基于计算机技术的电气自动化控制系统设计研究

张娟荣

（咸阳职业技术学院陕西咸阳712000）

电气自动化控制系统主要是根据计算机技术和电子通讯技术相互结合，从而实现系统的控制和管理。将其使用到变电站、建筑工程中，能够实现工程运行全过程的全面分析、管理及检测[1]。并且，其还能够使建筑工程及变电站在运行过程中能够安全稳定的运行，以此有效降低机械设备在运行过程中的故障发生几率，有效节约维护成本[2]。而且，电气自动化控制系统被广泛应用到工业中，能够基于保护和电气控制监控，对电气控制的故障问题进行自动报警，并且还能够以不同需求为基础实现科学的配电，以此对配电系统运行过程中的安全性进行保证，还能够对电能进行精准的计算，控制耗电量，以此使能源的使用有效降低，有效提高人们日常的生活生产水平[3]。基于此，本文就实现了基于计算机技术的电气自动化控制系统的设计。

1 电气自动化控制系统的设计方式

目前，我国在实现电气自动化系统设计的过程中，主要使用集中监控、远程监控、现场总线监控。

其一，集中控制。在电气自动化控制系统中收集集中监控设计的方式，其能够在后期工作过程中利于检查及维修。图1为电气自动化集中控制的电路结构。

图1 电气自动化集中控制的电路结构

一般，此种控制方式对于设备的要求比较低，并且自动化控制系统的设计也非常的简单，但是在设计的过程中其要满足系统的具体需求[4]。

其二，远程控制。在电气自动化控制系统中实现远程监控，其要求双方都能够实现计算机网络异地拨号及互联网进行实现，其能够利用被监控的计算机相互连接进行。远程监控能够通过计算机页面将被控制计算机界面进行充分的展现。此种方式具有多种优势，其具有一定的安全性、成本较低等，从而能够促进使系统得到保障[5]。图2为电气自动化远程控制的设备结构。

图2 电气自动化远程控制的设备结构

其三，现场总线监控。在现代技术不断发展的过程中，以现场总线及以太网为基础的计算机网络技术被广泛使用，以此有效促进了其在变电站中的使用。另外，电气智能化设备也广泛使用到变电站中，变电站电气系统中尤为重要的就是以计算机为基础的控制。现场总线控制的具有较高的针对性，并且节约设备，还能够有效提高电气自动化控制系统在运行过程中的可靠性及安全性[6]。图3为电气自动化远程控制的现场总线控制结构。

图3 电气自动化远程控制的现场总线控制结构

2 电气自动化系统的结构

以建筑设备为例，现代电气自动化系统主要使用集散控制结构，详见图4。

图4 现代自动化设备的集散控制结构

系统主要包括主控制器、中央监控计算机、现场控制器及通信网络，现场控制器的主要目的就是实现各个建筑设备的现场监控，中央监控计算机的主要目的就是利用网络和现场控制器进行信息的交换。

系统中的两级网主要包括二级网络及一级网络，一级网络属于一般局域网，二级网络使用标准总线，其属于工业控制总线。

系统四级控制装置中的第一级控制装置属于中央监控计算机，其能够和系统中的设备在一级网中连接，创建计算机系统[7]。

在一级网和二级网之间有多个主控制器的连接，其主要目的就是实现一级控制装配和三级现场控制器动作的协调，使二级网和一级网能够相互的通信，主控制器实现控制器数据的保存，并且实现报警信息的发送。

二级网实现现场控制器的连接，此种现场控制设备主要包括通信卡、CPU卡、模拟量I/O卡等设备，能够收集、控制、处理现场的信号，并且利用主控制器和上位管理计算机实现信息的交互[8]。

四级控制装置能够实现执行器及传感器和现场控制器的相互连接。

以上结构在使用过程中比较灵活，部分系统能够将中央监控计算机和现场的控制器在控制总线中相互连接，其中并没有主控制器，现场控制器的通信能够进行点到点通信，以此有效提高现场控制器独立的工作能力[9]。

