對電氣自動化控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行分析

宋雙

【摘要】本文探討了電氣自動化控制系統(tǒng)技術(shù)的一些現(xiàn)狀，并對電氣自動化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】電氣自動化 控制技術(shù) 發(fā)展

一、電氣自動化的發(fā)展歷程、影響因素和現(xiàn)狀

（一）發(fā)展歷程

電氣自動化技術(shù)是與電子和信息技術(shù)緊密結(jié)合在一起的一門電氣工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)科，隨著電子技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)、智能控制的飛速發(fā)展，使得電氣自動化經(jīng)歷了從無到有、從發(fā)展到成熟的過程。

在20世紀(jì)50年代，“自動化”一詞被提出，電力、電機(jī)等產(chǎn)品的出現(xiàn)催生了電氣自動化，而繼電器和接觸器的出現(xiàn)及應(yīng)用使得機(jī)器可以按照人的意志和設(shè)定來完成事先安排好的判斷和邏輯功能，促使了電氣自動化的發(fā)展變革；在20世紀(jì)60年代，現(xiàn)代控制理論的提出和計算機(jī)的應(yīng)用推進(jìn)了自動控制和信息處理的結(jié)合進(jìn)程，自動化進(jìn)入綜合自動化階段，可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制與管理的有效優(yōu)化，電氣自動化得到了質(zhì)的飛躍；在20世紀(jì)70年代，隨著通訊、IT、微電子等技術(shù)的快速發(fā)展，自動化對象逐漸延伸為大型復(fù)雜的系統(tǒng)，出現(xiàn)許多問題難以借助現(xiàn)代控制理論予以解決，通過研究這些問題使自動化理論和手段實現(xiàn)了革新，產(chǎn)生了綜合利用系統(tǒng)工程、計算機(jī)、人工智能、通信技術(shù)等高新技術(shù)，應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)的高級自動化系統(tǒng)，促進(jìn)了電氣自動化的快速發(fā)展；從20世紀(jì)80年代開始，電氣自動化得到快速發(fā)展，目前已經(jīng)較為成熟，電氣自動化己是高新技術(shù)的重要組成部分，在工業(yè)、國防、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，極大地促進(jìn)了人工智能、航空航天、交通、制造技術(shù)等諸多領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要的作用。

（二）影響因素

電子自動化的發(fā)展受信息技術(shù)、物理科學(xué)影響，其中信息技術(shù)起著決定性的影響。信息技術(shù)的發(fā)展受電氣自動化發(fā)展的影響，與此同時信息技術(shù)的發(fā)展也為電氣自動化發(fā)展提供必要的工具基礎(chǔ)。除此之外，物理科學(xué)的發(fā)展對電氣自動化發(fā)展也起著一定的推動作用，三極管、大規(guī)模集成電路等技術(shù)的發(fā)展極大地促進(jìn)了電氣自動化的進(jìn)步，未來電氣自動化將在緊密聯(lián)系物理科學(xué)的同時逐步向生物系統(tǒng)、微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域拓展。

（三）現(xiàn)狀

首先，電氣自動化系統(tǒng)信息化。信息技術(shù)在縱向和橫向上向電氣自動化進(jìn)行滲透，縱向上，信息技術(shù)從管理層面對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行滲透，利用信息技術(shù)可以有效存取財務(wù)等管理數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)過程動態(tài)監(jiān)控，實時掌握生產(chǎn)信息并確保信息的全面、完整和準(zhǔn)確；橫向上，信息技術(shù)對設(shè)備、系統(tǒng)等進(jìn)行滲透，微電子等技術(shù)的應(yīng)用使控制系統(tǒng)，PLC等設(shè)備界線從定義明確逐漸變得模糊，而軟件結(jié)構(gòu)、組態(tài)環(huán)境、通訊能力等的作用日益凸顯，網(wǎng)絡(luò)、多媒體等技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。

其次，電氣自動化系統(tǒng)使用、維護(hù)與檢修簡易化。Windows NT等已經(jīng)成為實施電氣自動化控制平臺、規(guī)范以及語言的標(biāo)準(zhǔn)，基于Windows的人機(jī)界面成為了電氣自動化的主流，并且基于Win-dows的控制系統(tǒng)有著靈活、易于集成等優(yōu)勢，也得到了廣泛的應(yīng)用。采用Windows操作平臺使得電氣自動化系統(tǒng)的使用、維護(hù)和檢修更加簡單、方便。

最后，實現(xiàn)分布式控制應(yīng)用。電氣自動化系統(tǒng)通過串行電纜連接中央控制室、PLC、現(xiàn)場，將工業(yè)計算機(jī)、PLC的CPU、遠(yuǎn)程I/O站、智能儀表、低壓斷路器、變頻器、馬達(dá)啟動器等連接，將現(xiàn)場設(shè)備的信息收集到中央控制器。

