摘要：最近幾年由于電氣設備、自動化設備、網(wǎng)絡通訊設備及其技術的發(fā)展成熟,使得電氣設計和自動化設計工作相互滲透、交融,并且使之思想方法、工作方式發(fā)生了很大的變化。本文從筆者的工作經(jīng)驗出發(fā),分析了電氣自動化設計在工程實踐中等相關信息探討；以供參考！
　　關鍵詞：電氣系統(tǒng)；自動化設計；電氣保護；接地；發(fā)展趨勢
　　1傳統(tǒng)電氣設計和自動化設計思想的基礎和特點
　　按傳統(tǒng)設計制造方式提供的電氣設備其控制、保護和計量主要由分立的、機械的、物理的方式和部件來完成,其相互之間的功能組合構成達到用戶要求的配電產品。與其對應的完全由計算機構成的自動化控制系統(tǒng),通過軟硬件組態(tài)達到用戶要求的系統(tǒng)控制管理功能。上述兩類設備分別由不同類的制造商提供,界限徑渭分明,它們由項目設計人員依據(jù)標準的現(xiàn)場信號條件和統(tǒng)一的控制管理原則劃定互聯(lián)的明顯界面,進行協(xié)調連接。電氣設計根據(jù)用電設備的用電負荷、負荷特點和用電設備的分布情況,設置高中低壓變配電系統(tǒng)。進而根據(jù)供電方條件、要求和用電設備要求和特點進行高中低壓變配電系統(tǒng)二次計量、保護、控制的設計；根據(jù)工藝控制要求和自動化系統(tǒng)要求,進行配電系統(tǒng)末端的用電設備就地控制設備的設計。
　　2設備與技術發(fā)展為設計提供的現(xiàn)實基礎條件
　　高壓配電柜內的綜合保護控制器、綜合電量計量器,低壓配電柜內的自動空氣斷路器中的計算機控制模塊、馬達控制中心中的軟啟動器、變頻器的可控硅觸發(fā)數(shù)字控制器,就地機電設備中的小型PLC控制器,閥門電動裝置調節(jié)控制器,現(xiàn)場過程儀表,這些都可用現(xiàn)場總線連接在一起,以相同的通訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)通訊。這些由于芯片嵌入、機電一體化、網(wǎng)絡通訊及其標準化統(tǒng)一所帶來的發(fā)展變化,使得測量和控制徹底的分散化于現(xiàn)場設備層得以實現(xiàn)。現(xiàn)場通訊總線上的人機界面設備通過DDE方式采用商業(yè)化通用多平臺監(jiān)控軟件,提供運行管理人員介入系統(tǒng)的手段,并且不受時間、地點的限制。同時現(xiàn)在的監(jiān)控組態(tài)工具軟件亦有統(tǒng)一的標準IEC1131-3,系統(tǒng)制造商均對此予以支持。從控制系統(tǒng)拓撲結構上看,以現(xiàn)場總線為通訊媒介,只分為人機界面管理計算機、現(xiàn)場控制器兩個層面。現(xiàn)在有幾大現(xiàn)場總線組織制定了相應的幾種現(xiàn)場總線通訊協(xié)議,符合同種通訊協(xié)議的現(xiàn)場控制器、儀表、嵌入式控制裝置可方便的通過現(xiàn)場總線連接組成控制系統(tǒng)。監(jiān)控管理計算機可通過專用或商用通訊網(wǎng)絡與更加廣泛的管理系統(tǒng)相聯(lián)系。
　　3新設計思想的內容和特點
　　由于現(xiàn)在高低壓變配電設備中具有嵌入式控制裝置、用電設備就地控制設備中具有的小型PLC控制器等,所以進行電氣設計時,不用像傳統(tǒng)設計時考慮集中的二次信號、計量、保護系統(tǒng)設備和自動化控制系統(tǒng)的預留互聯(lián)條件,只要按用電設備要求、工藝控制要求進行高低壓變配電系統(tǒng)、用電設備就地控制設備的一次電氣設計。同時按工藝控制要求進行儀表系統(tǒng)設計。