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摘要：文章对冶炼厂电气综合自动化系统的设计研究进行探讨。主要介绍电气综合自动化系统在冶炼厂中的重要性，分析目前冶炼厂电气综合自动化系统存在的问题与发展方向。并提出一种先进、可靠的电气综合自动化系统设计方案，该方案主要包括主控系统、监控系统、通信系统和安全系统等子系统，并进行系统实施和应用效果评估。实验结果表明，该电气综合自动化系统能够提高冶炼厂的生产效率、降低人工操作成本，且具有较高的可靠性和安全性。因此，文章为冶炼厂电气综合自动化系统设计提供了有益的指导基础。
关键词：电气冶炼；综合自动化系统；可持续发展
随着国民经济快速发展，钢铁、有色金属等冶炼厂对电气系统的要求越来越高，传统电气供配电系统难以满足现代冶炼厂的复杂工艺和高效生产需求，因此电气综合自动化系统应运而生。其通过集成现代通信技术、计算机技术、自动控制技术、智能技术等，实现了对电气供配电系统的全面监控和管理。电气综合自动化系统在冶炼厂的应用可以大幅提高生产效率、降低能耗、提高产品质量以及保证生产安全。然而，当前冶炼厂电气综合自动化系统设计仍存在诸多问题，如系统结构复杂、集成度低、可扩展性差等。因此，如何设计一个结构合理、功能完善、易于扩展的电气综合自动化系统，成为当前研究的热点［1］。
1工程案例
以某铜冶炼厂改造项目为例，全厂供配电系统主要包括新建110/10kV总降压变电站及电气监控中心、原35kV变电站、熔炼10kV配电所、电解10kV配电所、10kV整流所、渣选10kV高压配电所、10kV制氧空压机配电系统、硫酸余热发电变电所、10kV开闭站、江边泵站变电所和其他0.4kV低压配电系统。按照要求控制整个铜冶炼厂的供配电设备，实现全厂电气管控一体化设计。电气自动化系统主要以总降压站为主体，在站内设置电气监控系统，向周围设备进行传输信号。
2重点与难点
铜冶炼厂的电气综合自动化系统是本项目生产过程中至关重要的一环，该系统涉及大量的电气设备、传感器、控制器，通过自动化控制来实现整个冶炼过程的高效运行。然而，在这个系统的运行中存在着各种难点需要解决。
（1）由于冶炼过程涉及高温、高压、多尘等恶劣环境，电气设备选型和配电设施布置需要考虑到这些因素，需要选择具有良好耐高温性能的电缆、接线端子等，以确保系统在高温环境下能够正常工作。还要合理布置设备，以防止因为高温引发设备故障、安全事故。
（2）由于铜冶炼过程设备间歇周期性工作，存在着大量的电力负荷变化，因此电气综合自动化系统需要具备较强的负荷适应能力。在负荷突然改变情况下，系统要能迅速调整电力供应，以保证冶炼过程的稳定进行，这就对控制器的响应速度和稳定性提出较高的要求，需要采用先进的控制算法和快速的执行器。
（3）冶炼过程中运行的电气设备数量庞大，而且大部分设备都是长时间运行，设备维护和故障排除也成为一个重要的问题，一旦系统中的某个设备出现故障，可能会影响整个冶炼过程的正常运行，甚至导致生产线停工。因此，工作人员要建立完善的设备维护计划和故障排除机制，及时发现潜在的问题，以确保系统的稳定运行。
（4）铜冶炼厂电气综合自动化系统的运行还涉及数据采集和分析。在冶炼过程中，通过终端传感器采集到的各种数据对于监测生产过程非常重要，但由于数据量庞大且多样化，如何高效地采集、存储、分析这些数据成为严峻的挑战，需要采用先进的数据采集技术和分析方法，以提取有用的信息，并支持冶炼过程的实时监控［2］。
3整体解决方案
针对某铜冶炼厂供配电系统的实际情况和需求，提出建立一套全厂电气综合自动化系统。全厂电气综合自动化系统采用分层分布式网络拓扑结构，按照监控中心、分站、子站的分布原则进行配置，具体内容如下：
监控中心是电气综合自动化系统的核心，负责整个系统的监控、管理、分析、决策和调度，配置有主站服务器、操作工作站、工程师工作站、通信工作站等设备，通过高速局域网进行连接。监控中心负责收集各分站、子站的实时数据和状态信息，进行统一监控和调度，生成各种报表和曲线，为企业生产管理和决策提供依据。
分站是电气综合自动化系统的中间层，负责管理一定范围内的子站，分站配置有分站服务器、操作工作站、通信工作站等设备，通过光纤与监控中心和子站相连。分站负责采集和上传子站的实时数据和状态信息，执行监控中心的调度命令，具备较强的监控管理能力。
