前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇信號自動化論文范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。

信號自動化論文范文第1篇

關鍵詞：PLC，皮帶運輸機

 

0 引言

選煤廠皮帶運輸機是選煤廠生產的關鍵設備之一，一旦其電控系統出現故障，將影響選煤廠整個生產，帶來重大的經濟損失和安全隱患。由于選煤廠皮帶運輸機的電控大多為繼電器控制系統，存在線路復雜、故障點多、可靠性低、穩定性差等缺點，不能滿足煤礦安全生產的需要，因此，筆者采用PLC控制系統取代原來的繼電器控制系統，并用組態王實現對整個皮帶運輸機的運行過程進行監控。

1 系統構成及控制過程

該皮帶運輸機控制系統由兩級系統構成：一級基礎自動化系統，二級完成監控和操作的人機界面系統。

基礎自動化系統采用SIEMENS S7-200系列PLC，由完成控制功能的PLC、完成系統監控和操作的人機界面操作員站、現場執行機構和傳感器組成；上位機監控系統采用亞控的組態王軟件進行設計。論文參考。

一級基礎自動化控制主要控制出現異常情況時進行報警和緊急停車，二級主要用來進行參數設定，啟動和人工緊急停止。

2系統設計

皮帶運輸機系統是以PLC為核心、對皮帶運輸機的運行情況進行實時在線控制和監督的自動化系統，通過PLC和組態王。該系統可以實現對所有現場在線設備的程序控制管理、安全聯鎖控制等功能，并顯示各種操作畫面和模擬現場，對事故信號進行報警以及打印報表等。

該系統主要特點：

(1) 開放式的結構，具有極大的靈活性、可擴展性；

(2) 便利的維護手段，可在線維護；

(3) 先進的硬件控制設備，具有高抗干擾能力、高可靠性；

(4) 高可靠性的檢測儀表；

(5) 集中操作，分散控制的思想；

(6) 通用的軟件開發平臺，智能的設備管理和監控軟件。

該系統主要功能具有檢測皮帶機速度、溫度、撕裂、煙霧、跑偏等功能，當出現異常情況時，PLC控制電機緊急停止，同時報警并把信息傳到上位機，由操作人員進行分析檢修，完成后重新啟動。

2.1 系統硬件設計

SIEMENS S7-200系列PLC適用于各行各業，各種場合中的檢測、檢測及控制的自動化。論文參考。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。此處選用CPU226模塊（集成24輸入/16輸出共40個數字量I/O點，且可連接7個擴展模塊）和模擬量擴展模塊EM231（4路模擬量輸入）、EM232（兩路模擬量輸出），它們的特點如下：

(1) 6個獨立的30KZ高速計數器和2路獨立的20KZ高速脈沖輸出；

(2) 實現分布式系統和擴展通信能力都很簡便，組成系統靈活自如；

(3) 隨著應用的擴大，系統擴展無任何問題；

(4) 具有更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能；

(5) CPU可以高速處理指令并且具有友好的參數設置功能。

CPU模塊：負責程序的運行等工作，電源不僅向CPU模塊供電而且還要滿足與CPU模塊相連的其它模塊的用電需求。

數字量輸入模塊DI：將外部采集到的信號輸入到PLC，例如保護PLC的DI將皮帶撕裂、煙霧、跑偏等信號采集進來；以完成監視保護功能。

數字量輸出模塊DO：將PLC內部運算結果輸出，例如保護PLC的DO將正常啟動，自動控制、手動控制、綜合故障等輸出；操作PLC的DO輸出來控制繼電器，以完成監視、控制和保護功能。

模擬量輸入模塊AI：將外部的模擬量采集進來送給PLC，如皮帶的速度和溫度，以完成監視保護功能。

模擬量輸出模塊AO：將PLC計算好的數字量，如皮帶的速度等轉換成模擬量輸出到上位機上，以完成監視功能。

2.2 系統軟件設計

該系統中，PLC程序執行變頻器的啟動/停止控制和皮帶機的行程和速度監控任務，變頻器根據給定的信號和反饋的信號控制皮帶機的速度；PLC通過傳感器得到信號來控制皮帶機是否停止、報警器是否報警。為了更加安全可靠運行，本設計還設置了自動手動切換，自動/手動程序如圖1所示。

