电气自动化控制技术的研究

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  【摘 要】 电气自动化技术是时代和人类社会发展的产物。在第三次科技革命的推动下,工业生产的方式和手段日趋自动化和科技化,新型工业生产和控制设备的研发为电气自动化技术的发展奠定了物质基础,科学技术的应用为电气自动化技术提供了技术保障,而人类社会的生产生活又需要工业生产具备高效高质的特性,这些因素都直接促使了电气自动化技术的诞生。
  【关键词】 电气自动化;控制技术;控制原理
  前言:
  目前来说,电气自动化控制技术在很多的领域都已经得到了一定的发展和应用,现在已经成为了很多工业企业在发展的过程中最重要的技术措施运行过程中的必须的手段,在整个工业企业生产的过程中占有很大的比例。在工业生产的规程中,使用电气自动化控制技术的优势有很多,但是在运行的过程中如何才能进行有效的控制,并且在运行的过程中如何才能提高运行的效率也是需要研究的,同时,对于数据的传送实现也要做好相关的设计。为了更好的在工业的企业中应用电气自动化控制的技术,对于企业中出现的问题也要进行及时的解决,并且还要根据企业的实际情况来制订相关的措施。保证电气自动化控制技术实施的效果,同时也为了刚好的保证企业的效益,因此,对运行的方式进行分析是很有必要的。
  1.电气自动化控制技术概述
  1.1、阐述电气自动化控制技术
  电气自动化技术就是在生产的过程中采取自动化技术,这样就可以提高企业生产的效益,增强企业的生产的效率。在使用电器自动化技术的过程中,实际就是使用电动机来进行的,主要就是将电动机的动力传输。在进行传输的过程中,主要使用的就是电器控制系统,并且将生产的活动和现代化的技术两者相互结合,这样也可以将现代化的生产技术和自动化的控制技术结合之后更好的应用到企业中去。
  1.2、电气自动化控制技术特征
  电气自动化控制技术在应用到企业生产的过程中,可以提高提高企业的生产效益,并且在使用的过程中可以更好的将自动化控制技术和现代化的技术更好的结合在一起。因此,必须要对企业的发展就有了一定的促进意义。在应用的过程中给企业带来了很多的便利,同时在生产的过程中发挥了巨大的作用,因此,工业企业对其的特征必须要进行全面的掌握。电气控制系统在进行运行的过程中,对于控制的对象和信息量都很少,这样就导致了在进行操作的过程中对于准确性和高效性的要求非常差。但是,电气自动化控制技术却和其他的方面不相同,在进行运行的过程中,反应的速度很快,而且就有良好的可靠性,在进行操作的过程中很少会出现问题和差错。
  2.电气自动化控制技术的作用
  2.1、可以进行自动控制
  这种技术可以完全的实施自动化控制,在发挥其自身功能的过程中,控制了体积较大的电流的开关和高压,一般情况下来说,在运行的过程中,基本上都会选择分散式来控制整个系统,并且通过操作系统来实施控制,尤其是对于设备出现故障之后无法使用的时候,这时候系统就会主动切断电力,那么就必须要依靠一整套的管理电气以及自动控制的设施,并且有关于供电设备的自动化的控制系统,这样就能够高效快捷的管控供电的设备,并且确保该技术在整个自动化控制的过程中的安全稳定性。
  2.2、电气自动化控制技术具有保护作用
  电气设备及其线路在自动化控制的过程中,在各种情况下都有可能会出现一些故障,比如说电路内部的电流如果超过了设备电流的最大范围,那么就会阻碍系统的继续运行,系统就会自动停止,在这个时候就需要了解一些有效的檢测方法和解决故障的一些方法,并且结合不同的情况进行综合的考虑,全面决定是否要调整系统的电流大小或者线路还是更换,按时对于做出的决定必须要及时的执行,在一定的程度上保护了设备的安全性。
  2.3、电气自动化控制技术具有监督功能
  电子自动化控制技术内部的电流是一种无法使用肉眼就能看见的,但是是存在的物质,因为设备内部如果不存在电流,仅仅从表面上来看是看不见的,因此,为了可以尽快的将这种技术处于严格控制的状态之下,那么就必须要有相关的标示或者信号标识,这样就可以及早的知道并且了解,例如说信号灯或者是出现故障的声音都是一个很好的标识,通过相关的指示可以提前知道出现的故障,尽快的解决故障。必须要严格控制电气自动化控制的相关设备,尽量的将故障的发生机率降低为最低,只有这样才能深入了解电气设备的整个的运行情况,这样不仅仅有利于缩减处理故障所需要的时间,还可以增加电气设备的维护质量。
  3.电气自动化原理
  3.1、系统控制原理
