电气成套智能装备技术发展趋势

智能环网成套柜电气设备技术：

必须具备电气参数灵敏准确的感知功能、系统故障的判断功能、安全可靠执行结构的操控功能。智能设备是一种高度自动化的机电一体化设备。

自我检测是智能设备的基础;

自我诊断是智能设备的核心。

在新一代信息技术与制造业的融合促动下，成套电气自动化高端制造装备向智能化方向发展。

电气成套高端装备是以高新技术为引领，决定电气装备制造业整体竞争力的高附加值装备。构建电网装备制造创新机构，并通过先进智能制造装备相关项目的研发。制造创新数字化控制装备，大力推进智能机器、增强现实可靠性、重点关注先进控制系统、辅助和柔性机器人控制系统等领域。

国家两大电网公司都启动了自适应成套自动化装备制造项目，旨在预先研究智能电气制造装备和技术，以实现大型复杂电网系统下研制装备智能化。提出发展智能一体化装备制造。已成为高端智能电气开关制造装备发展的潮流。

一、电气成套智能装备

1）电气成套智能装备，指电网电气设备在传统的功能中加装电子仪表，是的电气设备具有状态感知、数据分析、远程控制功能的电气装备，是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合的新型装备，主要是研发先进的智能化控制系统。

2）电气成套智能装备功能强大、操作简便；帮助分析电网故障特征，指出运行调整策略。智能化的成套装备处于生产系统的关键工序环节，其停机及故障对整个生产系统产生很大的影响。智能设备的复杂程度和精密程度很高，都带有计算机程序控制系统。传统的基于机械设备而形成的维修方法和维护经验，已完全不适合这类设备。智能装备新增智能系统的维护工作，包括智能装备运行数据的定期备份及恢复，控制计算机的软件运行和维护。

3）、智能装备的制造业（机器人、数控机床、服务机器人、其他自动化装备），工业互联网（机器视觉、传感器、RFID、工业以太网）、工业软件（ERP/MES/DCS等）有机结合的自动化系统集成及生产线集成等。

4）、基于智能装备制造领域的成熟性与垄断性，产品性能差异化、设备成套系统化是企业追求技术优势增长及市场规模扩张最为常见的模式。创新企业更加重视依托其核心技术产品，特定应用领域的定制化解决方案。

二、电气成套智能装备技术发展趋势

1、信息技术深度应用

信息技术深度应用促进了生产与效率提高和管理模式创新。信息技术与传统制造技术相结合使制造过程的数字化、自动化和智能化得以快速发展，制造过程的虚拟验证、并行工程、精益生产及敏捷制造等有效的生产模式得到广泛认同。

以计算机及强大软件为技术支撑的虚拟制造技术在电气装备制造企业得到广泛应用，通过对工艺流程、生产线进行三维动态仿真模拟、优化及工艺可行性分析，确定工艺参数，提高运行的可靠性和效率。

2、精细制造是产品性能提升的重要保障。

精密铸造技术、精密塑性成形技术、精密连接技术等零件毛坯制造技术不断向近净成形趋近。开关机械机构切削加工精度、质量、工艺稳定性要求不断提升，并以高速、强力切削和主动测量、自动补偿以及快装、快调、快进为主要特点，高效多品种的柔性生产方式得到广泛应用。

3、创新技术与装备是汽车制造技术发展驱动力。

新材料（超强超韧钢、变密度的金属、高强超轻的复合材料等）技术迅猛发展，增材制造（3D打印）、复合加工（光机电）等新工艺方法不断涌现，电气开关制造装备的柔性化、智能化和可重构性，给制造产线上满足个性化市场需求和提高产品竞争力提供了技术与装备的支撑。

4、绿色制造是社会发展的必然要求

通过绿色的设计、工艺、材料、设备、生产过程、包装和管理等生产绿色产品，报废产品经绿色处理后可回收、可再制造利用，直接减少制造全过程对环境的负面影响，同时使原材料和能源的利用效率达到最高。以新能源的应用、节材（高强度钢板冷冲压技术、激光拼焊技术、近净成形铸锻技术、轻量化等）、节能环保（干式切削加工技术、涂装紧凑型工艺及零排放技术、清洁化铸锻技术等）为代表的绿色制造是电气装备制造技术的发展方向。

三、智能设备技术特征

1智能设备的特性

两方面的因素，正推动着生产制造设备的创新：一是生产制造产品的个性化与复杂性，另外一个则是对生产能力和质量不断增长的需求。

一般来说，智能设备有五个特点：

1）. 灵活性：设备和装置制造商，不再生产设计单一用途的设备。它们转而生产制造灵活的、多用途设备，可以满足当今生产制造的需求：比如更小体积、客户定制的产品，以适应高度集成产品的趋势，从而可以将不同功能整合到一个设备中。

2）. 自主运行：现代设备的运行，比以往任何时候都具有更多的自主性。

3）. 诊断：智能设备，还能预防以及校正由诸如原材料工况的改变、机械部件的磨损等原因造成的过程错误。利用大量的网络传感器，智能设备可以获得过程状态、设备状态、机器环境等方面的信息。这会改善运行，提高质量水平。