2.3 PLC與上位機之間的通信

在現場環境惡劣的條件下，采用上位機監控措施可直接將故障顯示出來，從而提高整個系統故障的診斷效率，減少故障的維修時間，提高整個電控系統的可靠性。論文參考。本系統利用CAN總線與上位機進行通信，可將各種信息傳輸到上位機，從而實現對系統的實時監控。部分子程序和中斷程序分別如圖2、圖3所示。

3 結束語

根據選煤廠皮帶運輸機系統的實際情況，研制開發了選煤廠皮帶運輸機智能控制系統。該系統經過嚴格的選型、合理的配置及完善的程序設計，使系統維修方便，自控功能強，可以自動顯示故障，可靠性高、穩定性好，極大的改善了皮帶運輸機的運行狀況，確保礦山安全生產。

參考文獻：

[1]廖常初 . PLC編程及應用. 北京：機械工業出版社，2002.9

[2] 羅宇航，羅建國等. 流行PLC實用程序設計.西門子S7-200系列.西安：西安電子科技大學出版社，2006.12

信號自動化論文范文第2篇

關鍵詞：工業以太網；工廠流水線；自動化控制；系統設計

中圖分類號：TH166 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）03-0027-02

在自動化控制領域，占絕對統治地位的是現場總線技術。盡管現場總線具有眾多優勢，但是隨著生產規模的一再擴大，現場機電裝備越來越多，需要實時監測和自動化控制的設備也越來越多，在這種背景下，現場總線已經無法完全滿足現場眾多機電裝備的監控需求，而且由于現場總線是具有針對性的工業自動化控制總線，往往使得各個機電裝備成為了“自動化控制孤島”，彼此無法兼容通訊，給設備的后期維護管理帶來不便。

隨著以太網通信技術的飛速發展，工業以太網逐漸以其低廉的組網價格、兼容性較好的通信協議，以及一體化的聯網技術而受到普遍應用，成為目前能夠替代現場總線的最好選擇之一。本論文主要結合汽車整車焊裝PLC自動化控制流水線生產控制系統，對基于工業以太網的自動化控制系統進行設計研究，以期能夠從中找到面向工廠流水線生產控制的工業以太網自動控制應用方式，并以此和廣大同行分享。

1 工業以太網概述

工業以太網在工業生產制造領域中，主要是作為生產制造自動化控制的基礎平臺，通過底層安裝的傳感設備，將機電裝備的工作狀態參數、工藝參數以及現場環境參數等關鍵參數檢測出來，并通過工業以太網所支持的網絡通信協議上傳到工業以太網中進行網絡傳輸。隨著工業自動化技術的日益發展與進步，很多工業生產流水線都逐漸提出了更高的自動化控制的要求，例如要求實現監測與控制的一體化，要求實現無人值守等等，這些高難度控制要求的提出，在一定程度上都促進了工業以太網在工廠自動化控制領域中的應用，尤其是將工業以太網與PLC控制相結合，能夠實現很多工廠自動化控制系統的功能建設需求。本課題重點以工業以太網和PLC相結合，以工廠流水線自動化控制為具體研究對象，深入探討工業以太網在工廠流水線自動化控制系統中的應用。

2 基于工業以太網的流水線自動控制系統設計

2.1 功能模塊設計

本論文以汽車整車焊裝作為具體的研究對象來探討工業以太網在流水線自動控制中的應用。汽車整車焊裝具有較多的工藝流程，而且機電裝備離散度較大，需要實時監測與控制的參數變量較大，因此采用工業以太網相較于采用現場總線具有很多優勢。縱觀整車焊裝的流水線工藝流程，基于工業以太網實現的流水線自動控制系統應當具有以下幾個主要功能：

①產品生產任務分派及調度。能夠根據生產進度適當的調整生產資源分配，根據任務變化自動完成對流水線生產工藝的更改，以適應不同車型的自動焊裝。

②電氣控制和分析。通過在底層安裝傳感監測設備，實現對流水線焊裝工藝流程的各個環節的監測與控制，并通過工藝數據庫的分析，實現相關生產工藝參數的自動匹配和優化。

③順序和邏輯控制功能。按照流水線自動化焊裝的工藝流程，對整個焊裝工藝流程實施順序控制，利用PLC作為順序邏輯控制器，實現眾多機電設備在流水線自動焊裝工藝過程中的順序聯動、啟停控制及互鎖等控制功能和邏輯判斷功能。

