電氣自動化的發展前景論文
電氣自動化的發展前景論文【1】
摘 要 本文闡述了國內電氣自動化的現狀，并結合國外的一些新發展，對其發展狀況進行了展望。
關鍵詞 電氣自動化 發展現狀 趨勢
1 電氣自動化概述
電氣自動化運用電力電子技術、微機控制技術和計算機網絡技術來實現電氣自動控制，以計算機技術實現程序控制，并且通過系統集成實現自動控制電力系統和運行維護功能。
其明顯特征是集成化、智能化和綜合化、故障反映迅速自動化。
電氣自動化范圍較廣，包括配電自動化、變電站自動化、饋線自動化。
配電自動化包括配電系統所有硬件設施和控制流程，通過輸電、配電和用電實現配電自動化流程。
變電站自動化通過饋電自動化實現系統監控和管理。
而饋電自動化方面，則是高度集成化，除了常規的遙測、遙信和遙控，包括自動重合閘、饋線故障監測、電能質量等監測，還集成了斷路器監視功能，逐步發展成為智能化開關。
2 電氣自動化發展史
伴隨著電子技術和信息技術的飛速發展，電氣自動化已經走出了工廠，并且在辦公、交通等多個領域得到了廣泛的應用。
(1)全控型電力電子開關時期。
在上個世紀五十年代晶閘管出現，標志了運動控制新紀元的開始。
繼后出現了交流變頻技術和全控制式器件GTR等，即電力電子器件第二代。
第三代器件包括IGBT和MGT這類復合型電力電子器件。
而第四代器件則由功率集成電路PIC構成。
(2)電路低頻向高頻發展。
隨著電力電子器件的更新，變換器電路也隨之改變。
在普通晶閘管時期，整流控制主要由直流傳動變換器完成。
交流變頻傳動由交-直-交變頻器完成。
在第二代時期，PWM變換器得到廣泛的應用。
PWM技術可以提高工作效率，并且減少高次諧波對電網的影響，可以改善電動機低頻轉矩脈動問題。
(3)交流調速理論發展。
德國學者FBlasche提出了交流電機磁場定向遠離市，并得到德國大學教授Depenbrock的繼承和發展。
教授D繼FBlasche提出了直接轉矩控制思想，并將它推廣到了弱磁調速范圍。
這一控制思想具有結構簡單、思想新穎、信號處理物理概念明確的特點，屬于高靜動態性能的新型交流調速方法。
(4)通用變頻時期。
通用變頻器是一種系列化、批量化和占市場量最大的中小功率變頻器，經歷了由普通功能型U/F控制型到高功能U/F型再到高動態性能適量控制型的發展過程。
(5)單片機發展。
由于占主導地位的MCS-51單片機的8位機功能簡單，指令短小，后來就有了適合大批量生產的PIC系列單片機的推廣和使用，其可靠性和保密性都非常高。
3 國內電氣自動化現狀
3.1 平臺開放式發展
OPC技術的出現，Microsoft Windows平臺的廣泛應用和IEC61131的頒布，為電氣技術的發展奠定了良好基礎。
基于PC技術的人機界面已經成為主流趨勢，而基于PC技術的控制系統具有靈活和易于集成特點也正在被廣泛的采納和應用。
3.2 現場總線和分布式控制技術
現場總線是一種串行的連接智能設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸分支結構的通訊總線。
包括位于中央控制室內的計算機、監視控制軟件和PLC的CPU以及位于現場的遠程的I/O站、智能儀表、低壓斷路器和變頻器等構成，中央控制室和現場通過一根串行電纜連接，并且將這些現場設備的大量信息采集傳輸到中央控制室。
而信息化技術的發展必將導致基于網絡集成自動化系統的基礎信息系統的發展。
3.3 IT技術與電氣自動化
市場需求的發展促進了電氣自動化和IT技術平臺的融合，信息技術對工業的影響主要分兩個方面：一是縱向滲透管理層;二是橫向擴展到自動化的設備、機器和系統中。
其中，信息技術縱向滲透能夠幫助企業對當前生產數據進行實時的存取，提高管理數據處理系統工作效率。
橫向，信息技術已經滲透到了產品的所有層面，包含傳感器和執行器，也包含控制器和儀表。
4 國外電氣自動化發展新方向
法國ICC技術又稱用戶通信接口試驗，能夠實現實時讀表、停電控制和遠程管理功能，并且能夠幫助廣大用戶群眾實時了解電價，為用戶實現用電優化管理提供了條件。
