電氣自動(dòng)化的發(fā)展前景論文
電氣自動(dòng)化的發(fā)展前景論文【1】
摘 要 本文闡述了國內電氣自動(dòng)化的現狀，并結合國外的一些新發(fā)展，對其發(fā)展狀況進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞 電氣自動(dòng)化 發(fā)展現狀 趨勢
1 電氣自動(dòng)化概述
電氣自動(dòng)化運用電力電子技術(shù)、微機控制技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)實(shí)現電氣自動(dòng)控制，以計算機技術(shù)實(shí)現程序控制，并且通過(guò)系統集成實(shí)現自動(dòng)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(dòng)化。
電氣自動(dòng)化范圍較廣，包括配電自動(dòng)化、變電站自動(dòng)化、饋線(xiàn)自動(dòng)化。
配電自動(dòng)化包括配電系統所有硬件設施和控制流程，通過(guò)輸電、配電和用電實(shí)現配電自動(dòng)化流程。
變電站自動(dòng)化通過(guò)饋電自動(dòng)化實(shí)現系統監控和管理。
而饋電自動(dòng)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(dòng)重合閘、饋線(xiàn)故障監測、電能質(zhì)量等監測，還集成了斷路器監視功能，逐步發(fā)展成為智能化開(kāi)關(guān)。
2 電氣自動(dòng)化發(fā)展史
伴隨著(zhù)電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電氣自動(dòng)化已經(jīng)走出了工廠(chǎng)，并且在辦公、交通等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用。
(1)全控型電力電子開(kāi)關(guān)時(shí)期。
在上個(gè)世紀五十年代晶閘管出現，標志了運動(dòng)控制新紀元的開(kāi)始。
繼后出現了交流變頻技術(shù)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(lèi)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(fā)展。
隨著(zhù)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(shí)期，整流控制主要由直流傳動(dòng)變換器完成。
交流變頻傳動(dòng)由交-直-交變頻器完成。
在第二代時(shí)期，PWM變換器得到廣泛的應用。
PWM技術(shù)可以提高工作效率，并且減少高次諧波對電網(wǎng)的影響，可以改善電動(dòng)機低頻轉矩脈動(dòng)問(wèn)題。
(3)交流調速理論發(fā)展。
德國學(xué)者FBlasche提出了交流電機磁場(chǎng)定向遠離市，并得到德國大學(xué)教授Depenbrock的繼承和發(fā)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(jiǎn)單、思想新穎、信號處理物理概念明確的特點(diǎn)，屬于高靜動(dòng)態(tài)性能的新型交流調速方法。
(4)通用變頻時(shí)期。
通用變頻器是一種系列化、批量化和占市場(chǎng)量最大的中小功率變頻器，經(jīng)歷了由普通功能型U/F控制型到高功能U/F型再到高動(dòng)態(tài)性能適量控制型的發(fā)展過(guò)程。
(5)單片機發(fā)展。
由于占主導地位的MCS-51單片機的8位機功能簡(jiǎn)單，指令短小，后來(lái)就有了適合大批量生產(chǎn)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(dòng)化現狀
3.1 平臺開(kāi)放式發(fā)展
OPC技術(shù)的出現，Microsoft Windows平臺的廣泛應用和IEC61131的頒布，為電氣技術(shù)的發(fā)展奠定了良好基礎。
基于PC技術(shù)的人機界面已經(jīng)成為主流趨勢，而基于PC技術(shù)的控制系統具有靈活和易于集成特點(diǎn)也正在被廣泛的采納和應用。
3.2 現場(chǎng)總線(xiàn)和分布式控制技術(shù)
現場(chǎng)總線(xiàn)是一種串行的連接智能設備和自動(dòng)化系統的數字式、雙向傳輸分支結構的通訊總線(xiàn)。
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(chǎng)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(chǎng)通過(guò)一根串行電纜連接，并且將這些現場(chǎng)設備的大量信息采集傳輸到中央控制室。
而信息化技術(shù)的發(fā)展必將導致基于網(wǎng)絡(luò )集成自動(dòng)化系統的基礎信息系統的發(fā)展。
3.3 IT技術(shù)與電氣自動(dòng)化
市場(chǎng)需求的發(fā)展促進(jìn)了電氣自動(dòng)化和IT技術(shù)平臺的融合，信息技術(shù)對工業(yè)的影響主要分兩個(gè)方面：一是縱向滲透管理層;二是橫向擴展到自動(dòng)化的設備、機器和系統中。
其中，信息技術(shù)縱向滲透能夠幫助企業(yè)對當前生產(chǎn)數據進(jìn)行實(shí)時(shí)的存取，提高管理數據處理系統工作效率。
橫向，信息技術(shù)已經(jīng)滲透到了產(chǎn)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(dòng)化發(fā)展新方向
法國ICC技術(shù)又稱(chēng)用戶(hù)通信接口試驗，能夠實(shí)現實(shí)時(shí)讀表、停電控制和遠程管理功能，并且能夠幫助廣大用戶(hù)群眾實(shí)時(shí)了解電價(jià)，為用戶(hù)實(shí)現用電優(yōu)化管理提供了條件。
優(yōu)化用電是指用戶(hù)根據實(shí)時(shí)電價(jià)制度，合理選著(zhù)自己的用電設備和用電時(shí)間段，或者是在不同時(shí)間段用部分設備。