④監視報警功能、顯示功能。通過在監控終端開發專用的監控畫面，為用戶提供直觀的監控界面，通過人機交互接口的設計實現用戶對現場焊裝流水線的遠程自動化控制。

2.2 基于工業以太網的流水線自動控制系統設計

2.2.1 系統結構設計

由于整個流水線的設備量大、信號類型多、控制地點分散，不適合采用傳統的繼電器和控制開關為主要實現方式的本地控制模式，而且這種控制模式并不利于設備的后期維護管理，同時對于系統的擴容升級而言是十分不利的，為此，必須借助于工業以太網實現分布式控制管理模式（DCS模式），通過三級DCS功能的合理劃分與配置，能夠很方便的實現對整車焊裝流水線自動控制的遠程控制模式。本論文擬采用監控終端、本地PLC站和底層傳感設備三個層次的DCS控制模式實現基于工業以太網的整車焊裝流水線自動化控制。

①監控終端。監控終端設置在中央控制室內，供值班人員對全廠流水線自動化控制的工藝進行實時監控。監控終端內運行的是專門開發的上位機程序，通過友好的人機交互接口實現遠程控制，并且通過工業以太網實現與本地PLC站的數據信息的交互。

②本地PLC站。主要通過對開關量的檢測實現流水線生產工藝流程中各個環節的電氣監測，諸如限位開關、行程開關、電磁閥等。本地PLC站能夠通過對設備的工作狀態參數、工藝參數和環節參數的檢測和A/D轉換，將相關參數變量轉換為數字量進入工業以太網傳輸，從而實現上位機與下位機的一體化通信。

③底層傳感設備。現場傳感器主要是用以檢測現場監控點物理參數信號，變送器將采樣數據轉換成

4～20 mA的電流信號，經屏蔽電纜送到各子系統的PLC內。控制信號由PLC輸出后以4～20 mA電流形式送到執行機構。執行機構主要有氣動和電動執行機構等。

2.2.2 系統控制模式設計

①遠程遙控方式。在現場設備控制箱，將控制方式置于“遙控”控制方式，中央控制室的操作人員可以通過計算機監控軟件對現場設備進行遙控啟停。在這種控制方式下，監視界面可顯示設備的運行狀態及相關的工藝參數，操作員可根據選擇“手動或者自動”控制方式，通過設備控制按鈕啟停遠程設備，并能判斷設備運行是否正常，監測故障并發出報警提示，統計工藝數據，顯示模擬量趨勢曲線，打印故障報警及日志報表等。全部操作由中央控制室的操作人員通過鍵盤和鼠標完成。

②本地控制方式。在現場設備控制箱，將控制方式置于“本地”控制方式下，通過控制操作箱上的啟動/停止按鈕，對現場設備手動啟停控制。本地控制方式為系統的基本保留方式，在與中央控制室斷開聯系等任何情況下都可以完成整車焊接處理工藝要求的控制功能。

2.3 PLC自動系統設計

根據整車焊接處理廠工藝特點和現場的焊接設備分布及焊接機器人的作業范圍，可以將整車焊接車間流水線PLC下位機系統劃分為兩個PLC站點，各自負責不同的工藝流程。為此，需要統計全廠的I/O點分布情況，詳見表1。

由于本系統中的下位機PLC選用的西門子公司的S7-300系列的PLC產品，其網絡通訊功能的最大特色便是集成了MODBUS/TCP以太網通信協議。為此，本系統中下位機PLC控制系統的網絡通訊就基于MODBUS/TCP以太網通信協議實現，進而進一步降低了本自動控制系統的網絡通信集成成本。

2.4 工業以太網網絡系統設計

2.4.1 網絡拓撲結構選擇

本系統選用環型網絡拓撲結構，當某一節點出現故障時，它會自動旁路，而不影響環型網絡的信息傳輸。環型網絡結構的顯著特點是環路上的工作站在發送信息時，只能按照順序依次傳輸，所以不存在沖突問題。在光纖傳輸介質成本降低的今天，工業以太網的傳輸介質選用光纖組成雙環路雙冗余網絡是比較合適的方法。

2.4.2 系統組網方案設計

基于工業以太網的整車焊接流水線綜合自動化控制網絡系統可以劃分為三層：信息管理層、網絡傳輸層、傳感檢測及執行機構層。

①信息管理層。信息管理層主要是實現對整個工業以太網自下而上傳輸過來的流水線生產工藝的各個參數的管理，包括狀態參數的實時監測、越限報警；生產工藝參數的自動存儲、報表分析；設備控制指令的自動/聯動派發等等，這些功能的實現依賴于在信息管理層所開發的人機交互接口良好的專用自動化控制監控程序，通常可以采用組態程序實現。

