漏電流而導致的荷載控制出現(xiàn)問題。

3.3 大型自動控制系統(tǒng)構架

大型自動控制系統(tǒng)主要由主站層、遠程I/O站、現(xiàn)場傳感器等三層網絡結構組成，其中PLC、DCS、組態(tài)界面等構成主站層，該層的設備主要安裝在集控室內，方便工程師操作，主站層通過光纖或者以太網等通信設備與遠程I/O站連接，遠程I/O站與現(xiàn)場接觸器、變頻器等電氣元件通過二次控制線路連接或者通過總線連接?，F(xiàn)場傳感器層含有大量傳感器元器件，如溫度傳感器、物位傳感器、電流變送器、壓力變送器等，這些元器件的信號大部分通過4～20mA電流傳輸并接入遠程I/O站，遠程I/O站將這些信號轉換為數(shù)據上傳到主站層。大型自動控制系統(tǒng)以全自動控制為主，以現(xiàn)場手動操作設備控制為輔，工程師在集控室內通過電腦顯示屏來對系統(tǒng)設備進行監(jiān)控，并可以通過鼠標操作顯示器上啟停按鈕圖標來控制設備或者設置設備運行參數(shù)，該種控制系統(tǒng)的使用可以在很大程度上提高生產效率，并減少運行人員的工作量和確保員工的安全。

大型工業(yè)企業(yè)的設備一般內含有大量電機，電機啟停方式主要有自動啟停和現(xiàn)場控制箱手動啟停兩種。自動狀態(tài)下電機的開停機時由主站層通過現(xiàn)場傳感器監(jiān)測到的物料高低數(shù)據來自動啟用和停止電機，而現(xiàn)場啟停方式則是需要先將就地或遠程旋鈕切換到就地檔位，然后通過現(xiàn)場控制箱的按鈕來啟停電機。

4 自動化控制中弱電控制強電的未來發(fā)展趨勢

自動化控制的發(fā)展應該與時俱進，將現(xiàn)階段的先進技術結合到自動化控制中，可以大力推動自動化控制的發(fā)展。對電氣自動化未來發(fā)展的趨勢預測主要有以下兩個方面：

第一，逐步建立起具有通用性特點的控制網絡結構，將自動化控制與網絡技術相結合?？刂凭W絡結構的建立有利于各種有關的主體之間有效地進行信息傳遞，更好地把現(xiàn)場設備控制起來，利用這種結構還有利于相關技術人員對設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，起到了輔助作用。在建立控制網絡結構時，要進行合理的設計，需要確保網絡的流暢，保證各項工作能夠順利進行。網絡技術的迅速發(fā)展，也隨之運用在生產生活中，自動化控制需要抓住這個發(fā)展趨勢，與之相結合，實現(xiàn)共同發(fā)展。

第二，在發(fā)展自動化控制時，需要設置標準的統(tǒng)一的程序接口。傳統(tǒng)的自動化設備因為生產區(qū)域不同或者廠家不同，程序接口各式各樣，沒有統(tǒng)一，因此在實際操作中會遇到很多麻煩，標準統(tǒng)一的程序接口產生，有利于縮短工程時間，提高相應的工作效率。當程序接口標準化之后，自動化設備可以與監(jiān)控系統(tǒng)互相連接，實現(xiàn)信息共享。

5 結束語

近年來，自動化技術的發(fā)展越來越快，對人們的生活方式有巨大的改變，同時大大提高了工業(yè)生產的效率。在自動化控制中，由于弱電控制更安全、操作便捷等優(yōu)點，弱電控制強電的方式已經成為主流，而且在未來發(fā)展中，控制網絡結構的建立以及標準化程序接口的統(tǒng)一會進一步推動弱電控制的發(fā)展。未來，要將弱電控制和強電控制的優(yōu)點結合起來，共同促進電氣自動化的發(fā)展。