電氣自動化原理及應(yīng)用

江曉波

摘要：作為一種全新的控制系統(tǒng)，目前電氣自動化技術(shù)已經(jīng)被廣泛普及，不過與西方發(fā)達國家相比，國內(nèi)對該技術(shù)的研究目前還處于起步時期，伴隨著相關(guān)理論以及實踐的不斷成熟，目前這項技術(shù)已經(jīng)與IT技術(shù)進行高度融合，從最初的集成控制逐漸過渡至智能化控制，這也是近幾年國內(nèi)科技發(fā)展的一種巨大成果。本文以此作為基礎(chǔ)，針對電氣自動化原理進行探究，同時對目前應(yīng)用情況以及未來發(fā)展趨勢進行詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：電氣自動化;原理;應(yīng)用

引言

作為現(xiàn)代化工業(yè)的一個重要標(biāo)志，電氣自動化為現(xiàn)代化科技的核心理念以及技術(shù)，電氣自動化發(fā)展的基礎(chǔ)為科技進步，以此為基礎(chǔ)為創(chuàng)建小康社會鋪平道路。電機自動化逐漸普及應(yīng)用之后，通過自動化技術(shù)能夠逐漸代替人工作業(yè)，在測試的時候可以提升準(zhǔn)確性，信息傳遞速度也在不斷加快，為現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)提供更多的技術(shù)支撐，同時也可以更好的防止各類安全事故以及隱患的發(fā)生。經(jīng)過數(shù)10年發(fā)展，目前國內(nèi)電器自動化技術(shù)發(fā)展獲得巨大突破，國內(nèi)很多企業(yè)都開始設(shè)立電氣自動化低標(biāo)準(zhǔn)，國外企業(yè)則主要集中在高中檔等標(biāo)準(zhǔn)，大中型項目主要通過國外產(chǎn)品進口來完成，中小型企業(yè)則以國內(nèi)市場作為主要目標(biāo)方向。

1 電氣自動化的基本原理

電氣自動化控制設(shè)計核心主要集中在總線、遠程以及監(jiān)控方式等方面，在設(shè)計系統(tǒng)的過程中，計算機主要對系統(tǒng)進行控制，可以發(fā)揮出動態(tài)協(xié)調(diào)的效果，而且還可以對數(shù)據(jù)進行存儲，分析最終的結(jié)果。電氣自動化作為一種全新的處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以計算機作為基礎(chǔ)，通過計算機對數(shù)據(jù)進行輸出以及輸入，然后利用計算機對龐大的數(shù)據(jù)展開精準(zhǔn)操作，在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進行全面控制。目前控制方式包括很多種，首先直接棄用的方式在小功率電器化系統(tǒng)中應(yīng)用的比較廣泛，大功率系統(tǒng)則主要應(yīng)用三角形或者星形等啟動方式，當(dāng)然還包括其他比較常見的控制方式，比如變頻調(diào)速，目前這些控制方式都能夠保證設(shè)備的穩(wěn)定運作。首先將常用電源以及發(fā)電機變壓器組直接歸納至ECS 監(jiān)控，在此基礎(chǔ)上可以形成220kV/500kV發(fā)變組斷路器出口，然后可以對開關(guān)以及其他設(shè)備進行操控，針對控制系統(tǒng)里面的磁變壓器以及發(fā)電機組進行控制。自動化開關(guān)主要通過斷路器出口進行全面控制，當(dāng)然也可以結(jié)合實際情況進行手動操作。集中化控制方式應(yīng)用的比較廣泛，針對控制站沒有很高的防護要求標(biāo)準(zhǔn)，因此在設(shè)計的時候方法相對簡單，維護起來也比較容易，集中控制方式，主要把系統(tǒng)里面所有的功能都進行集中處理，因為處理器需要處理大范圍的內(nèi)容，因此運作速度比較慢，主機冗余往往出現(xiàn)下降，電纜數(shù)量也會不斷提升，投資規(guī)模不斷增加，如果使用的電纜距離比較長，還有可能出現(xiàn)線路干擾等現(xiàn)象，對系統(tǒng)可靠性帶來較大威脅。因此在實際應(yīng)用過程中，集中控制方式運作起來比較復(fù)雜，維護量也大大增加，操作可能出現(xiàn)各種失誤。

遠程控制方式指的是在兩個不同的地方，管理人員利用異地?fù)芴柣蛘呋ヂ?lián)網(wǎng)等途徑，對計算機進行遠程控制。這種遠程監(jiān)控的模式可以節(jié)省很多運作成本，電纜使用量也會不斷增加，材料應(yīng)用量較少，因此安裝費用也隨之減少，不過可靠性非常高，運作起來比較靈活。當(dāng)然這種控制方式也有一定的局限性，精靈應(yīng)用在較小的范疇之內(nèi)，如果為全廠電機自動化系統(tǒng)通常不合適。

2 電氣自動化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 現(xiàn)場總線和分布式控制系統(tǒng)的應(yīng)用

對于傳統(tǒng)的制造工程來說，一般在運作過程中以PLC電源模塊、模擬量輸入/輸出模塊、CPU或者控制器作為核心，然后將大量電纜線與PLC信號進行對接，這樣就可以接收到發(fā)射出來的信號。在更換設(shè)備以及擴大系統(tǒng)容量的過程中，線路布設(shè)需要花費很多成本，靈活度比較低?，F(xiàn)場走線指的是一種串行通信總線，主要對自動化系統(tǒng)與智能設(shè)備進行連接，借助串行電纜與工業(yè)計算機進行對接，中央控制室里面主要裝置CPU以及監(jiān)控軟件，同時遠程I/O站、電動機啟動器、智能設(shè)備以及變頻器等也要實時進行對接。