優化用電是指用戶根據實時電價制度，合理選著自己的用電設備和用電時間段，或者是在不同時間段用部分設備。
意大利開發了家庭用電智能助理，借助用戶的電視機實現供電信息實時顯示和控制，便于供電服務信息隨時查詢。
這不僅便利了居民的生活，同時便于供、用雙方互動，供方可以記住此平臺向用戶發布各類通知，并且幫助用方進行節能降耗方案建議，用方不僅可以得到實時的電價信息和供電服務，還可以從中節約用電，減少經濟消耗。
這種功能的實現還可以節能減耗，保護環境。
西班牙和法國共同研發的系統，可以幫助家庭優化電能應用和管理，它借助部分咨詢配置機和用電能量管理系統實現對用戶提供最優配置建議和削峰填谷功能。
它可以根據不同用戶的生活習慣和要求，為不同用戶提供既優化經濟又舒適滿意的用電建議。
國外這些先進、人性化的設備代表了現代電氣自動化實時性、自動化和管理功能發展的方向，這可以改進供電可靠性和電能質量，還可以對用戶的供電服務質量，在未來高科技社會中將有優越的經濟性和良好的社會綜合效益。
5 電氣自動化發展趨勢
未來電氣自動化的發展趨勢具有分布式、開放式和信息化三大特點。
分布式是指能夠確保網絡中每個智能的模塊都能夠獨立工作的網絡結構，能夠完成系統危險分散的功能;開放化是指系統具有與外界聯通的接口，能夠實現系統與外界網絡系統的連接功能;信息化則是指系統信息具有綜合處理能力，實現與網絡技術相結合的網絡自動化和管理控制一體化。
(1)系統監控綜合化。
現代電氣設備逐步向通用化、模塊化及系列化發展，能夠實現組態靈活特點。
由于計算機技術的所有功能都能夠通過屏幕軟件按鈕直接完成，系統監控的綜合化得到很大提高。
采用綜合化監控，能夠完成雙重或者多重的冗余，可以為系統改善和可靠性提高做出貢獻。
(2)系統網絡化。
為了提高系統的可靠性，控制網絡大多采用冗余結構，能夠完成數字化和高效自動化代替繁瑣復雜的人工操作，大大提高了工作效率，減輕了工作人員的工作量，改善了工作人員的工作環境。
同時，高度自動化還能夠減少頻繁操作，減少誤操作率，進一步提高系統可靠性。
(3)系統人性化。
伴隨交互式網絡發展，供用雙方信息互動更為方便。
通過人性化、自動化的電氣自動裝置，供方能夠實時了解用方信息，為用方提供更加實用、經濟、安全的用電建議，也可以更多的掌握用戶用電信息，為系統的穩定可靠運行提供數據。
用方可以借助高科技的技術，更加詳細的了解自己的用電情況，結合供方信息，改善個人生活舒適度，提高生活經濟性。
6 結語
電氣自動化技術雖然已經廣泛應用，并深入到國民經濟各個領域，但它仍然在不斷革新和發展。
在市場競爭越來越激烈的形勢下，為了在經濟上取得利益，我們必須積極吸取先進的經驗和技術，為實現自主研發創造條件。
參考文獻
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電氣自動化的發展【2】
一、電氣自動化的發展現狀
1.平臺開放式發展。
(1)IEC61131國際標準使得編程接口標準化。
現階段,世界上眾多PLC廠商生產的近四百種PLC產品,在編程語言和表達方式上迥異。
為了使IEC61131標準適用于不同的PLC產品,又能為 PLC制造廠商所接受和支持,IEC61131-3規定了二大類編程語言即文本化編程語言和圖形化編程語言。
前者包括指令清單語 言(IL)和結構化文本語言(ST);后者則有梯形圖語言(LD)和功能塊圖語言(FBD)。
在標準的文本中沒有把順序功能圖(SFC)單獨列入編程語言,而是將它在公用元素中予以規范。
不論在文本化語言中,或者在圖形化語言中,都可以運用SFC的概念、句法和語法。
結構化的編程方式使得程序更易管理,也提高了代碼的使用效率,縮短了程序編程的周期。
(2)Windows正成為事實上的工控標準平臺。
微軟的技術如Windows NT、Windows CE和Internet Explore已經正在成為工業控制的標準平臺、語言和規范。
PC和網絡技術已經在商業和企業管理中得到普及。
在工業自動化領域,基于PC的人機界面已經成為主流,基于PC的控制系統以其靈活性和易于集成的特點正在被更多的用戶所采納。
2.現場總線和分布式控制系統的應用。