②網絡傳輸層。網絡傳輸層就是指基于工業以太網所搭建起來的工業以太網傳輸網絡系統，同時通過配置交換機、操作站等輔助設備，能夠實現操作人員在網絡現場對網絡傳輸層的檢查、維護和管理。網絡傳輸層作為整個自動化控制網絡系統的數據傳輸平臺，對于整個系統的功能實現具有至關重要的作用。

③傳感監測及執行機構層。傳感監測及執行機構層主要有兩個作用，第一是通過傳感檢測設備，將流水線工藝流程中的各個參數實時檢測出來并發送到工業以太網上進行通訊，第二是通過安裝電氣開關、電磁閥等開關動作執行元件，接受來自頂層的中央信息管理層的遠程控制指令，實現對現場機電裝備或者流水線工藝流程的遠程自動化控制，傳感監測及執行機構層是面向整車焊接流水線生產和自動化控制的最底層，主要包括車間現場的各種監測、控制子系統，如焊接機器人控制子系統，滾床控制子系統，帶式輸送機控制子系統等。

3 結 語

隨著工業以太網在工廠自動化控制領域中的逐步廣泛應用，逐漸取代了過去傳統的以現場總線為基礎的自動控制模式。本論文對基于工業以太網的整車焊接流水線綜合自動化控制網絡系統展開了設計與研究，通過對網絡通信實時性的理論分析，建立了基于工業以太網的整車焊接流水線綜合自動化控制網絡系統，分別從下位機PLC自動化控制系統和上位機DCS以太網網絡系統兩個角度詳細探討構建了整個綜合自動化網絡控制系統的設計與實現，對于工業以太網在工廠自動化控制方面的應用，無論是在理論研究還是在實踐應用方面，都是具有較好的指導借鑒意義。

參考文獻：

[1] 吳文秀，吳修德.基于工業以太網的數控機床網絡控制系統[J].石油天然氣學報，2005，（6）：803-805.

信號自動化論文范文第3篇

關鍵詞：虛擬儀器，力傳感器，標定

 

1 引言

力傳感器是目前廣泛使用的傳感器，在長期使用過程中，由于使用環境、本身結構的變化，需要對其進行標定，以此保證測量的精度。近年來，隨著虛擬儀器技術的出現和發展，越來越多的技術人員開始基于該技術來開發自動化測量設備。博士論文，標定。虛擬儀器是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結合是目前儀器發展的一個重要方向[1]。而在眾多的虛擬儀器開發平臺中，美國國家儀器公司（NI）的LabVIEW應用最為廣泛。本文主要介紹了基于LabVIEW的力傳感器標定程序的設計。

2 標定的原理

所謂標定（或現場校準）[2]就是指用相對標準的量來確定測試系統電輸出量與物理輸入量之間的函數關系的過程。標定是測試中極其重要的一環。標定除了能夠確定輸入量和輸出量之間的函數關系之外，還可以最大限度地消除測量系統中的系統誤差。

傳感器的校準采用靜態的方法，即在靜態標準條件下，采用一定標準等級（其精度等級為被較傳感器的3~5倍）的校準設備，對傳感器重復（不少于3次）進行全量程逐級加載和卸載測試，獲得各次校準數據，以確定傳感器的靜態基本性能指標和精度的過程。為簡化系統的設計，此處標準量采用砝碼加載的方式獲得。

3 系統組成

3.1硬件組成

系統的硬件組成如圖1所示：

圖1 系統硬件組成

由圖可以看出，系統主要包括計算機、力傳感器，數據采集卡、接線盒等。本系統中，力傳感器采用電阻應變式壓力傳感器，四個應變片采用全橋的工作方式。數據采集卡采用NI公司的PCI-6221，該采集卡的主要參數如下：它具有16個模擬輸入端口，2個模擬輸出端口，24個數字輸入輸出端口，采樣速率最高可達到250kS/s。接線盒采用NI公司的SC-2345，此接線盒直接與數據采集卡相連，接線盒上有SCC信號調理模塊插座。SCC模塊是NI公司提供的信號調理模塊，其上面包含信號調理電路，可以將傳感器處采集的信號轉換成適合數據采集卡讀取的信號。本系統所用的SCC模塊為SCC-SG04，此模塊適用于連接采用全橋工作方式的電阻應變式壓力傳感器。

