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摘要：随着我国科学技术的发展,融合了计算机技术、通信技术以及自动控制技术等现代信息技术的电气自动化控制系统在工业生产领域的应用越来越广泛。基于计算机技术的电气自动化控制系统在实际的现场控制中,起着保护设备及人员安全、监控设备数据以及自动控制等作用,而且该系统具有操作简单、控制精度高以及控制灵活等特点,可以适应复杂的工业自动化控制要求。电气自动化控制系统在具体的控制方式中主要有集中控制、远程控制以及现场总线控制等方式,计算机监控系统以及自动化控制系统设计是应用比较广泛的系统设计方式。
关键词：计算机技术；电气自动化；控制系统
Research on Electrical Automation Control System Based on Computer Technology
GAO Yuguang,GAO Junying
(Shandong Huayu University of Technology,Dezhou Shandong 253034)
【Abstract】：With the development of science and technology in China,the electrical automatic control system integrating computer technology,communication technology,automatic control technology and other modern information technology is more and more widely used in thefield of industrial production.In the actualfield control,the electrical automation control system based on computer technology plays the role of protecting equipment and personnel safety,monitoring equipment data and automatic control.Moreover,the system has the characteristics of simple operation,high control precision andflexible control,and can meet the requirements of complex industrial automation control.The specific control modes of electrical automation control system mainly include centralized control,remote control andfieldbus control.The design of computer monitoring system and automatic control system is a widely used system design mode.
【Key words】：computer technology;electrical automation;control system
我国经济的发展离不开工业产业的支持,而工业产业的发展需要有先进的科学技术。随着我国科学技术的发展,电气自动化控制技术在社会生产领域的应用越来越广泛,尤其是在工业生产领域的应用大大减少了人工使用成本,提高了生产效率,同时也降低了安全事故发生率,为我国的工业生产发展作出了重要的贡献。电气自动化控制技术的应用,让我国工业生产领域的一些生产过程和步骤实现了无人参与或者是少数人参与,生产过程可以完全让电气自动控制设备来根据人为设定的程序自主完成。因此,从某种意义上来说,在当前的工业化发展时代,工业自动化水平成为衡量工业生产领域水平高低的主要标准之一。在此背景下,探讨基于计算机技术的电气自动化控制系统的特点及功能应用,对于完善电气自动化控制系统,促进我国工业生产领域的发展具有重要的意义。
1电气自动化控制系统的构成及功能
1.1自动化控制系统的基本构成
电气自动化控制系统是在工业生产领域广泛应用的,集合了多种控制设备以及生产工艺、计算机技术、控制技术的自动控制系统。该系统主要是数据采集系统、数据处理分析系统以及执行系统等组成[1]。数据采集系统主要是由多种传感器组成,在实际运行中,通过数据采集传感器来进行工业生产中的信号采集,并将采集到的信号自动传输到自动控制系统中去。系统中的数据分析处理系统就会对采集到的信号进行分析处理,将处理过的信息传输到执行系统,执行系统中的执行设备根据数据指令来实现对不同设备的自动控制,完成不同的控制要求。