根據(jù)供電方條件、要求和用電設備的要求和特點進行高低壓變配電系統(tǒng)二次計量、保護、控制的控制流程圖設計；根據(jù)工藝控制要求和自動控制要求,進行配電系統(tǒng)末端的用電設備就地控制設備的控制流程圖設計；在人機界面管理計算機上按上述各部分的控制流程圖,以符合IEC113-3標準的組態(tài)工具軟件進行控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件組態(tài),包括對儀表系統(tǒng)的組態(tài)。最后進行電氣及其控制設備安裝、電纜互聯(lián)和敷設設計。這樣的設計流程與傳統(tǒng)的設計方式中電氣設計、自動化設計過程是平行進行、并在過程中互提測控條件的方式有很大的不同,它簡化了設計流程、將電氣和自動化設計人員合二為一、提高設計時效。另外,自動化設計中組態(tài)工作無需象以往等待系統(tǒng)硬件定牌后才可進行,標準的組態(tài)工具軟件和網(wǎng)絡通信協(xié)議使不同的設備如同同一系統(tǒng)供應商的產品一樣便捷的整合成系統(tǒng)。工程項目經(jīng)過這樣的設計后,得到的整個電氣及其控制系統(tǒng)是完全為扁平化、開放化的。其優(yōu)點是電氣與自動化系統(tǒng)合一,從電氣的角度看系統(tǒng)全部智能化,從控制系統(tǒng)的角度看系統(tǒng)徹底分散化,從網(wǎng)絡的角度看扁平、開放的結構提供給用戶更經(jīng)濟、易用、高效的共享數(shù)據(jù)。
　　4 新設計思想與未來技術發(fā)展趨勢的契合
　　嵌入式控制裝置將覆蓋全部現(xiàn)場設備,現(xiàn)場總線通訊協(xié)議統(tǒng)一至最少的數(shù)量,嵌入式控制裝置具有完全符合標準現(xiàn)場總線通訊協(xié)議的網(wǎng)絡通訊功能,現(xiàn)場總線網(wǎng)絡上的全部節(jié)點設備的數(shù)據(jù)庫為分布式實時數(shù)據(jù)庫,這些就如同PC及其外設的USB接口形成一樣。同樣智能化、分布式、扁平化的設備控制系統(tǒng)構成的生產過程,也是生產管理系統(tǒng)的主要組成部分,數(shù)據(jù)共享、快速、高效、可靠、低成本也是扁平化管理系統(tǒng)的特點。為了實現(xiàn)上述功能,在進行未來的設計工作中要求設計人員既要進行電氣系統(tǒng)設計,又要能對嵌入式控制裝置進行編程組態(tài),同時還要完成基于現(xiàn)場總線通訊協(xié)議網(wǎng)絡的構架及其監(jiān)控軟件(包括數(shù)據(jù)庫)的組態(tài)。這樣一個項目的設計工作過程無論從人員還是到流程亦是快速、高效、扁平化的。通過互聯(lián)網(wǎng)設備供貨商、項目設計人員、企業(yè)生產管理者均可對設備和生產流程進行離線或在線的技術支持和調整,這也得益于嵌入式控制裝置和標準現(xiàn)場總線通訊協(xié)議網(wǎng)絡的全面實現(xiàn)。
　　5電氣保護
　　5.1交流工作接地：工作接地主要指的是變壓器中性點或中性線（N線）接地。N線必須用銅芯絕緣線。在配電中存在輔助等電位接線端子，等電位接線端子一般均在箱柜內。必須注意，該接線端子不能外露；不能與其它接地系統(tǒng)，如直流接地，屏蔽接地，防靜電接地等混接；也不能與PE線連接。在高壓系統(tǒng)里，采用中性點接地方式可使接地繼電保護準確動作并消除單相電弧接地過電壓。中性點接地可以防止零序電壓偏移，保持三相電壓基本平衡，這對于低壓系統(tǒng)很有意義，可以方便使用單相電源。