意大利開(kāi)發(fā)了家庭用電智能助理，借助用戶(hù)的電視機實(shí)現供電信息實(shí)時(shí)顯示和控制，便于供電服務(wù)信息隨時(shí)查詢(xún)。
這不僅便利了居民的生活，同時(shí)便于供、用雙方互動(dòng)，供方可以記住此平臺向用戶(hù)發(fā)布各類(lèi)通知，并且幫助用方進(jìn)行節能降耗方案建議，用方不僅可以得到實(shí)時(shí)的電價(jià)信息和供電服務(wù)，還可以從中節約用電，減少經(jīng)濟消耗。
這種功能的實(shí)現還可以節能減耗，保護環(huán)境。
西班牙和法國共同研發(fā)的系統，可以幫助家庭優(yōu)化電能應用和管理，它借助部分咨詢(xún)配置機和用電能量管理系統實(shí)現對用戶(hù)提供最優(yōu)配置建議和削峰填谷功能。
它可以根據不同用戶(hù)的生活習慣和要求，為不同用戶(hù)提供既優(yōu)化經(jīng)濟又舒適滿(mǎn)意的用電建議。
國外這些先進(jìn)、人性化的設備代表了現代電氣自動(dòng)化實(shí)時(shí)性、自動(dòng)化和管理功能發(fā)展的方向，這可以改進(jìn)供電可靠性和電能質(zhì)量，還可以對用戶(hù)的供電服務(wù)質(zhì)量，在未來(lái)高科技社會(huì )中將有優(yōu)越的經(jīng)濟性和良好的社會(huì )綜合效益。
5 電氣自動(dòng)化發(fā)展趨勢
未來(lái)電氣自動(dòng)化的發(fā)展趨勢具有分布式、開(kāi)放式和信息化三大特點(diǎn)。
分布式是指能夠確保網(wǎng)絡(luò )中每個(gè)智能的模塊都能夠獨立工作的網(wǎng)絡(luò )結構，能夠完成系統危險分散的功能;開(kāi)放化是指系統具有與外界聯(lián)通的接口，能夠實(shí)現系統與外界網(wǎng)絡(luò )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(shí)現與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)相結合的網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)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(fā)展，能夠實(shí)現組態(tài)靈活特點(diǎn)。
由于計算機技術(shù)的所有功能都能夠通過(guò)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(wǎng)絡(luò )化。
為了提高系統的可靠性，控制網(wǎng)絡(luò )大多采用冗余結構，能夠完成數字化和高效自動(dòng)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(huán)境。
同時(shí)，高度自動(dòng)化還能夠減少頻繁操作，減少誤操作率，進(jìn)一步提高系統可靠性。
(3)系統人性化。
伴隨交互式網(wǎng)絡(luò )發(fā)展，供用雙方信息互動(dòng)更為方便。
通過(guò)人性化、自動(dòng)化的電氣自動(dòng)裝置，供方能夠實(shí)時(shí)了解用方信息，為用方提供更加實(shí)用、經(jīng)濟、安全的用電建議，也可以更多的掌握用戶(hù)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(shù)，更加詳細的了解自己的用電情況，結合供方信息，改善個(gè)人生活舒適度，提高生活經(jīng)濟性。
6 結語(yǔ)
電氣自動(dòng)化技術(shù)雖然已經(jīng)廣泛應用，并深入到國民經(jīng)濟各個(gè)領(lǐng)域，但它仍然在不斷革新和發(fā)展。
在市場(chǎng)競爭越來(lái)越激烈的形勢下，為了在經(jīng)濟上取得利益，我們必須積極吸取先進(jìn)的經(jīng)驗和技術(shù)，為實(shí)現自主研發(fā)創(chuàng )造條件。
參考文獻
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電氣自動(dòng)化的發(fā)展【2】
一、電氣自動(dòng)化的發(fā)展現狀
1.平臺開(kāi)放式發(fā)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(chǎng)商生產(chǎn)的近四百種PLC產(chǎn)品,在編程語(yǔ)言和表達方式上迥異。
為了使IEC61131標準適用于不同的PLC產(chǎn)品,又能為 PLC制造廠(chǎng)商所接受和支持,IEC61131-3規定了二大類(lèi)編程語(yǔ)言即文本化編程語(yǔ)言和圖形化編程語(yǔ)言。
前者包括指令清單語(yǔ) 言(IL)和結構化文本語(yǔ)言(ST);后者則有梯形圖語(yǔ)言(LD)和功能塊圖語(yǔ)言(FBD)。
在標準的文本中沒(méi)有把順序功能圖(SFC)單獨列入編程語(yǔ)言,而是將它在公用元素中予以規范。
不論在文本化語(yǔ)言中,或者在圖形化語(yǔ)言中,都可以運用SFC的概念、句法和語(yǔ)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(shí)上的工控標準平臺。
微軟的技術(shù)如Windows NT、Windows CE和Internet Explore已經(jīng)正在成為工業(yè)控制的標準平臺、語(yǔ)言和規范。
PC和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)已經(jīng)在商業(yè)和企業(yè)管理中得到普及。
在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域,基于PC的人機界面已經(jīng)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(diǎn)正在被更多的用戶(hù)所采納。
2.現場(chǎng)總線(xiàn)和分布式控制系統的應用。