3.2軟件組成

本系統軟件基于LabVIEW 8.2來開發。LabVIEW是一種圖形化的編程語言。博士論文，標定。博士論文，標定。與其他開發工具不同，用LabVIEW編程的過程不是寫代碼，而是畫“流程圖”。這樣可以使用戶從煩瑣的程序設計中解放出來，而將注意力集中在測量等物理問題本身。它主要針對各個領域的工程技術人員而設計，非計算機專業人員[1]。博士論文，標定。

因為所用的力傳感器屬于應變式電阻傳感器，其電阻變化率與應變可以保持很好的線性關系，即輸入與輸出量之間呈線性關系，所以可以用一條直線對校準數據進行擬合。此直線就稱為擬合直線，所求得的方程為擬合方程。圖2所示為傳感器標定程序的采樣頁面。

此程序采用LabVIEW的事件驅動編程技術進行編制的。事件[3]是對活動發生的異步通知。事件可以來自于用戶界面、外部I/O或程序的其它部分。在LabVIEW中使用用戶界面事件可使前面板用戶操作與程序框圖執行保持同步。事件允許用戶每當執行某個特定操作時執行特定的事件處理分支。

圖2 標定程序采樣頁面

圖3 采樣程序

直線擬合的方法[2]有很多種，比如最小二乘法、平均選點法、斷點法等等。其中，最小二乘法精度比較高，此處利用它進行直線擬合。根據最小二乘法，假定是一組測量值，是相應的擬合值，mse為均方差，則擬合目標可以表達為，期望mse最小。

LabVIEW中的分析軟件庫提供了多種線性和非線性的曲線擬合算法，例如線性擬合、指數擬合、通用多項式擬合等等。本程序選擇Linear Fit.Vi 來實現最小二乘法線性擬合。

標定子程序的工作流程如下：用戶先通過多次采樣，獲得各個輸入量對應的輸出量，通過While循環的移位寄存器保存這些值。博士論文，標定。采樣完成后，把這些值輸入Linear Fit.Vi進行擬合，擬合的曲線在Graph控件中顯示出來，同時該Vi自動求出方程y=ax+b中的斜率a和截距b，這樣，輸入輸出量之間的函數關系就可以確定下來了，如圖4所示。

圖4 標定程序擬合前面板

4 小結

基于虛擬儀器的力傳感器標定程序能夠方便地對力傳感器進行標定。博士論文，標定。該系統具有人機界面友好，靈活方便，自動化程度高等特點。

參考文獻：

【1】.候國屏;王珅;葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設計[M].清華大學出版社.2005

【2】.張迎新等.非電量測量技術基礎[M].北京航空航天大學出版社，2001

【3】.NationalInstrumentsCorporation.LabVIEWHelp[CD].ni.com/china,2008

信號自動化論文范文第4篇

【關鍵詞】互聯網技術電力保護通信系統設計

隨著電力工業及互聯網技術的迅速發展，電力企業對線路的保護也提出了越來越高的要求。通信系統作為高頻保護的一種重要的組成部分被要求具有更高的可依賴性、安全性及快捷性。同時，通信技術越來越發達，特別是光纖通信的日益普及為數字保護通信系統的發展提供了強有力的動力。

一、電力保護通信系統的概述

隨著人力資本成本的不斷提高，電力系統變電所逐步開展和普及無人值班的運作方式。所以傳輸各類信息的遠動通道便成為了解和控制變電所運行狀況的唯一窗口。因此，通道的建設、保持及維護成了工作的重點及難點。一般來說，遠動通道分為接收變電所各類信息的“上行”通道和下發各類控制信息的“下行”通道這兩種通道。上行通道一般可以直接通過主站顯示屏的畫面查看其運行情況，而對傳輸遙控命令的下行通道，至今所有的調度自動化系統、廠站端的RTU或變電站綜合自動化裝置均不具備對下行通道的檢測功能，這嚴重影響著整個電力系統的運行安全[1]。基于此為了提高電力系統運行的安全性，對線路保護提出了更高的要求。而作為線路保護重要組成部分的遠方保護信號設備的安全性、可靠性及快速性必須要可以保證。