  电气自动化控制技术有很多的优点,根据其自身的特点和优点,电气自动化控制技术系统要实现对发电机-变压器等电气系统断路器进行有效的控制,电气自动化控制技术的系统必须要具备以下几点基本的功能:出口的隔离开关和断路器可以进行有效的控制,并且可以进行操作;变压器组可以进行高压的保护工作;发电机励磁系统起励操作、灭磁操作、增减磁操作、稳定器投退、控制方式切换;开关自动、手动同期并网;高压电源监测和操作及切换装置的监视、启动、投退等;低压电源监视和操作及自动装置控制;高压变压器控制及操作;发电机组控制及操作;LPS直流系统监视等等。电气自动化控制的技术有自身的特点,并且在使用的过程中有很多的优点,给社会带来了很多的福利,全面提高了社会的进步和发展,同时也带动了现代化生产的高效率。
  3.2、系统功能的实现方式
  监控、远程监控和现场总线监控三种设计的方式共同构成了电气自动化控制技术系统。集中控制方式主要就是由一个处理器集中对功能进行集中的处理,并且在使用的过程中设计简单,运行维护很方便。由于处理器的工作量相对于较多,导致处理的效率低、速度慢,对全部电气设备进行监控将导致主机的冗余降低,增加电缆的数量,从而导致投资的数量增多。更重要的就是长距离的电缆也会干扰系统,隔离刀闸、断路器采用硬连接也容易产生辅助接点不到位、查找不方便等问题,反而造成了使用过程中的失误。远程监控的方式节省了电缆、安装的费用和材料等优点,并且在后期使用的过程中有着良好的组态,但是由于电气设备的通讯量较大,而一些系统在应用的过程中没有很好的表现阐述出自动化控制系统在使用过程中的优势,最终,经过层层筛选电气自动化控制技术系统的设计理念最终形成。   4.油库自动化系统
  4.1、工程概况
  本项目应用于中国南方某油库。根据石油库等级划分,此项目设计规模为一级油库,油品种类为:汽油、柴油、燃料油。罐组区分为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、M、9#、10#、11#共11个部分,罐体总数量为93座,罐体高度不大于21米。
  4.2、油库工艺流程
  (1)单管串联流程
  在罐区中,每个罐子的进出口都使用同一个管道,将多个罐子的进出口管道连接到一条汇管,如下图1所示。
  (2)单管并联流程
  在罐区中,每个罐子都有两条进出口双用的管道,分别将多个罐子的进出口双用管道连接到两条汇管,如图2所示。
  (3)双管流程
  在罐区中,每个罐子都有一条进口管道和一条出口管道,将多个耀子的进口管道和出口管道分别连接到两条汇管(进油汇管和出油汇管),如图3所示。
  (4)独立管道流程
  在罐区中,每个耀子只有一条进出口双用管道,每个管道不经过分别独立连接到进出油的主干管道上,如图4所示。
  4.3、油库生产作业系统的组成及主要构筑物
  (1)罐组
  储罐作用顾名思义,就是存储功能。在本项目中,拱顶罐用于存储燃料油等,内浮顶储罐主要用于存储汽油,柴油等。在罐组中,还有动力设备也是不可或缺的,离心粟,在耀区内部用于物料的转移;装车菜,装船菜,将罐组内的成品油转移到船或车上。
  (2)污水收集系统
  本油库项目含油污水收集系统,包括含油污水池和含油污水的收集。本油库系统中,各罐区都有污水收集的管道,对含油污水进行集中的收集,在该系统中还有动力设备,离心粟,控制泉的起停可以控制污水进入和移出污水池。
  (3)消防系统
  火灾报警系统,是一个集火灾探测功能,报警功能集一体的装置,同时对于现场反应不灵敏的设备进行手动报警。消防泡沫系统,对油库来说是最有效的灭火系统。本消防泡沫系统由消防录、泡沫储罐、泡沫发生器、比例混合器和阔门管道组成。
  (4)装车装船系统
  本油库具有多个装车位和装船位,提供了油品向外运输得条件。定量装车装船控制系统由上位机、定量装车仪、流量计、多段式控制阔、静电接地装置、防溢流开关等构成。
  (5)中央控制中心
  本油库中,中央控制中心的主要任务是:对油库的生产管理进行监控;对消防系统进行监控,同时在中控室可以得到现场及时的报警信息,集成整个罐区的数据,对第三方系统数据采集,进行更全面的监控。
  4.4、油库自动化系统的选型
  (1)油库自动化系统对主控平台的要求
  自动化监控系统的核心为控制器,一般来说,对于油库自动化系统由如下的配置需求:①主控平台釆用PLC控制系统或者高性能的DCS系统。在DCS系统或PLC系统中,釆用部分冗余的方案。对CPU,部分I/O,电源,通讯链路进行冗余配置。②输入/输出模块支持热插拔。③主控平台能支持其中几种主流的通信协议(FF,TCP/IP,Profibus,Modbus等),开放性良好。④软件的编程组态满足IEC61131-3标准。⑤人机界面软件可以和其它控制平台进行多种类型的通讯,且支持OPC协议,同时具备关系数据库的接口软件。
