摘要：最近幾年由于電氣設(shè)備、自動化設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備及其技術(shù)的發(fā)展成熟,使得電氣設(shè)計(jì)和自動化設(shè)計(jì)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(yàn)出發(fā),分析了電氣自動化設(shè)計(jì)在工程實(shí)踐中等相關(guān)信息探討；以供參考！
　　關(guān)鍵詞：電氣系統(tǒng)；自動化設(shè)計(jì)；電氣保護(hù)；接地；發(fā)展趨勢
　　1傳統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)和自動化設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)和特點(diǎn)
　　按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造方式提供的電氣設(shè)備其控制、保護(hù)和計(jì)量主要由分立的、機(jī)械的、物理的方式和部件來完成,其相互之間的功能組合構(gòu)成達(dá)到用戶要求的配電產(chǎn)品。與其對應(yīng)的完全由計(jì)算機(jī)構(gòu)成的自動化控制系統(tǒng),通過軟硬件組態(tài)達(dá)到用戶要求的系統(tǒng)控制管理功能。上述兩類設(shè)備分別由不同類的制造商提供,界限徑渭分明,它們由項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行協(xié)調(diào)連接。電氣設(shè)計(jì)根據(jù)用電設(shè)備的用電負(fù)荷、負(fù)荷特點(diǎn)和用電設(shè)備的分布情況,設(shè)置高中低壓變配電系統(tǒng)。進(jìn)而根據(jù)供電方條件、要求和用電設(shè)備要求和特點(diǎn)進(jìn)行高中低壓變配電系統(tǒng)二次計(jì)量、保護(hù)、控制的設(shè)計(jì)；根據(jù)工藝控制要求和自動化系統(tǒng)要求,進(jìn)行配電系統(tǒng)末端的用電設(shè)備就地控制設(shè)備的設(shè)計(jì)。
　　2設(shè)備與技術(shù)發(fā)展為設(shè)計(jì)提供的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)條件
　　高壓配電柜內(nèi)的綜合保護(hù)控制器、綜合電量計(jì)量器,低壓配電柜內(nèi)的自動空氣斷路器中的計(jì)算機(jī)控制模塊、馬達(dá)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(jī)電設(shè)備中的小型PLC控制器,閥門電動裝置調(diào)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(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。這些由于芯片嵌入、機(jī)電一體化、網(wǎng)絡(luò)通訊及其標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備層得以實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)場通訊總線上的人機(jī)界面設(shè)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(yùn)行管理人員介入系統(tǒng)的手段,并且不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制。同時(shí)現(xiàn)在的監(jiān)控組態(tài)工具軟件亦有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)IEC1131-3,系統(tǒng)制造商均對此予以支持。從控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看,以現(xiàn)場總線為通訊媒介,只分為人機(jī)界面管理計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場控制器兩個(gè)層面。現(xiàn)在有幾大現(xiàn)場總線組織制定了相應(yīng)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(jì)算機(jī)可通過專用或商用通訊網(wǎng)絡(luò)與更加廣泛的管理系統(tǒng)相聯(lián)系。
　　3新設(shè)計(jì)思想的內(nèi)容和特點(diǎn)
　　由于現(xiàn)在高低壓變配電設(shè)備中具有嵌入式控制裝置、用電設(shè)備就地控制設(shè)備中具有的小型PLC控制器等,所以進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí),不用像傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮集中的二次信號、計(jì)量、保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備和自動化控制系統(tǒng)的預(yù)留互聯(lián)條件,只要按用電設(shè)備要求、工藝控制要求進(jìn)行高低壓變配電系統(tǒng)、用電設(shè)備就地控制設(shè)備的一次電氣設(shè)計(jì)。同時(shí)按工藝控制要求進(jìn)行儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)供電方條件、要求和用電設(shè)備的要求和特點(diǎn)進(jìn)行高低壓變配電系統(tǒng)二次計(jì)量、保護(hù)、控制的控制流程圖設(shè)計(jì)；根據(jù)工藝控制要求和自動控制要求,進(jìn)行配電系統(tǒng)末端的用電設(shè)備就地控制設(shè)備的控制流程圖設(shè)計(jì)；在人機(jī)界面管理計(jì)算機(jī)上按上述各部分的控制流程圖,以符合IEC113-3標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)工具軟件進(jìn)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(jìn)行電氣及其控制設(shè)備安裝、電纜互聯(lián)和敷設(shè)設(shè)計(jì)。這樣的設(shè)計(jì)流程與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式中電氣設(shè)計(jì)、自動化設(shè)計(jì)過程是平行進(jìn)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(shè)計(jì)流程、將電氣和自動化設(shè)計(jì)人員合二為一、提高設(shè)計(jì)時(shí)效。另外,自動化設(shè)計(jì)中組態(tài)工作無需象以往等待系統(tǒng)硬件定牌后才可進(jìn)行,標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)工具軟件和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議使不同的設(shè)備如同同一系統(tǒng)供應(yīng)商的產(chǎn)品一樣便捷的整合成系統(tǒng)。工程項(xiàng)目經(jīng)過這樣的設(shè)計(jì)后,得到的整個(gè)電氣及其控制系統(tǒng)是完全為扁平化、開放化的。其優(yōu)點(diǎn)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(luò)的角度看扁平、開放的結(jié)構(gòu)提供給用戶更經(jīng)濟(jì)、易用、高效的共享數(shù)據(jù)。
　　4 新設(shè)計(jì)思想與未來技術(shù)發(fā)展趨勢的契合
