工厂电气自动化系统的设计及应用

工厂电气自动化系统的设计及应用

吕英帅

宏大工程技术（辽宁）有限公司，辽宁 本溪 117000

摘要：随着社会的进步，科技发展和经济开始呈现出紧密结合的趋势，也日益突出了技术进步在生产力发展方面起到的推动作用。在此背景之下，各个经济领域中电气自动化方面获取的进步、革新也越来越突出。特别是工厂生产上，在不断提高自动化水平的情况下，劳动强度大幅减轻，生产用人也相应的减少，成本也得到了降低，而产品质量也因此大大提升，生产高效化目标得到了良好实现，也在一定程度上保证了生产的安全性。

关键词：工厂；电气自动化系统；设计；应用

引言

在各种先进技术飞速发展的背景下，技术融合目标开始逐步的实现，如智能控制、网络信息、电子信息等技术之间的结合越来越紧密。受到这一驱动因素影响，计算机技术开始逐渐向工业控制的标准化平台方面发展。而在PLC、PC控制软件标准化水平日益提升的背景下，工业领域越来越受重视的就是电气自动化，所以有必要探讨系统特征、设计、应用。

1 工厂电气自动化系统特点

1.1 可靠性高、可维护性好

该方面特征在系统的控制可用度上有着决定性作用，其中可靠性是以规定时间内低运行故障率为要；而对于可维护性来说，是指系统有故障问题出现时，可以快速、简便的进行维护工作。

1.2 环境适应性强

工厂环境的突出特征就是异常恶劣，所以对自动控制系统和设备的要求就是要能够适应高温及高湿等多种恶劣环境[1]。与此同时，工厂中也存在严重的电磁干扰现象，并不具备良好的供电条件，所以需要系统设备的电磁兼容性较高。

1.3 控制的实时性

系统要具有实时控制的功能，要实时化的监控工厂生产中工况变化情况。从该方面来看，PC端要注意实时操作系统、中断系统的配备。

1.4 完善的输入输出通道

为了有效控制生产过程，需要系统进行健全输入输出通道的积极配备，比如模拟量输入、输出等。

1.5 丰富的软件

该方面具体是指系统配备的操作系统相对完善，同时配备的应用程序也充分契合生产过程控制。从目前的工业控制软件情况来看，发展方向主要是结构化及组态化。

2 电气自动化系统的设计要素

2.1 控制系统

第一，操作指导控制系统。该系统有DPS之称，系统中的计算机采样工作会每隔一段时间进行一次，在采样之后会经过A/D转换，继而向计算机方面输送，之后开展对应的加工、处理工作，在此基础上报警、打印等即可进行。

第二，直接数字控制系统。此系统简称DDC，主要是利用一台计算机来检测被控参数，之后以设定值、控制算法为依据来运算。在此基础上，向执行机构方面输出，借此达到控制生产的目的[2]。

第三，监控计算机控制系统。该系统简称SCC，运行中是计算机以反映生产过程状况数据、数据模型为依据，继而开展必要计算工作，之后将各控制信息提供给DDC计算机、或模拟调节器。

第四，现场总线控制系统。简称FCS，主要是利用现场总线这一网络，互联现场各控制器、仪表、仪表设备，实现现场总控系统有效构建而成，之后向现场彻底下放控制功能，以保证安装成本、维修费用等有效降低。

2.2 控制系统硬件

系统硬件是以工控机为主，该设备是采用总线结构来监控生产过程、机电设备等的一个工具总称。工控机内整合了计算机属性、特征等，如CPU、硬盘、内存等，同时其功能还体现在良好计算能力，人机交互界面等方面[3]。工控机涉及IPC、PLC、DCS等几种类别。工控机的结构突出特征体现在系统性、模块化、标准化等多方面，能够为系统设计者进行系统设计工作时以要求为依据进行任意选择提供有利条件，能利用搭积木式的方式将系统组建起来，该种方式能够促进研制、可发效率的提升，有助于系统技术水平、性能、可靠性的综合提升。