子站是电气综合自动化系统的基础层，负责采集和处理现场设备的实时数据和状态信息，有可编程控制器、智能仪表、远程I/O模块等设备，通过现场总线连接。子站能实现供配电系统的自动化监控，自动执行控制命令，保证供配电系统的稳定运行。
该全厂电气综合自动化系统解决方案，能实现对供配电系统的全面监控，提高供配电系统的运行效率，为铜冶炼厂的生产管理提供有力支持［3］。
4系统设计
4.1电气监控中心
4.1.1硬件配置
铜冶炼厂电气综合自动化系统由电气监控中心组成，采用双网结构，配置了2台1000Mbps工业级网络交换机以实现信息共享、系统节点设备的在线监测、数据处理和实时控制。监控中心配置了2台SCADA服务器互为备用，3台计算机分别作为操作员工作站和工程师工作站，用于监控系统数据库和运行参数的定义、修改，以及功能组态、软件设置和系统维护，工程师工作站具有登录保护，用于系统数据库的在线维护。此外，监控中心还配置了1台WEB服务器和2台通信管理机，采用NSC2200数据处理和通信装置，为工业级无机械硬盘、无风扇、嵌入式操作系统的装置。该系统实现冶炼厂电气系统综合监控、故障预警、处理等功能，提高了电气系统的自动化水平。
铜冶炼厂电气综合自动化系统主要由电气监控中心和各类工作站组成。电气监控中心配置了1套GPS，用于支持北京时间及格林威治时间对时功能。系统服务器、操作员工作站和工程师工作站通过报文方式对时，而NSC2200数据采集处理及通信装置则以B码方式对时。该系统能处理不同时区的SOE信息，帮助运行值班人员监视对时精度、分辨率和工况；配置了1至多台网络激光打印机和针式打印机，用于打印各类运行数据、报表和事故报告；还配置了1套大屏幕，以直观显示全厂电气接线和实时状态［4］。
4.1.2软件配置
铜冶炼厂电气综合自动化系统是一个集成多种软件和硬件设备的系统，用于监控和控制冶炼过程中的电气设备。其主要包括系统软件、支撑软件、应用软件三个部分。系统软件是整个电气综合自动化系统的核心，负责与各种硬件设备进行通信、数据采集和处理，其能实时监测电气设备的运行状态，并将数据传输给上位机或其他设备。系统软件一般由厂家提供，并根据具体需求进行配置和定制。支撑软件是为了保证整个电气综合自动化系统的正常运行而设计的软件，包括数据库管理系统、网络通信软件等。数据库管理系统用于存储和管理大量的数据，方便后续的数据查询和分析；网络通信软件则用于保证各个硬件设备之间的通信畅通，实现数据的及时传输。应用软件是根据冶炼厂的具体需求开发的软件，用于实现特定的功能。例如：温度监控软件能实时监测各个设备的温度变化，并通过报警系统提醒操作人员进行相应的调整；电力管理软件可实时监测电力消耗，帮助冶炼厂合理分配电力资源［5］。
4.2分站监控系统
4.2.1硬件配置
分站监控系统通过硬件配置实现对铜冶炼过程中各个分站的监控与控制。在分站监控系统的硬件配置中，采用双网结构是常见的做法。这意味着系统中有两条相互独立的网络，用于数据的传输和通信。为了实现这种双网结构，需要配置两台100Mbps工业级网络交换机，这些网络交换机负责将各个分站连接起来，并提供高速稳定的数据传输通道。同时，还要配置一台计算机作为当地后台主机兼操作员站，这台计算机承担着整个分站监控系统的核心功能，包括数据的处理、监控参数显示、控制指令发送，既能作为后台主机，接收和处理来自各个分站的数据；又能作为操作员站，提供给操作员一个操作界面，方便对整个系统进行监控。除了上述硬件配置外，还要配置两台通信管理机，这两台通信管理机采用NSC2200数据处理和通信装置。这些通信管理机是工业级装置，具备较强的抗干扰能力，采用无机械硬盘、无风扇的设计，并搭载嵌入式操作系统，这种设计使得通信管理机能够适应铜冶炼厂的恶劣环境，保证系统的稳定运行［6］。
4.2.2软件配置
铜冶炼厂的分站监控系统软件功能主要包含以下方面：
（1）数据采集与传输。分站监控系统通过与各个控制设备连接，实时采集铜冶炼过程中的各项数据，包括温度、压力、流量等参数，这些数据通过网络传输到中央控制室，为操作人员提供实时的工艺信息。
（2）远程监控与控制。分站监控系统可以实现对铜冶炼过程中的各个环节进行远程监控。通过与执行器连接，控制阀门、电机等设备，从而实现对工艺过程的调节。