　　嵌入式控制裝置將覆蓋全部現(xiàn)場設(shè)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(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線通訊協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通訊功能,現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的全部節(jié)點(diǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)庫為分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫,這些就如同PC及其外設(shè)的USB接口形成一樣。同樣智能化、分布式、扁平化的設(shè)備控制系統(tǒng)構(gòu)成的生產(chǎn)過程,也是生產(chǎn)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(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述功能,在進(jìn)行未來的設(shè)計(jì)工作中要求設(shè)計(jì)人員既要進(jìn)行電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì),又要能對嵌入式控制裝置進(jìn)行編程組態(tài),同時(shí)還要完成基于現(xiàn)場總線通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架及其監(jiān)控軟件(包括數(shù)據(jù)庫)的組態(tài)。這樣一個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)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(shè)備供貨商、項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員、企業(yè)生產(chǎn)管理者均可對設(shè)備和生產(chǎn)流程進(jìn)行離線或在線的技術(shù)支持和調(diào)整,這也得益于嵌入式控制裝置和標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的全面實(shí)現(xiàn)。
　　5電氣保護(hù)
　　5.1交流工作接地：工作接地主要指的是變壓器中性點(diǎn)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(nèi)。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(diǎn)接地方式可使接地繼電保護(hù)準(zhǔn)確動作并消除單相電弧接地過電壓。中性點(diǎn)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(hù)接地：安全保護(hù)接地就是將電氣設(shè)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(nèi)的用電設(shè)備以及設(shè)備附近的一些金屬構(gòu)件，用PE線連接起來，但嚴(yán)禁將PE線與N線連接。在現(xiàn)代建筑內(nèi)，要求安全保護(hù)接地的設(shè)備非常多，有強(qiáng)電設(shè)備，弱電設(shè)備，以及一些非帶電導(dǎo)電設(shè)備與構(gòu)件，均必須采取安全保護(hù)接地措施。當(dāng)沒有做安全保護(hù)接地的電氣設(shè)備的絕緣損壞時(shí)，其外殼有可能帶電。如果人體觸及此電氣設(shè)備的外殼就可能被電擊傷或造成生命危險(xiǎn)。我們知道：在一個(gè)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(dāng)接地電阻極小時(shí)，流過人體的電流幾乎等于零。實(shí)際上，由于接地電阻很小，接地短路電流流過時(shí)所產(chǎn)生的壓降很小，所以設(shè)備外殼對大地的電壓是不高的。人站在大地上去碰觸設(shè)備的外殼時(shí)，人體所承受的電壓很低，不會有危險(xiǎn)。加裝保護(hù)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(yùn)行的有效措施，也是保障非智能建筑內(nèi)設(shè)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(hù)方法。可將設(shè)備外殼與PE線連接；導(dǎo)線的屏蔽接地要求屏蔽管路兩端與PE線可靠連接；室內(nèi)屏蔽也應(yīng)多點(diǎn)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(nèi)，人的走步、移動設(shè)備，各自磨擦均會產(chǎn)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(chǎn)生對電子設(shè)備的干擾，甚至?xí)�將設(shè)備芯片擊壞。將帶靜電物體或有可能產(chǎn)生靜電的物體（非絕緣體）通過導(dǎo)靜電體與大地構(gòu)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(shè)備外殼及室內(nèi)（包括地坪）設(shè)施必須均與PE線多點(diǎn)可靠連接。智能建筑的接地裝置的接地電阻越小越好，獨(dú)立的防雷保護(hù)接地電阻應(yīng)≤10Ω；獨(dú)立的安全保護(hù)接地電阻應(yīng)≤4Ω；獨(dú)立的交流工作接地電阻應(yīng)≤4Ω；獨(dú)立的直流工作接地電阻應(yīng)≤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(nèi)，包含有大量的計(jì)算機(jī)，通訊設(shè)備和帶有電腦的大樓自動化設(shè)備。在這些電子設(shè)備在進(jìn)行輸入信息，傳輸信息，轉(zhuǎn)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(jìn)行，且設(shè)備之間常要通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工作。因此為了使其準(zhǔn)確性高，穩(wěn)定性好，除了需有一個(gè)穩(wěn)定的供電電源外，還必須具備一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)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(zhǔn)電位連接，另一端供電子設(shè)備直流接地。該引線不宜與PE線連接，嚴(yán)禁與N線連接。
　　5.5防雷接地：智能化樓宇內(nèi)有大量的電子設(shè)備與布線系統(tǒng)，如通信自動化系統(tǒng)，火災(zāi)報(bào)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(yīng)的布線系統(tǒng)。這些電子設(shè)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(shè)備受到不同程度的損壞或嚴(yán)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(chǔ)，并建立嚴(yán)密，完整的防雷結(jié)構(gòu)。智能建筑多屬于一級負(fù)荷，應(yīng)按一級防雷建筑物的保護(hù)措施設(shè)計(jì)，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(gòu)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(gòu)件也應(yīng)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(nèi)設(shè)備，而且還能防止外來的電磁干擾。
　　6.結(jié)語
　　從上述內(nèi)容可以看出電氣設(shè)計(jì)、自動化設(shè)計(jì)過程是平行進(jìn)行的,在過程中互提測控條件,在本方實(shí)施條件內(nèi)容的同時(shí),落實(shí)和確認(rèn)對方條件內(nèi)容；最后進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)備安裝、電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)。使得電氣自動化之更加完善！