4）. 自适应改进：随着时间的推进，通过数据挖掘，借助仿真模型或者使用面向特定应用的学习算法，设备系统可以改善运行性能。

5）. 通讯：设备可以与其它自动化系统交换信息，为更高层的控制系统提供状态信息。这就使得智慧工厂和自动化生产线能够自动调节，以便适应不断变化的工况，平衡设备间的工作负荷，在设备发生故障前通知维护人员。

2、设计方法和挑战

现代设备控制系统，充分利用环境、过程数据信息、以及设备参数，来适应不断变化的工况，执行实际上已经不再是单纯的重复性工作。传感器和测量技术在其中扮演的角色日益重要，因为它使设备制造商生产的设备，能够了解周围的环境，执行实时的过程检测，确保关键机械设备部件处于健康状态，并利用这些信息来实现自适应控制。

这就要求控制系统，能够集成传感器数据，实时收集并利用来自于多个传感器的信息，同时还能并行运行高速控制回路。具有工业级耐用性的高性能嵌入式系统，通过模块化的输入/输出(I/O)设备，提供直接的传感器连接。现在，领先的设备制造商开始使用集成了实时处理器和可编程硬件的多样性计算架构，以满足最严格的应用需求。

为了应对当今生产制造的需求，设备制造商必须设计高度模块化的系统，来满足客户定制需求或者在不同的生产工艺过程中进行现场改造，或者产品的改变。模块化的生产方式，帮助原始设备制造商（OEM）开发出可复用的部件，这样在整个产品线上都可以使用这些部件，简化了常备产品的集成，还改变了OEM厂商完成其系统设计的方式。

机械系统的模块化，需要反映在控制系统结构中。与传统的使用单一系统架构不同，现代设备基于控制系统网络结构。需要配置无缝通讯的基础设施，以便处理时序要求严格的数据、低优先等级的数据、状态信息以及监控系统的通讯。

分布式协作设备控制系统，通过增加适应性、不断提升的运行自主化、诊断和自适应改善，使得进一步增加产量成为可能。

3、设备的差异化

领先的设备制造商，通过采用不同的关键技术，来使其产品具有差异化特性，例如:

多个控制系统和多样化计算架构的整合；

提供信号分析工具、高速控制回路、算法工具的软硬件平台；仿真和建模工具；网络和通讯功能；

以软件为中心的设计方法，有助于应对系统不断增加的复杂性。

4、智能的控制系统

现代设备使用分布式协同控制和模块化的方法。它们所包括的智能子系统网络，可以联合执行设备的自动化任务，与工厂层面的更高级控制系统进行通讯，使得智能工厂成为可能。为了使系统具有适应性和扩展性，控制系统结构也需要体现这种模块化。需要借助工业通讯协议，来实现子系统之间的相互连接，确保时间和同步性。

向以软件为中心的设计方法和编程工具（该编程工具提供了一种能力，利用同一种设计工具，可以实现多种不同的自动化任务）的过渡，使得客户能够在控制软件中体现机械系统的结构化。简单的系统，仍然可以利用传统的与分布式I/O连接的单主控制器概念，现代的设备利用具有分层结构的控制架构，在这种架构中，更高层级的控制器与从控制器连接，由从控制器来执行清晰定义的自动化运行。

传统的可编程逻辑控制器（PLC），仍然扮演着重要的角色，尤其是在执行逻辑或安全功能的时候。但是现代设备控制系统，加入了嵌入式控制和监视系统，来实现先进控制、机器视觉和运动控制功能，或者设备状态监测。除了与主控制器的连接，智能子系统通常还能与处在同一层级的系统交互，以触发或同步任务，从而实现诸如高性能、视觉导引运动或基于位置的触发和数据采集等功能。

设备制造商所面临的最大挑战，是嵌入式技术的应用。由于上市时间紧、竞争残酷，验证客户定制的嵌入式硬件开发过程的时间和人员就受到限制。很多情况下，员工中甚至没有嵌入式工程师，而是将这部分工作外包出去。

利用扩展模块实现运动控制、机器视觉、控制设计和仿真、设备预测和状态监测特性以及对I/O硬件和通讯协议的广泛支持，设备制造商可以强化开发工具链，进一步优化设计流程。智能设备控制系统的硬件选择，可能是一个令人生畏的任务。

系统工程部门经常需要在易于使用、低风险的黑盒解决方案与客户定制系统的性能与价格方面的收益作平衡，这样就可以使其具有差异化的特性，正是这些差异化，会决定其产品在市场上的成功或失败。设计团队在舒适区域内，倾向于使用他们比较熟悉的传统方案，但是这往往会限制其将不同的智能方案增加到设备中的能力，而客户定制方案则一般会推动设计团队离开其舒适区域。