2.3 输入输出(I/O)通道与接口

I/O通道一般有过程通道之称，它作为连接通道之一，有助于计算机、控制对象间传送、变换信息，并且该通道的突出功能就是传送、变换信息，主要是以数字量、模拟量的输入输出为传送对象，同时涉及A/D、D/A两种转变，这一过程涉及的信息类别有数据、状态、控制三类信息[4]。CPU和外部设备进行信息交换的一个连接电路就是I/O接口，其接口有两类：总线接口、通信接口。其中总线作为公用通道，主要是进行CPU、内存等信息的传递。而主机各部分的连接，可以借助总线来实现。外部设备和总线之间的连接，可先借助对应接口电路，之后即可连接到总线方面，此时计算机硬件系统就能构建而成。该系统内，各部件间信息传送中，总线就是公共通路。而微型计算机针对各功能部件进行连接时，主要就是利用总线结构。对于系统输入输出模块来说，其组合可按需进行，而不论哪一类系统，模块选择、组合的确定上，都能以生产中输入参数、输出控制通道种类、数量为参照依据。

2.4 软件方案设计

设计软件方案的时候，要注意系统数字模型、控制策略等的考量。通常来说，工业工控机会利用模块的形式向用户提供工业控制所需各种功能，其中涉及的模块主要有控制算法、运算等模块。系统设计者还应该以控制要求为参照，针对所需模块进行选用，使系统控制软件逐步生成

[5]。在具体进行设计工作的时候，涉及的主要内容如下：第一，规划系统数据类型、数据结构，这一方面应该将各接口参数数据类型、数据结构明确好，为系统各模块间能够有效的传递各种信息提供保障。第二，分配系统资源，这一资源的分配具体是说要提前分配好系统资源内ROM、RAM、I/O地址等，其中可以充当后阶段编程重要依据的就是RAM资源规划、分配。第三，设计实时控制程序，主要包含数据采集和数据处理、控制算法、控制量输出、数据通信等多个程序。

3 工厂电气自动化系统的应用

此系统应用到工厂中，能够促进设备运行可靠性的提升，也利于生产制造自动化程度的增强。在该文的分析中，以双向拉伸薄膜生产线系统为例来阐明系统的应用，该生产线的装备流程有七个部分，主要控制对象是以速度及压力、温度等为主，系统的构成包含工控机与触摸屏、PLC等。连接各构成部分时，主要是利用PROFIBUS 通讯总线，这样能够使完整的控制系统有效构建而成。对于现场所有信号来说，都要向现场分配的ET200M接入，之后利用现场总线连接到CPU上。与此同时。工控机能够借助交换机结合工厂生产、工艺、质量等几个管理服务器。这种情况下，集生产、工艺、质量为一体的信息共享数据库能够有效的构建而成，此时能够依据该数据库来进行现场分析和决策制定等工作[5]。而将这一数据库利用互联网关联到整个生产控制系统方面，可以利用大数据、分析软件整合各个方面的工作信息，这样的情况下，信息数据关联性能够大大的拓宽，管理过程决策力、洞察发现力等也能得到提升，生产过程调节优化目标也能良好实现，精益生产目的自然能够真正达成。

4 结语

现如今，我国的高新技术产业中，极为重要的一个构成已经是电气自动化技术。该文以工厂为立足点，探讨了电气自动化系统设计、应用，仅供参考。

参考文献：

[1]刘永春.工厂电气自动化系统的设计及应用[J].数字化用户,2018,24(18):49.

[2]蔡朝辉,黄德松.工厂电气自动化系统的设计及应用[J].广东化工,2017,44(14):232-233,257.

[3]叶涛.工厂电气自动化系统的设计及应用分析[J].建筑工程技术与设计,2020(33):2590.

[4]于泽平.LNG液化工厂电气自动化的设计及应用研究[J].城市建设理论研究（电子版）,2015(8):1541-1541.

[5]徐斌.试析工厂供配电系统及电气自动化应用[J].城市建设理论研究（电子版）,2015(11):3225-3226.

[6]王丹.电气综合自动化系统在大型化工厂中的应用[J].现代建筑电气,2015(5):45-49.