（3）报警与故障诊断。分站监控系统能实时监测铜冶炼设备的运行状态，并在出现异常情况时发出报警信号。同时，系统还能对故障进行自动诊断，并提供相应的解决方案，帮助操作人员快速解决问题，保证生产的连续性。
（4）数据存储与分析。分站监控系统会将采集到的数据进行存储，并提供数据查询和分析功能，操作人员通过系统查询历史数据，了解铜冶炼过程中各环节的变化趋势，为工艺优化提供参考。
（5）用户权限管理。分站监控系统还具备用户权限管理功能，能对不同的操作人员进行权限设置，确保只有具备相应权限的人员才能操作，提高生产安全性。
在分站监控系统软件配置方面，需根据具体的铜冶炼厂情况进行定制化设置，要根据铜冶炼过程中的各项参数确定需要采集和监控的内容，并配置相应的传感器和执行器。并确定数据传输方式和网络架构，确保数据能够及时、准确地传输到中央控制室。同时，还需要对报警和故障诊断的规则进行配置，确保系统能够及时响应异常情况，并提供解决方案［7］，如图1所示。
4.3子站系统设计
铜冶炼厂电气综合自动化系统涵盖多个电压等级的监控与保护，其中，10kV子站系统以及400V低压配电设备管理是关键组成部分。对于10kV变电站内的400V配电设备，直接接入10kV分站监控系统进行集中管理；而对于每个单独的400V配电所，则设立一套400V子站监控系统，与上级10kV分站相连。需要注意的是，400V子站系统不包括后台监控系统，其监测和控制功能由上级10kV分站实现，子站仅配置通讯管理机，用于将保护测控装置的数据上传至上级分站监控系统。10kV子站系统的主要职责是监测和控制电压为10kV的重要电气设备，与400V低压配电设备相辅相成，共同保障铜冶炼厂供电的安全性。且400V低压配电设备数量众多，子站系统以分散管理的方式，确保各低压配电所的安全运行。在铜冶炼厂电气综合自动化系统中，通过10kV子站系统与400V低压配电设备的高效协同管理，确保供电系统的正常运行，为铜冶炼厂持续生产提供强有力的电力支持。
5结束语
综上所述，文章针对冶炼厂电气综合自动化系统的设计研究进行了深入探讨，并提出了一套较为完善的方案。通过采用现场总线技术、工业以太网技术、过程控制技术以及监控技术，实现了对冶炼厂电气系统的全面监控和管理，提高了生产效率和产品质量。此外，通过合理的硬件配置和软件设计，使系统具有较高的可靠性和可维护性。随着计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术等数字化技术不断进步与升级，冶炼厂电气综合自动化系统也将不断优化，为冶炼产业的可持续发展转型提供有力保障。
参考文献：
［1］舒剑.智能建筑电气综合自动化系统的节能控制技术研究［J］.科学技术创新，2023（17）：200-203.
［2］张月娇.智能建筑电气综合自动化系统的节能控制技术研究［D］.西安：长安大学，2021.
［3］王熠东，刘立远.110kV综合自动化变电站的电气二次设计分析［J］.现代工业经济和信息化，2023，13（2）：127-129.
［4］孙启鸣，蒋南云，於晶晶，等.虚拟仿真在滴水灌溉系统中的应用研究与设计［J］.制造业自动化，2023，45（10）：137-140.
［5］徐云龙.基于SIMATIC S7-1500的转炉汽包液位控制方案设计及应用［J］.科技与创新，2023（21）：93-95+98.
［6］陈家辉.市政污水处理电气自控系统的设计与功能实现［J］.江西建材，2023（7）：323-324+327.
［7］郑勇，李戎，李敏昱，等.适用于快速保护电器的涡流斥力机构多目标优化设计［J］.福州大学学报（自然科学版），2023，51（1）：69-75.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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冶炼厂电气综合自动化系统的设计探讨论文
人参与 2024-11-01 09:58:23 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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