嵌入式系统设计人员，可以将微处理器和现场可编程门阵列（FPGA）整合到一个异构计算架构中。

5、异构计算架构

随着设备控制应用复杂性的增加，硬件架构和嵌入式系统的设计工具必须随之改进，以便应对不断增加的严格要求，同时还要减少设计时间。以前，很多嵌入式系统只有一个CPU，所以系统设计人员必须依赖CPU时钟速率的提升，向多核系统转移以及其它方面革新，以期实现复杂应用所要求的处理能力。

现在，更多的系统设计人员，开始向具有多个不同处理单元的计算架构转移，以便在计算能力、延迟、灵活性、费用和其它因素之间实现最佳的平衡。异构计算架构具有上述优点，使得在先进设备应用中使用高性能嵌入式系统成为可能。

缩短设计周期、设计具有更多功能、更复杂设备的需求，已经彻底的改变了设计方法。设计工具能够提供前所未有的灵活性和速度。前几年只能用于高端研究工作的算法和工具，现在已经逐步应用于工业市场领域，而且在软硬件设计中，其功能也在不断增加。

四、智能环网成套柜

立络电气核心技术是在不断“试错”过程中的积累经验教训。

公司在智能装备制造和创新能力的增长过程中，企业不断积累自主研发经验的经历，不仅是通向“颠覆性创新”的必由之路，更是学习、吸收外部技术和知识的最佳方式。

所谓“核心技术”是一种记录研发过程中“试错”数据的经验性知识管理体系，它以获得并保持市场份额为目的、以既有产品开发平台为依托、以试验试制活动为积累手段，并以汲取内外部资源作为产品的改进策略。

智能环网柜主要有2 种不同的名称：

10kV-20kV SF6全绝缘断路器柜自动化成套设备

10kV-20kV SF6全绝缘四回智能环网成套柜

2种开关操作结构 负荷开关和断路器型

1、增加了成套开关的功能，如一二次设备整体融合等，使操作变得极为简单。

2、缩短了产品生产周期，优化的配件供应链链。通过装备出厂检验流程简化，提高装备参数定位精度和操作定位精度。

3、能够在工厂设计出不同功能的定制样品，省去了现场调试安装时间，从而减少了设备的整体故障率。

4、由于机械结构变得简单了，可以更有利于提高成套装备的模块化装配工艺水平。

5、成套设备可以按照不同的功能联系进行二次组合，结构设计实现典型化模块，更利于实施模块化设计及制造。

6、模拟仿真实验

（1）、仿真环境搭建

开发环境：开发环境是程序手专门用于开发的服务器配置，可以根据规模需要能比较随意搭配， 为了开发调试方便，一般打开全部错误报告记录。

测试环境：是克隆一份生产环境的配置，一个程序在测试环境工作不正常，那么肯定不能把它发布到生产机上。

生产环境：是指正式提供对外服务的，一般会关掉错误报告，打开错误日志。可以理解为包含所有的功能的环境，任何项目所使用的环境都以这个为基础，然后根据客户的个性化需求来做调整或者修改。

三个环境也可以说是系统开发的三个阶段：开发->测试->上线，其中生产环境也就是通常说的真实环境。

UserAcceptance Test用户满意环境：指用户接受度测试 即验收测试，所以UAT环境主要是用来作为客户体验的环境。

仿真环境：顾名思义是和真正使用的环境一样的环境（即已经出售给客户的系统所在环境，也成为商用环境），所有的配置，页面展示等都应该和商家正在使用的一样，差别只在环境的性能方面。

1）仿真过程的重要性；

2）仿真流程；

3）仿真平台的搭建

4）测试用例的设计

5）仿真过程的重要性；

6）仿真流程；

7）仿真平台的搭建

8）测试用例的设计

《百度》 环境仿真试验 (environment simulation test) 模仿各种环境因素作用的试验。主要用于研究各种环境因素对材料、元件、结构、机械、设备和人员等的影响。它在生产和科学研究中有广泛的应用，是提高产品在恶劣环境和特殊环境下工作可靠性的重要手段，又是人类进行科学研究、科学探索有开发所不可缺少的工具。

环境因素包括自然的和人为的两类。

1、自然环境指地球（地面、地下、水面、水下、大气）和空间（星际空间与天体）自然形成的环境；

2、人为环境指人工形成的环境。环境仿真试验模仿的环境因素主要有极端压力（真空、高压）、 磁场、电场。

（1）、环境仿真试验就是在上述的一种或几种模仿的环境因素下进行试验。环境仿真是半实物仿真系统和人在回路仿真系统的重要组成部分。半实物仿真系统中的环境仿真为传感器、探测器提供信息，人在回路仿真系统中的环境仿真为参与者提供视觉、听觉、触觉（力反馈）、运动等感觉。

（2）、摸拟信号发生器研制

模拟器可模拟真实目标信号的环境噪声等信息，电力通道信号间具有幅度差、相位差和时间差。电网数据信号发生器真实模拟电网各种信号包括故障信号。满足在智能电网控制系统研发、维护阶段的系统测试需求，大大地缩短了智能环网成套柜的研发周期，使其能很快发挥作用。对于已使用的智能环网成套柜，模拟信号发生器可对其进行定期测试维护，以便提前发现可能存在的故障。