1.2自动化控制系统的主要功能
电气自动化控制系统的主要功能是保护功能、监控功能及自动控制功能。
(1)自动控制系统的保护功能主要有两个目的,首先是要保护工作人员的安全,其次保护运行设备的运行安全。因此,在很多的自动化控制系统中都有一些安全装置及防护装置,安全装置主要是保护工作人员的安全,防护装置主要是为了防止运行设备出现损坏,也就是说,保护的是设备。在具体的系统中,安全装置主要是通过设置安全隔离装置的方式来防止工作人员接触到系统中一些高速运转的设备,需要在一些开放式的设备上安装保护装置,比如保护罩、隔板之类的装置[2]。保护装置也和系统相连,一旦保护装置突然开启,系统马上就会进行停机保护,防止由于工作人员误操作导致保护罩打开,危及工作人员的安全。防护装置的功能是为了防止系统在运行过程中出现由于机械、电路等运行异常导致的故障而损坏电气设备的情况。自动化控制系统里面的自动控制装置会通过停机、断电等措施防止设备故障带来更大的危害。一旦出现紧急情况,系统会自动报警并进行停机保护,工作人员可以及时进行故障原因查找,排除故障。
(2)监控功能是电气自动化控制系统的主要功能之一,在实际的生产过程中,运行设备的实时状况需要通过自动控制系统的监控来实现[3]。为了更好地实现监控的目的,通常需要各种的传感器来进行数据收集,主要收集工业生产过程中的流程数据以及运行设备的参数等。因此,传感器是自动控制系统得以实现实时监控的基础。在实际的工业生产中,液位传感器的应用范围比较广,通过对被监测液体位置变化的监控,实时将数据传输到自动控制系统中,实现实时监控的目的。通常情况下,传感器分为接触式和非接触式,而每种类别里面又包括很多类型的传感器,这些传感器适用环境不同,有的抗干扰,有的精度高,需要根据监测介质的性质及具体的监测要求来选择合适的传感器。比如,空气压缩机里面的润滑系统中安装的油温、油压传感器可以实时监测压缩机的油温情况,一旦出现异常,系统就会报警,如果油温过低,压缩机就不能启动,油温过高或油压过高,系统就会强制停机。
(3)自动控制功能是在具体的控制过程中,电气自动化控制系统可以实现对设备的自动管理和控制。控制的过程是按照设定好的程序逐步执行操作,将传感器收集到的数据信息进行分析处理之后,按照指令触发继电器进行设备的启动停止工作。被自动化系统监控的运行设备,都会实时受到高效的自动控制,实现了自动化生产。
2基于计算机的电气自动化控制系统特点及控制方式
2.1自动化控制系统特点
作为现代工业生产领域中具有代表性的控制系统,电气自动化控制系统具有操作简单、控制效率高、信息化程度高、控制灵活、实时控制等特点。
(1)操作简单主要是由于电气自动控制系统的设计越来越简易化、便捷化。系统的设计为了更好地便于人工操作,一些人机交互界面非常友好,虽然系统内部比较复杂,但是通过控制屏可以快速地实现不同控制要求的切换,简化了电气自动控制系统的控制程序,只需要少量工作人员就可以实现对系统的操作,而且后续的维护流程也越来越简单,大大减少了人力资源使用。
(2)控制效率高主要体现在电气自动化控制系统的分布控制上,自动控制系统中的控制设备在具体的生产控制中实施分布设置,传感器、远程I/O站、计算机系统等都根据实际的控制要求进行合理的分布,控制方式呈现放射分布式,系统中的设备相互独立又相互联系,构成一个完善的控制系统,从而更好地满足控制要求,控制过程高效稳定[4]。
(3)信息化主要体现在随着计算机信息技术的发展,电气自动控制系统越来越趋向于信息化发展。在实际的应用中,自动控制系统横向分布在工业控制现场,实现对控制现场的全覆盖控制,提升组态质量,同时在纵向发展方面可以更好地将控制过程中的数据收集并保存起来,为系统的控制以及维护等提供数据支持。
(4)控制灵活主要体现在电气自动控制系统不仅可以实现控制过程的连续,跟随着连续的生产过程进行不间断的控制,还具有灵活的控制特性。为了满足不同的控制要求,系统中的控制设备以及控制程序具有很强的兼容性,工作人员可以根据实际的工作要求,通过触屏、开关等控制设备实现灵活的自动控制。
(5)实时控制体现在自动控制系统中的控制程序运行周期很短,而且是不间断地连续控制运行。通常情况下,程序对运行设备的数据从采集到处理再到输出只需要几十毫秒,最多不过几百毫秒,很短的时间内完成一个运行周期,这样快的运行周期可以实现对设备的实时控制。
2.2自动化控制方式
电气自动化控制系统的控制方式主要有集中控制、远程控制以及现场总线控制等。