二、電力保護通信系統的運用現狀及趨勢分析

2.1電力保護通信系統的運用現狀分析

目前，我國電力保護通信系統的運用主要集中在一些大型的電力企業中，而對于小型的發電企業則很少使用，造成這種現象的原因是多方面的。首先，對于一些小型的電力企業來說采用電力保護通信系統的必要性比較弱。其次，系統的運行對人才與資金的要求比較高，小型電力企業不具有具備專業知識的系統建設及維護的專業技術人員。就目前我國電網中運行的遠方保護信號設備而言，大部分的電力企業采用的都是模擬系統，這個系統主要包括使用電力線為載體的保護專用收發信機和電力線音頻復用通信系統兩個部分[2]。

2.2電力保護通信系統的運用趨勢分析

隨著互聯網技術的不斷發展，數字保護通信系統必然代表保護信號設備的發展方向。原因主要體現在以下幾個方面。第一，數字保護通信系統符合全球數字化的潮流，第二，數字系統抗干擾的能力強，第三，數字設備可靠性比較高，調試和維護非常方便，從長遠來看，可以降低使用成本。第四，數字設備可以提供良好的人機界面。

三、復用式數字保護通信系統的設計分析

通過上面的分析可以看出復用式數字保護通信系統必然代表保護信號設備成為未來的發展方向。在電網改造中SDH、ATM等新的光纖通信技術在電力系統通信中都得到了普遍應用，這無疑可以看出復用式數字保護通信系統的運用潛力[3]，同時電網改造也給復用式數字保護通信系統的運用提供了前所未有的發展機遇。現在高電壓等級的變電站的保護信號通信設備首選是數字保護通信設備，而且實現的方式主要是將保護信號復用到SDH通信設備的時隙中，利用SDH設備的快速自愈性能進一步提高保護信號通信的可靠性[4]。基于此論文對復用式數字保護通信系統進行一個系統的設計。為了提高系統的整體性能，這套系統設計方案采用了特別的糾錯編碼解碼方案，同時結合采用一些比較先進的技術設備，比如高速CPU、CPLD和流行的Windows人機界面等。這些都可以很大程度上提高設備的可靠性，使調試、維護和使用過程更加方便安全。復用式數字保護通信系統以具有自愈功能的SDH環狀網為核心，提供行政電話、調度電話、遠動數據和保護命令的全方位接入和傳輸。

四、結語

通過論文的分析可以看出數字保護通信系統必然代表保護信號設備的發展方向，這種數字保護通信系統不僅可以提高系統的整體性能，還可以提供行政電話、調度電話、遠動數據和保護命令的全方位接入和傳輸，在實際運用中值得推廣。最后，希望論文的研究為相關工作者及研究人員提供一些參考與借鑒價值。

參考文獻

[1]吳玲燕.廣域保護通信系統可靠性及其路由選擇研究[D].重慶：重慶大學，2011

信號自動化論文范文第5篇

論文摘要：當今世界，在變電站自動化領域中，智能化電氣的發展，特別是智能化開關、光電式互感器等機電一體化設備的出現，變電站自動化技術即將進入數字化新階段。本文論述了數字化變電站自動化系統的特征、結構及功能劃分等。

經過幾十年的發展,變電站自動化技術已經達到了一定的水平，在我國城鄉電網改造與建設中不僅中低壓變電站采用了自動化技術實現無人值班，而且在220kV及以上的超高壓變電站建設中也大量采用自動化新技術，從而大大提高了電網建設的現代化水平，增強了輸配電和電網調度的可能性，降低了變電站建設的總造價，這已經成為不爭的事實。然而，技術的發展是沒有止境的，隨著智能化開關、光電式電流電壓互感器、一次運行設備在線狀態檢測、變電站運行操作培訓仿真等技術日趨成熟，以及計算機高速網絡在實時系統中的開發應用，勢必對已有

的變電站自動化技術產生深刻的影響，全數字化的變電站自動化系統即將出現。

一數字化變電站自動化系統的特點

(1）智能化的一次設備

通常一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動回路采用微處理器和光電技術設計，簡化了常規機電式繼電器及控制回路的結構，數字程控器及數字公共信號網絡取代傳統的導線連接。換言之，變電站二次回路中常規的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規的強電模擬信號和控制電纜被光電數字和光纖代替。

