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探究工业电气自动化仪表控制

1前言

自动化仪表和电气设备可以看作是人的眼睛和手脚，仪表将现场信息以可视的方式上传到上位机控制器，再由控制器根据预编程序下达命令至电气设备处，最终由各种电气自动化设备完成所需要动作，从而实现过程控制自动化。自动化仪表和电气设备是整个控制系统的基础。常见的自动化仪表和电气设备包括温度仪表、压力仪表、流量仪表、智能型电动机保护器、智能操作显示终端等。

2电气设备和自动化仪表概述

2.1电气设备概述

电气设备包括电力系统中的发/输电设备、电机保护设备、电力监控设备等，在过程控制中，电气设备主要包括：电动机、变频搅拌器、电加热器等。现代工业生产过程对各种电气设备的智能化要求将越来越高。

2.2自动化仪表概述

自动化仪表主要指各种温度仪表、压力仪表、液位仪表等，同时各种智能电力仪表（如：智能电力多功能仪表）也属于自动化仪表范畴。自动化仪表、电气设备及上位机控制器组成了一个完整的自控系统回路。常见的自动化仪表应用包括火电厂的温度监测、污水处理工厂的流量监测、锅炉压力监测等，这些监测行为除最基本的显示功能外，还可将数据上传至上位机控制器进行信号处理、报警、联锁等，最终由控制器发令给各执行器（电气设备）以完成自动控制的功能。

3电气设备和自动化仪表在工业控制过程中的应用

3.1电气设备和自动化仪表在工业控制过程中的设计原理

传统的工业过程主要是人工操作，现代工业为了加强安全生产并提高效率，遂引入了各种自动化仪表和电气设备。工控过程自动化的设计原理主要有四点：①充分了解生产环境；②设备具有较高的智能化水平；③可实现远程操作；④便于维护管理。对生产环境的了解是应用自动化仪表和电气设备的基础，如某工厂锅炉的荷载通常情况下均在额定最大荷载之下，但按需要提高其荷载时，控制设定的安全数值也应等比例的提高，若简单的设定为最大额定荷载，轻则造成资源浪费，重则造成工况不稳甚至发生生产事故。设备智能化主要体现在四个方面，测量、监控、调节、处理。仍以锅炉为例，测量指仪表可实时检测锅炉状态；监测是指锅炉状态可在上位机上实时观察到；调节指设备拥有自动跟踪调整以适应实际需求；处理指上位机发现锅炉出现问题时通过下达必要指令至电气设备终端，进行应急处理以使人员及时进行后续工作。如：监测到锅炉液位偏低时，通过仪表发送信号至计算机，再通过计算机发出相应指令至电气设备电控柜以启动锅炉补水泵等，同时相关参数如电流信号、故障状态等可在上位机上进行追溯。远程操作是智能设备的突出优势，远程控制的目的是根据需求随时进行必要调节，比如设备端设定的安全负荷为锅炉额定负荷的60％，但实际生产时需要锅炉提供更多的动力以达到额定负荷的70％，该项调节工作便可由计算机远程操作实现，通过程序数值的修改完成。便于管理是指所用电气设备和自动化仪表以智能技术为支撑，

以默认的设定程序作为工作依据，无需过度依赖人工操作，只要程序设定合理、计算机软硬件性能正常，便可持续工作，管理上实现基本无人化。当热，设备应用还应注意定期的维护和管理。以上四个原则是自动化仪表和电气设备在工业过程控制中应用的基本雏形，也是在后续工作时应注意的内容。

3.2测量环节的实际应用

测量是自动化仪表的基础功能，在进行目标数据测量时，仪表可以将所得的测量值保存下来以便于后续统计工作的开展进行[1]。

3.3监测环节的实际应用

监测是控制工作的中心环节之一，是指在应用了带自动化仪表和智能电气设备的控制系统后，实际应用中系统对控制目标进行的实时监测。这种监测是伴随整个工作全程同步的，工作停止后，监测也同时停止，如：锅炉液位的监测、电机转速的监测、电动机故障状态的监测等。以净水厂的净化系统作为监控对象为例，净水过程包括进水、净化、出水三个基本环节，中间还包括过滤、沉淀等，就进水工作而言，通常需通过设置流量仪的方式了解进水量，由于进水工作往往是长期、持续的，人员不可能随时在进水口进行测量和观察，而且人员测量和观察也存在明显的误差，自动化流量仪从而有了使用的基础需求，将流量计、上位机控制器（PLC、工控机等）、执行器（电动阀、电控柜、泵等）应用于流量监控过程中，当进水流量在合理范围内时，流量计正常作业，当进水量过大或者过小时，流量计会发出信号至上位机，信号经上位机处理后发出指令至阀门或电控柜处，从而可实现

流量超限关阀、停泵等自控控制和调节的动作。并以此保证了相关过程安全、高效的运作。需要注意的是，在实际应用中，可以将记录功能添加到监测工作中，即对全天的监测内容进行记录，该数据可以作为相关人员后续工作的有效支持，比如总进水量和总净化水量的比值等。

3.4执行环节的实际应用

执行环节是控制的核心环节，该环节是衡量工业过程自动化执行结果的关键一步，是指在自控过程中对发令器指令的最终执行和动作。该环节功能的实现依赖于自动化执行仪表（如：电动阀）和电气设备（电控柜等）的联合工作。仍以净水厂的净水系统为例，当该系统的工作无异常时，控制设备只进行正常的监测工作，如果该水厂由于外部设备损坏等因素，会造成大量水流涌入，放任水流蔓延，可能造成净化效果下降甚至设备、生产环境破坏，应用智能控制系统则可以避免该情况，当流量仪监测到水流量变化后，首先会发出警报，如果水流量持续增大，超过安全值，则流量计会将这一情况反馈给控制系统中Y处理器，处理器再向执行器（泵、阀等）下达指令，从而可进行进水口封闭、停泵、开启备用水池蓄水等操作，避免净化系统非正常工作或水流蔓延带来的破坏[2]。

3.5保护环节的实际应用

保护环节是建立在监测和执行两个环节基础上的，是指在监测对象发生异常时，对其进行保护防止其过限动作等产生不可逆转的损失，该项工作也包括对控制系统本身的保护。以电力设备的控制系统为例，