隨著DCS在企業實踐中的應用,其缺點日益突出。
主要表現在:(1)DCS是一種數字-模擬混合系統,DCS現場儀表仍為傳統模擬儀表,可靠性差,安裝維護成本高;(2)互換性差,各大廠商之間沒有統一的協議標準,使用與維修困難;(3)價格昂貴。
信息技術的飛速發展推動了自動化系統結構的變革,逐步形成了以網絡集成自動化系統為基礎的信息系統,于是,現場總線技術應運而生。
現場總線控制系統在設計更具目的性,它是工廠底層設備之間的通信網絡,為底層設備信息及生產過程信息集成提供了通信平臺。
對于不同的間隔可以有不同的功能,這樣可以根據間隔的不同情況進行設計。
工廠底層應用現場總線技術實現從管理層到自動化底層的數據存取,現場總線的介質訪問控制方式可滿足工業控制網絡的要求。
和DCS相比,除了具有節省安裝費用、節約材料、可靠性高、組態靈活等優點外,還可以節省大量控制電纜,節約投資和安裝維護工作量,從而降低成本。
3.IT技術與電氣自動化。
PC、客戶機/服務器體系結構、以網和Internet技術引發了電氣自動化的一次又一次革命。
正是市場的需求驅動著自動化和IT平臺的融合,電子商務的普及將加速著這一過程。
信息技術對工業世界的滲透來自于兩個獨立的方向:一是從管理層縱向的滲透。
企業的業務數據處理系統要對當前生產過程的數據進行實時的存取;另一方面信息技術橫向擴展到自動化的設備、機器和系統中。
信息技術已滲透到產品所有的層面,不僅包括傳感器和執行器,而且包括控制器和儀表。
Internet/Intranet技術和多媒體技術在自動化領域有著廣泛的應用前景。
企業的管理層利用標準的瀏覽器可以存取企業的財務、人事等管理數據,也可以對當前生產過程的動態畫面進行監控,在第一時間了解最全面和準確的生產信息。
虛擬現實技術和視頻處理技術的應用,將對未來的自動化產品,如人機界面和設備維護系統的設計產生直接的影響。
信息技術革命的原動力是微電子和微處理器的發展,隨著微電子和微處理器技術應用的增加,原本定義明確的設備界線,如PLC、控制設備和控制系統變的模糊了。
相對應的軟件結構、通訊能力及易于使用和統一的組態環境變得重要了。
軟件的重要性在不斷提高。
二、電氣自動化的發展策略
1.采用統一的系統開發平臺。
統一的系統開發平臺應當可以支持一個逢動化項目周期中的設計、實施和測試、調試和開機、運行及維護等各個階段和環節,這樣可以大大降低從設計到完成的時間和費用。
統一的系統開發平臺還應滿足用戶另一個重要需求即開發平臺的獨立于最終的運行平臺。
根據項目的特點和最終用戶的需求決定將統一的運行代碼不載到硬件PLC、基于WindowsNT的軟件PLC、嵌入式NT系統還是基于WindowsCE的控制系統中。
在這方面,基于PC的自動化產品滿足了以上需求。
2.通用的網絡結構。
一個成功的自動化系統離不開通用的網絡結構。
任何企業的網絡結構對于設備控制、監督系統、企業管理系統之間的數據通訊暢通無阻必須予以保證。
數據添加和整理工作結束后,要對中心管理機和其他通訊管理機進行網絡通訊配置,以便系統能夠協調工作,傳送正確數據。
虛擬現實技術和視頻處理技術的應用,將對未來的自動化產品產生直接的影響。
3.標準化的程序接口。
成功的自動化系統的另一個重要因素在于標準化的程序接口。
基于Microsoft的標準和技術,如Windows2000、OPC、ActiveX和WindowsCE,減少了工程時間和費用,方便了自動化系統和辦公系統的數據交換與共享。
在與企業的MES系統、ERP系統連接時,基于PC平臺的自動化解決方案意義非同尋常。
使用WindowsNT/Windows2000作為操作系統,使用TCP/IP作為辦公環境的通訊標準,PC可以在自動控制和管理平臺之間建立一種最好的接口。
標準化的程序接口還保證了不同廠家的軟硬件產品的交換,不需擔心它們之間的通訊問題。
參考文獻
[1]譚濤.現場總線及其所組成的控制系統[J].能源研究與管理.2010(2)
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