(2)網絡化的二次設備

變電站內常規的二次設備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發展中的在線狀態檢測裝置等全部基于標準化、模塊化的微處理機設計制造，設備之間的連接全部采用高速的網絡通信，二次設備不再出現常規功能裝置重復的I/O現場接口，通過網絡真正實現數據共享、資源其享，常規的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

(3)自動化的運行管理系統

變電站運行管理自動化系統應包括電力生產運行數據、狀態記錄統計無紙化；數據信息分層、分流交換自動化；變電站運行發生故障時能即時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；系統能自動發出變電站設備檢修報告，即常規的變電站設備“定期檢修”改變為“狀態檢修”。

二數字化變電站自動化系統的結構

在變電站自動化領域中，智能化電氣的發展，特別是智能開關、光電式互感器機電一體化設備的出現，變電站自動化技術進入了數字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中，保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元，如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將割列出來作為智能化一次設備的一部分。反言之，智能化一次設備的數字化傳感器、數字化控制回路代替了常規繼電保護裝置、測控等裝置的I/O部分；而在中低壓變電站則將保護、監控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關柜上，實現了變電站機電一體化設計。

數字化變電站自動化系統的結構在物理上可分為兩類，即智能化的一次設備和網絡化的二次設備；在邏輯結構上可分為三個層次，根據IEC6185A通信協議草案定義，這三個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。

過程層是一次設備與二次設備的結合面，或者說過程層是指智能化電氣設備的智能化部分。過程層的主要功能分三類：（1）電力運行實時的電氣量檢測；（2）運行設備的狀態參數檢測；（3）操作控制執行與驅動。間隔層設備的主要功能是：（1）匯總本間隔過程層實時數據信息；（2）實施對一次設備保護控制功能；（3）實施本間隔操作閉鎖功能；（4）實施操作同期及其他控制功能；（5）對數據采集、統計運算及控制命令的發出具有優先級別的控制；（6）承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網絡通信功能。必要時，上下網絡接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗余度，保證網絡通信的可靠性。

站控層的主要任務是：（1）通過兩級高速網絡匯總全站的實時數據信息，不斷刷新實時數據庫，按時登錄歷史數據庫；（2）按既定規約將有關數據信息送向調度或控制中心；（3）接收調度或控制中心有關控制命令并轉間隔層、過程層執行；（4）具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；（5）具有（或備有）站內當地監控，人機聯系功能，如顯示、操作、打印、報警，甚至圖像，聲音等多媒體功能；（6）具有對間隔層、過程層諸設備的在線維護、在線組態，在線修改參數的功能；（7）具有（或備有）變電站故障自動分析和操作培訓功能。

三數字化變電站自動化系統中的網絡選型

網絡系統是數字化變電站自動化系統的命脈，它的可靠性與信息傳輸的快速性決定了系統的可用性。常規變電站自動化系統中單套保護裝置的信息采集與保護算法的運行一般是在同一個CPU控制下進行的，使得同步采樣、A/D轉換，運算、輸出控制命令整個流程快速，簡捷，而全數字化的系統中信息的采樣、保護算法與控制命令的形成是由網絡上多個CPU協同完成的，如何控制好采樣的同步和保護命令的快速輸出是一個復雜問題，其最基本的條件是網絡的適應性，關鍵技術是網絡通信速度的提高和合適的通信協議的制定。

如果采用通常的現場總線技術可能不能勝任數字化變電站自動化的技術要求。目前以太網（ethernet）異軍突起，已經進入工業自動化過程控制領域，固化OSI七層協議，速率達到100MHz的嵌入式以太網控制與接口芯片已大量出現，數字化變電站自動化系統的兩級網絡全部采用100MHz以太網技術是可行的。

四數字化變電站自動化系統發展中的主要問題

在三個層次中，數字化變電站自動化系統的研究正在自下而上逐步發展。目前研究的主要內容集中在過程層方面，諸如智能化開關設備、光電互感器、狀態檢測等技術與設備的研究開發。國外已有一定的成熟經驗，國內的大專院校、科研院所以及有關廠家都投入了相當的人力進行開發研究，并且在某些方面取得了實質性的進展。但歸納起來，目前主要存在的問題是：（1）研究開發過程中專業協作需要加強，比如智能化電器的研究至少存在機、電、光三個專業協同攻關；（2）材料器件方面的缺陷及改進；（3）試驗設備、測試方法、檢驗標準，特別是EMC（電磁干擾與兼容）控制與試驗還是薄弱環節。