2.2 電氣自動化控制系統(tǒng)

在現(xiàn)代化電力控制系統(tǒng)運作過程中，分層分布式計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用的非常廣泛，如果以管理層進行分類主要包括上下兩層，當(dāng)然還包括遠程通信、命令、管理協(xié)調(diào)、調(diào)動以及限制報警等諸多軟件。隨后連接的設(shè)備未執(zhí)行層，主要對上位機釋放的命令進行數(shù)據(jù)的收集。如果使用的為多層結(jié)構(gòu)，上層通常為國家調(diào)度中心，利用遠程網(wǎng)絡(luò)對相關(guān)計劃進行發(fā)布，隨后對電子數(shù)據(jù)進行查看。為了保證監(jiān)控設(shè)備穩(wěn)定運行，PC一般要借助兩臺設(shè)備進行協(xié)助，甚至需要更多的計算機。每天需要對特定任務(wù)進行執(zhí)行，如果任何計算機出現(xiàn)故障，其他計算機要在第一時間承擔(dān)該計算機任務(wù)。

2.3 變換器電路從低頻向高頻發(fā)展

最近幾年電子設(shè)備開始進行大幅度更新，在此基礎(chǔ)上要對落后的轉(zhuǎn)換器電路加以更換，普通晶閘管在使用過程中需要對直流循環(huán)變換去進行調(diào)整，使其演變成相位控制整流器，交流變頻在應(yīng)用過程中通常主要為交叉變流器。倘若可以應(yīng)用PWM方法，可以大幅度提升相關(guān)功率因素，電網(wǎng)在很大程度上也不會受到高次諧波的干擾，可以有效解決低頻地區(qū)轉(zhuǎn)距脈動等相關(guān)問題。不過PWM逆變器里面電流以及電壓轉(zhuǎn)矩脈動效應(yīng)位于固定轉(zhuǎn)子上面，因此電機繞組振動過程中會出現(xiàn)噪音，為了更好的對該問題進行解決，可以結(jié)合實際情況適當(dāng)提升開關(guān)頻率。

不過倘若電流以及電壓過大，電子器件很有可能出現(xiàn)過度耗損，對逆變器工作頻率也會帶來很大影響。工作范圍在變頻器高頻震蕩的范圍之內(nèi)，諧波二重型直流環(huán)節(jié)逆變器往往保持在0流量或者0電壓的狀態(tài)，開關(guān)對應(yīng)的損失也會不斷降低。逆變器尺寸可進行縮減，運作成本也會有所降低，此時逆變器集成主要位于高功率狀態(tài)，因此這類電路未來發(fā)展前景非常好。

3 電氣自動化技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢

3.1 由低頻逐漸發(fā)展到高頻

近幾年科技發(fā)展速度持續(xù)加快，尤其在生產(chǎn)環(huán)節(jié)對于高速電路的整體需求量持續(xù)增加，因此電氣自動化在技術(shù)上也要與之進行接軌。舉例來說，早些時候電流轉(zhuǎn)換器相控整流器通常使用的都是晶閘管，這種設(shè)備整體運行速度不快，不能與生產(chǎn)需求保持一致，因此近幾年在有關(guān)領(lǐng)域開始逐漸應(yīng)用PWM技術(shù)以及相關(guān)產(chǎn)品，電流互感器自身功力得以提升，也可以大幅度降低電網(wǎng)高次諧波產(chǎn)生的干擾。除此之外，電流經(jīng)過變換之后使用的設(shè)備通常為PWM，在低頻率環(huán)境下能夠更好的處理電機轉(zhuǎn)矩脈動等有關(guān)問題，整體效果非常理想。

3.2 與計算機技術(shù)緊密結(jié)合

電氣自動化技術(shù)發(fā)展速度持續(xù)加快，不過在生產(chǎn)效率方面仍要進行提升，在人力方面更要進行節(jié)省。發(fā)展到目前，計算機技術(shù)已經(jīng)得以廣泛普及應(yīng)用，在日常生活以及生產(chǎn)中已經(jīng)離不開這項技術(shù)，計算機與電氣自動化兩種技術(shù)之間密切相關(guān)，未來必定發(fā)揮出更大的優(yōu)勢。因此在電氣自動化技術(shù)不斷運作環(huán)節(jié)，需要將計算機技術(shù)充分融入其中，全面提升整體運算速度，舉例來說，在監(jiān)控以及現(xiàn)場控制環(huán)節(jié)都要用到先進的計算機技術(shù)。將兩種技術(shù)之間進行有效結(jié)合，不但能夠全面縮減運作成本，而且在自動化操作環(huán)節(jié)將變得更加準(zhǔn)確便利。

總結(jié)

作為一種全新的控制系統(tǒng)，目前電氣自動化技術(shù)已經(jīng)在生產(chǎn)中得到普及應(yīng)用，盡管國內(nèi)對該技術(shù)的研究目前仍處于起步時期，不過隨著相關(guān)實踐以及理論的不斷豐富，未來發(fā)展速度將持續(xù)加快，將為國內(nèi)電氣自動化技術(shù)帶來革命性創(chuàng)新，為科技興國帶來相應(yīng)的貢獻。

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