隨著(zhù)DCS在企業(yè)實(shí)踐中的應用,其缺點(diǎn)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(chǎng)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(chǎng)商之間沒(méi)有統一的協(xié)議標準,使用與維修困難;(3)價(jià)格昂貴。
信息技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)了自動(dòng)化系統結構的變革,逐步形成了以網(wǎng)絡(luò )集成自動(dòng)化系統為基礎的信息系統,于是,現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應運而生。
現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統在設計更具目的性,它是工廠(chǎng)底層設備之間的通信網(wǎng)絡(luò ),為底層設備信息及生產(chǎn)過(guò)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(jìn)行設計。
工廠(chǎng)底層應用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現從管理層到自動(dòng)化底層的數據存取,現場(chǎng)總線(xiàn)的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方式可滿(mǎn)足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )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(tài)靈活等優(yōu)點(diǎn)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(shù)與電氣自動(dòng)化。
PC、客戶(hù)機/服務(wù)器體系結構、以網(wǎng)和Internet技術(shù)引發(fā)了電氣自動(dòng)化的一次又一次革命。
正是市場(chǎng)的需求驅動(dòng)著(zhù)自動(dòng)化和IT平臺的融合,電子商務(wù)的普及將加速著(zhù)這一過(guò)程。
信息技術(shù)對工業(yè)世界的滲透來(lái)自于兩個(gè)獨立的方向:一是從管理層縱向的滲透。
企業(yè)的業(yè)務(wù)數據處理系統要對當前生產(chǎn)過(guò)程的數據進(jìn)行實(shí)時(shí)的存取;另一方面信息技術(shù)橫向擴展到自動(dòng)化的設備、機器和系統中。
信息技術(shù)已滲透到產(chǎn)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(shù)和多媒體技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用前景。
企業(yè)的管理層利用標準的瀏覽器可以存取企業(yè)的財務(wù)、人事等管理數據,也可以對當前生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)畫(huà)面進(jìn)行監控,在第一時(shí)間了解最全面和準確的生產(chǎn)信息。
虛擬現實(shí)技術(shù)和視頻處理技術(shù)的應用,將對未來(lái)的自動(dòng)化產(chǎn)品,如人機界面和設備維護系統的設計產(chǎn)生直接的影響。
信息技術(shù)革命的原動(dòng)力是微電子和微處理器的發(fā)展,隨著(zhù)微電子和微處理器技術(shù)應用的增加,原本定義明確的設備界線(xiàn),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(tài)環(huán)境變得重要了。
軟件的重要性在不斷提高。
二、電氣自動(dòng)化的發(fā)展策略
1.采用統一的系統開(kāi)發(fā)平臺。
統一的系統開(kāi)發(fā)平臺應當可以支持一個(gè)逢動(dòng)化項目周期中的設計、實(shí)施和測試、調試和開(kāi)機、運行及維護等各個(gè)階段和環(huán)節,這樣可以大大降低從設計到完成的時(shí)間和費用。
統一的系統開(kāi)發(fā)平臺還應滿(mǎn)足用戶(hù)另一個(gè)重要需求即開(kāi)發(fā)平臺的獨立于最終的運行平臺。
根據項目的特點(diǎn)和最終用戶(hù)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(dòng)化產(chǎn)品滿(mǎn)足了以上需求。
2.通用的網(wǎng)絡(luò )結構。
一個(gè)成功的自動(dòng)化系統離不開(kāi)通用的網(wǎng)絡(luò )結構。
任何企業(yè)的網(wǎng)絡(luò )結構對于設備控制、監督系統、企業(yè)管理系統之間的數據通訊暢通無(wú)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通訊配置,以便系統能夠協(xié)調工作,傳送正確數據。
虛擬現實(shí)技術(shù)和視頻處理技術(shù)的應用,將對未來(lái)的自動(dòng)化產(chǎn)品產(chǎn)生直接的影響。
3.標準化的程序接口。
成功的自動(dòng)化系統的另一個(gè)重要因素在于標準化的程序接口。
基于Microsoft的標準和技術(shù),如Windows2000、OPC、ActiveX和WindowsCE,減少了工程時(shí)間和費用,方便了自動(dòng)化系統和辦公系統的數據交換與共享。
在與企業(yè)的MES系統、ERP系統連接時(shí),基于PC平臺的自動(dòng)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(huán)境的通訊標準,PC可以在自動(dòng)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(chǎng)家的軟硬件產(chǎn)品的交換,不需擔心它們之間的通訊問(wèn)題。
參考文獻
[1]譚濤.現場(chǎng)總線(xiàn)及其所組成的控制系統[J].能源研究與管理.2010(2)
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