  (2)PLC与DCS的比较
  由于油库耀区储存了大量的成品油,都是大量的易燃品,故对安全性的要求很高,需要尽量消除任何安全隐患。对于系统的性能和配置需要尽量符合生产安全性的需求。此外,由于油库罐区每天会有大量的操作对于,操作的便利性也有一定要求。
  ①LC方案
  PLC方案的优点:国外品牌的PLC质量较高,而且故障率很低;品牌PLC的开放性好,可以支持多种通讯协议;品牌PLC种类繁多,可以根据不同配置需求,选择相应的种类;品牌PLC可以使用自家厂商的人机界面,也可以使用其它厂商的人机界面,供选择方案多。
  PLC方案的缺点:一般不支持在线修改功能,不利于软件维护;一般不支持I/O卡的冗余,对于系统的可靠性和安全性,打了一定的折扣;PLC的操作层网络为主从结构,需要配置通讯服务器。
  ②DCS方案
  DCS方案的优点:国外品牌的PLC质量较高,而且故障率很低。品牌PLC的开放性好,可以支持多种通讯协议;支持在线修改功能,利于软件维护;支持I/O卡的冗余,对于系统的可靠性和安全性,有了一定的保证;DCS方案可以满足种类繁多的应用需求,尤其在油库自动化系统中有很多应用案例。
  DCS方案的缺点:相对较高,投资大;一般来说DCS的集成由厂商公司来完成,可选择的施工单位少。
  4.5、自动化综合监控系统主控平台的选择
  根据前两节所讨论的内容,本油库自动化系统决定选择西门子PCS7系统,作为我们的自动化主控平台。PCS7系统是西门子近年来所推出的新一代模块化的过程控制系统。它兼具了传统PLC系统和DCS系统的优点。PCS7的软硬件都在统一的平台下管理(SMATIC管理器)。PCS7系统采用了全集成自动化的理念,加强了系统的开放性,采用了大量最新的通讯技术,使用了标准工业以太网和profibus总线技术,真正意义上消除了DCS和PLC的界限,充分体现了全集成自动化的优势,即适用现在又面向未来。
  4.6、油库自动化控制的实现
  当消防水管网压力小于0.65MPa时,启动程序启动前使用时间最少的消防泵,过了25秒后还没到0.65MPa启动第二台消防录,过了45秒后还没到0.65MPa启动第三台消防泵,过了65秒后还没到0.65MPa启动第四台消防泵,过了85秒后还没到0.65MPa启动第五台消防泵。直到管网压力达到0.65MPa,停消防泵。当消防水管网压力小于0.75MPa,并且大于0.65MPa,或者压力低开关为开时,开启动稳压栗。首先开启第一台稳压泵,过了10秒后,压力没到0.75Mpa,那么继续开启第二台稳压泵。菜的启动顺序还是按照使用时间从小到大排列。除此之外,本系统还有两个PID调节阀,调节阀和消防泵的同时作用使得管网的压力保持恒定。
  PID控制一般会有如下参数:
  SP:Set Point,设定值,这个参数是由操作员给定的。
  PV:Process Value,实际过程值,这个参数是PID回路中的输入值。
  E:Error,偏差值,这个参数为过程值和设定值之差,偏差值为0是PID调节的目的。
  Kp:PID整定中的比例增益。
  Ki:PID整定中的积分增益。
  Kd:PID整定中的微分增益。
  PID方程可以是独立增益或者相关增益两种方式,本程序选择独立增益的方式。
  CV=Kp(E)+Kil(E)dt+Kd(PV)/dt+BIAS
  CV:Control Value,控制值,就是控制器对偏差处理后输出。
  BIAS:偏置值。
  GAIN、TI、TD是PCS7系统PID功能块的输入管脚,可以设定该值。其中GAIN为Kp,TI、TD分别为Ki、Kd的倒数。
  在控制回路PID整定的过程中,要注意系统的稳定性,精确性,灵敏性等特点,所以在调试过程中,采用经验法,逐步试凑,最后达到回路的性能要求。本应用中,目的是为了保持消防管网压力恒定,执行不部件为调节阅。通过调节阀门开度保证管网压力恒定。
  5.结束语
  智能化技术和信息化技术的发展对电气自动化技术的发展是有很大的推动作用的,使電气自动化技术在发展过程中实现了开放化发展、科技化发展和信息化发展,这样也使得电气自动化技术在更多的领域中得到了应用,同时,在技术不断发展的情况下,也更好的促进了相关技术的提高。
  参考文献:
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