二、電氣自動化控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、功能和設(shè)計理念

（一）特點(diǎn)

與熱機(jī)設(shè)備相比，電氣控制系統(tǒng)的控制對象少、信息量小、操作頻率低，但具有快速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢。由于電氣設(shè)備要求較高的保護(hù)自動裝置可靠性和快速反應(yīng)能力以及較高的抗干擾能力，電氣控制系統(tǒng)具有較多連鎖保護(hù)，能夠滿足有效控制的要求。

（二）功能

基于電氣控制的特點(diǎn)，電氣自動化控制系統(tǒng)要實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)一變壓器組等電氣系統(tǒng)的有效控制，必須具備以下的基本功能：發(fā)電機(jī)一變壓器組出口隔離開關(guān)及斷路器的有效控制和操作；發(fā)電機(jī)一變壓器組、勵磁變壓器、高變保護(hù)控制；發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)起勵操作、滅磁操作、增減磁操作、穩(wěn)定器投退、控制方式切換；開關(guān)自動、手動同期并網(wǎng)；高壓電源監(jiān)視和操作及切換裝置的監(jiān)視、啟動、投退等；低壓電源監(jiān)視和操作及自投裝置控制；高壓變壓器控制及操作；發(fā)電機(jī)組控制及操作；LPS、直流系統(tǒng)監(jiān)視等等。

（三）設(shè)計理念

電氣自動化控制系統(tǒng)主要有集中監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控、現(xiàn)場總線監(jiān)控3種設(shè)計方式。集中監(jiān)控方式的特點(diǎn)是由一個處理器集中系統(tǒng)功能進(jìn)行處理，優(yōu)勢是設(shè)計簡單、防護(hù)要求較低、運(yùn)行維護(hù)方便。由于處理器工作量過于繁重，導(dǎo)致處理速度較低，對全部電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控將導(dǎo)致主機(jī)冗余降低、電纜數(shù)量增多，導(dǎo)致投資加大，而且長距離電纜干擾也會影響系統(tǒng)，隔離刀閘、斷路器采用硬連接也容易產(chǎn)生輔助接點(diǎn)不到位、查線不方便等問題，增大了誤操作的幾率。遠(yuǎn)程監(jiān)控方式有著組態(tài)靈活和節(jié)省電纜、安裝費(fèi)用、材料以及可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，由于電氣設(shè)備通訊量比較大，而Lonworks、CAN等各種現(xiàn)場總線通訊速度不高，該方式僅僅適用于小型系統(tǒng)的監(jiān)控，無法滿足大型電氣自動化系統(tǒng)的要求。由于現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)等技術(shù)的普遍應(yīng)用和相應(yīng)運(yùn)行經(jīng)驗的積累，智能化電氣設(shè)備得到了較快的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)逐漸應(yīng)用到電氣系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線監(jiān)控方式能夠針對電氣系統(tǒng)具體情況進(jìn)行設(shè)計，不僅具備遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的所有優(yōu)點(diǎn)，而且還節(jié)省模擬量變送器、隔離設(shè)備、I/O卡件等。另外，智能設(shè)備安裝簡便，可以節(jié)省控制電纜和相應(yīng)的投資及安裝工作量和維護(hù)工作量，成本更低。由于通過網(wǎng)絡(luò)相連的各裝置功能獨(dú)立，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)靈活，提高了系統(tǒng)可靠性，裝置故障不會影響其他裝置，更不會使系統(tǒng)癱瘓，是電氣自動化控制系統(tǒng)未來主要的發(fā)展方向。

三、電氣自動化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

PC客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)、以太網(wǎng)和Internet技術(shù)引發(fā)了電氣自動化的一次又一次革命，市場的需求驅(qū)動著自動化和IT平臺的融和，而電子商務(wù)的普及將加速這一過程。Internet/In-tranet技術(shù)和多媒體技術(shù)在自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，企業(yè)的管理層利用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器可以存取企業(yè)的財務(wù)等各方面的管理數(shù)據(jù)，也可以對當(dāng)前生產(chǎn)過程的動態(tài)畫面進(jìn)行監(jiān)控，在第一時間了解最全面和準(zhǔn)確的生產(chǎn)信息。虛擬現(xiàn)實技術(shù)和視頻處理技術(shù)的應(yīng)用，將對未來的自動化產(chǎn)品，如人機(jī)界面和設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計產(chǎn)生直接的影響，相對應(yīng)的軟件結(jié)構(gòu)、通訊能力及易于使用和統(tǒng)一的組態(tài)環(huán)境變得重要了，軟件的重要性在不斷提高，這種趨勢正從單一的設(shè)備轉(zhuǎn)向集成的系統(tǒng)。