3 基于计算机技术的电气自动化系统设计

在实现计算机技术为基础的电气自动化系统设计的过程中，其主要设计原则就是简单、稳定及可靠，并且还要求具有良好的扩展性及较强的兼容性。

3.1 计算机监控系统的设计

电气自动化系统的监控模式和系统配置要以实际系统的类型、总装机容量等实现设计。图5为计算机监控系统的设计结构。

图5 计算机监控系统的设计结构

在计算机监控系统设计的过程中，其主要包括两种模式，分别为集中式和分布式。集中式计算机监控系统一般都是使用一台计算机实现自动化监控任务，所以导致系统的稳定性不好。分布式结构能够充分展现没有涉及到的系统功能，促进控制过程实现，有效降低控制中心负担及传输信息量。如果其中部分功能故障，其不会对其他功能造成影响[10]。

本文使用分层分布式计算机监控系统实现设计，其主要包括供热主控制层、下级设备控制层、微机继电保护装置。图6为分层分布式计算机监控系统的设计结构。

图6 分层分布式计算机监控系统的设计结构

3.2 通信网络系统的设计

良好通讯网络系统能够保证自动化系统在运行过程中的可靠性、稳定性及安全性。根据实际需求，要求本文所设计的系统网络通畅，并且具有较强数据传输能力、安全稳定性及集成性，从而保证系统能够实现实时的通信及信息交换工作。牧犬电气自动化控制系统种的计算机主要是使用以太网方式进行连接，其传输速度比较快，并且具有良好的扩展性及开放性[11]。图7为通信网络系统的设计结构。

图7 通信网络系统的设计结构

其中供热系统通信功能主要通过以太网实现连接，接地层实现一体化共控制的安装，内部具有智能模块，实现各种信号的收集，图8为供热系统站的通信结构。

图8 供热系统站的通信结构

供热系统和调度系统主要是利用调制解调器和应急保护设备实现通信，使用通信通道使各个分站中信息的传输[12]。图9为供热系统及调度系统的通信结构。

3.3 自动化系统的设计

自动化控制系统主要包括监控系统、操作系统、工具软件及应用软件，其能够实现系统资源的共同管理，实现数据收集及管理。图10为自动化系统的设计结构。

作系统要求稳定性良好，人机界面互动良好，并且能够实现系统开放性、通用性及可移植性，可以使用Windows NT软件实现，其具有良好的实用性及稳定性，还能够实现数据保密[13]。图11为自动化系统的操作系统设计。

图9 供热系统及调度系统的通信结构

图10 自动化系统的设计结构

图11 自动化系统的操作系统设计

监控系统软件能够实现计算机系统的自动监控，一般都是具有数据收集、数据库管理、处理软件及应用软件等。图12为自动化系统的监控系统设计。

图12 自动化系统的监控系统设计

工具软件主要包括3D图形、FIX开发、PLC编程等，从而能够编辑程序并且编译，使监控系统能够朝着客户进行开放，使用户能够对计算机的监控技术进行全面的掌握[14]。图13为自动化系统的工具软件系统结构设计。

图13 自动化系统的工具软件系统结构设计

4 系统的实现

将本文所研究的系统线路在某工程中实现，图14为电气自动化控制系统的接线图。

图14 电气自动化控制系统的接线图

为了便于系统的前期调试及后期维护，系统在安装过程中要进行同时挂牌，并且在系统设置过程中，要和设备端进行相互的连接。通过系统的使用表示，本文所研究的系统能够满足用户的实际需求，其在使用过程中较为安全，能够实现设备控制的自动化[15-16]。

5 结束语

在现代我国社会经济不断发展的过程中，电气自动化控制技术也被广泛应用到社会各领域中，包括企业智能化生产，其不仅能够有效提高企业的生产效率，还能够有效节约成本，实现企业设备的集中生产，扩大企业经济效率及再生产，从而促进企业的持续发展。