　　5.2安全保護接地：安全保護接地就是將電氣設備不帶電的金屬部分與接地體之間作良好的金屬連接。即將大樓內的用電設備以及設備附近的一些金屬構件，用PE線連接起來，但嚴禁將PE線與N線連接。在現(xiàn)代建筑內，要求安全保護接地的設備非常多，有強電設備，弱電設備，以及一些非帶電導電設備與構件，均必須采取安全保護接地措施。當沒有做安全保護接地的電氣設備的絕緣損壞時，其外殼有可能帶電。如果人體觸及此電氣設備的外殼就可能被電擊傷或造成生命危險。我們知道：在一個并聯(lián)電路中，通過每條支路的電流值與電阻的大小成反比，即，接地電阻越小，流經(jīng)人體的電流越小，通常人體電阻要比接地電阻大數(shù)百倍經(jīng)過人體的電流也比流過接地體的電流小數(shù)百倍。當接地電阻極小時，流過人體的電流幾乎等于零。實際上，由于接地電阻很小，接地短路電流流過時所產生的壓降很小，所以設備外殼對大地的電壓是不高的。人站在大地上去碰觸設備的外殼時，人體所承受的電壓很低，不會有危險。加裝保護接地裝置并且降低它的接地電阻，不僅是保障智能建筑電氣系統(tǒng)安全，有效運行的有效措施，也是保障非智能建筑內設備及人身安全的必要手段。
　　5.3屏蔽接地與防靜電接地：在現(xiàn)代建筑中，屏蔽及其正確接地是防止電磁干擾的最佳保護方法。可將設備外殼與PE線連接；導線的屏蔽接地要求屏蔽管路兩端與PE線可靠連接；室內屏蔽也應多點與PE線可靠連接。防靜電干擾也很重要。在潔凈、干燥的房間內，人的走步、移動設備，各自磨擦均會產生大量靜電。例如在相對濕度10~20％的環(huán)境中人的走步可以積聚3.5萬伏的靜電電壓、如果沒有良好的接地，不僅僅會產生對電子設備的干擾，甚至會將設備芯片擊壞。將帶靜電物體或有可能產生靜電的物體（非絕緣體）通過導靜電體與大地構成電氣回路的接地叫防靜電接地。防靜電接地要求在潔靜干燥環(huán)境中，所有設備外殼及室內（包括地坪）設施必須均與PE線多點可靠連接。智能建筑的接地裝置的接地電阻越小越好，獨立的防雷保護接地電阻應≤10Ω；獨立的安全保護接地電阻應≤4Ω；獨立的交流工作接地電阻應≤4Ω；獨立的直流工作接地電阻應≤4Ω；防靜電接地電阻一般要求≤100Ω。
　　5.4直流接地：在一幢智能化樓宇內，包含有大量的計算機，通訊設備和帶有電腦的大樓自動化設備。在這些電子設備在進行輸入信息，傳輸信息，轉換能量，放大信號，邏輯動作，輸出信息等一系列過程中都是通過微電位或微電流快速進行，且設備之間常要通過互聯(lián)網(wǎng)絡進行工作。因此為了使其準確性高，穩(wěn)定性好，除了需有一個穩(wěn)定的供電電源外，還必須具備一個穩(wěn)定的基準電位。可采用較大截面的絕緣銅芯線作為引線，一端直接與基準電位連接，另一端供電子設備直流接地。該引線不宜與PE線連接，嚴禁與N線連接。
　　5.5防雷接地：智能化樓宇內有大量的電子設備與布線系統(tǒng)，如通信自動化系統(tǒng)，火災報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)，樓宇自動化系統(tǒng)，保安監(jiān)控系統(tǒng)，辦公自動化系統(tǒng)，閉路電視系統(tǒng)等，以及他們相應的布線系統(tǒng)。這些電子設備及布線系統(tǒng)一般均屬于耐壓等級低，防干擾要求高，最怕受到雷擊的部分。不管是直擊，串擊，反擊都會使電子設備受到不同程度的損壞或嚴重干擾。因此智能化樓宇的所有功能接地，必須以防雷接地系統(tǒng)為基礎，并建立嚴密，完整的防雷結構。智能建筑多屬于一級負荷，應按一級防雷建筑物的保護措施設計，接閃器采用針帶組合接閃器，避雷帶采用25×4（mm）鍍鋅扁鋼在屋頂組成≤10×10（m）的網(wǎng)格，該網(wǎng)格與屋面金屬構件作電氣連接，與大樓柱頭鋼筋作電氣連接，引下線利用柱頭中鋼筋，圈梁鋼筋，樓層鋼筋與防雷系統(tǒng)連接，外墻面所有金屬構件也應與防雷系統(tǒng)連接，柱頭鋼筋與接地體連接，組成具有多層屏蔽的籠形防雷體系。這樣不僅可以有效防止雷擊損壞樓內設備，而且還能防止外來的電磁干擾。
　　6.結語
　　從上述內容可以看出電氣設計、自動化設計過程是平行進行的,在過程中互提測控條件,在本方實施條件內容的同時,落實和確認對方條件內容；最后進行控制系統(tǒng)設備安裝、電纜敷設設計。使得電氣自動化之更加完善！