(1)集中控制总体的系统设计比较简单,实际的监控过程需要很少处理器即可实现,正是由于该系统的设计简单,所以很难满足复杂的监控要求。一般情况下,工业现场的工作环境比较复杂,有的生产流程需要投入较多的设备,投入的设备越多,需要监控的数据就会越多。在实际的监控过程中,设备与监控系统之间的连接方式会更加复杂,如果周期性的检查不到位,会导致线路出现问题,该控制方式不适用安全防护性能要求高的设备控制。
(2)远程控制的基本结构是由远程支持站(计算机)、路由器、服务器、互联网络及现场设备等组成。运行设备的参数以及工业生产工艺数据等通过服务器传输到远程支持站,利用计算机可以实现对现场设备的远程控制。该控制方式具有应用范围广、操作方式简单、组态灵活、系统稳定性高等特点。
(3)现场总线控制在当前计算机技术以及人工智能技术不断发展的背景下,控制方式越来越完善,在工业生产领域得到了大范围应用。现代计算机技术的应用为现场总线控制方式的发展提供了技术支持,实现了更高精度的控制,因为设备之间利用互联网连接,需要的辅助设备及线路就比较少,数据信息可以快速地在系统内实现收集、处理及输出。而且,由于设备实现了互联网连接,设备之间的运行状况相互不受影响,因此,控制系统的运行也就更加稳定。
3基于计算机的电气自动化控制系统设计
3.1计算机监控系统设计
基于计算机技术的电气自动化控制系统不仅要稳定可靠,还要具备较好的拓展性、兼容性,满足工业控制要求。在监控系统设计中,一般分为集中控制和分布控制。集中控制在系统发展之初应用的比较多,因为早期的监控系统相对来说比较简单,设备比较少,需要监控的内容比较少,一台计算机就可以完成监控任务。但随着生产工艺越来越复杂,工业现场环境可变因素较多,运行设备越来越多,需要监控的对象也就越来越多,单一的计算机无法很好地完成监控任务。因此,目前应用比较广泛的是分布式控制方式,该方式结构完善,可以很好地促进控制过程实现,并能有效地降低控制中心的负担,在实际运行中,即便是有部分功能出现故障,其他的功能也不会受到影响,控制过程更加稳定。比如,离心空压机振动监控系统就是利用接触式振动探头来实现监控目的。具体的设计是在压缩缸体上安装振动探头,利用导线将探头与振动传感器连接,导线采用专用的防振动导线,连接更牢固。振动探头和叶轮轴承接触,叶轮转动时的振动情况就会传给振动探头,与探头相连的传感器就会将振动信号转为电信号,并传输给监控系统中的处理器,处理器根据振动信号与设定的振动信号相比,以判断离心空压机的振动情况是不是超出了正常范围,为机组的安全运行提供参考依据。
3.2自动化控制系统设计
自动化控制系统主要由操作系统、工具软件、监控系统等组成。操作系统要具备良好的开放性、稳定性及通用性,一般使用Windows NT软件,该软件不仅具有很好的实用性,而且可以更好地保护数据信息。在具体的应用中,利用计算机软件进行数据传输,确保数据传输安全。工具软件主要是由PLC编程、3D图形等组成。其中,PLC编程可靠性高、适用性强,可以更好满足不同用户的系统配置要求。监控系统软件是计算机系统自动监控的基础,通常是由数据收集和处理、数据库管理、应用软件、历史数据分析等部分组成。比如在锅炉的除氧加药系统中,就是利用自动化控制系统控制加药的时间。PLC控制器对锅炉的用水量数据采集后与设定的用水量数据进行比对,根据用水量计算出加药量以及加药的时长。比如每小时的加药时长为10min,系统就会自动在1h后启动加药泵,10min后自动让加药泵停止工作,实现对锅炉加药量的精准自动控制。
4结语
基于计算机技术的电气自动化控制系统,在工业生产领域具有广泛的应用范围,其便捷化和高效化的控制效果大大降低了工业生产过程中的人力资源使用成本,而且显著提高了生产效率。未来电气自动化控制系统还需要进一步的在规范化和智能化发展方面努力,不仅要应用先进的控制技术,还要充分发挥计算机技术的优势,构建标准的系统程序结构,实现不同系统之间的数据信息互联,实现有效的电气设备控制管理。同时,需要逐步推动控制系统向智能生产领域的应用,不仅完成控制任务,还推动自动化控制系统的不断完善优化。
参考文献
[1]刘明.计算机技术应用下的电气自动化控制系统设计分析[J].软件,2018,39(6):170-173.
[2]李丽坤.计算机技术应用下的电气自动化控制系统设计分析[J].自动化与仪器仪表,2018(12):94-97.
[3]邢立波.基于计算机技术的电气自动化控制系统设计分析[J].电脑知识与技术,2021,17(12):236-237+243.
[4]谢大川.计算机控制系统在电气工程及电气自动化中的应用[J].今日自动化,2018(1):79-80.
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