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        淺談電氣控制技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展

        2014-12-31 00:00:00高俊生

        摘 要:隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步,電氣控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用于社會生活、生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。尤其隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的迅速發(fā)展,電氣控制技術(shù)借助計算機(jī)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。本文從電氣控制技術(shù)應(yīng)用的角度出發(fā),敘述了電氣控制技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的歷史,淺析了當(dāng)前電氣控制技術(shù)在不同行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀;對電氣控制技術(shù)的發(fā)展趨勢作了分析。

        關(guān)鍵詞:電氣控制技術(shù);應(yīng)用;趨勢

        中圖分類號:TM921.5

        1 電氣控制技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展

        電氣控制技術(shù)的應(yīng)用,首先是以電的利用和發(fā)展為基礎(chǔ)的。電氣技術(shù)開始時是沿著信息傳送和電能利用兩個方向發(fā)展的,也就是弱點和強(qiáng)電兩個方向?,F(xiàn)代電器控制技術(shù)是以弱點控制強(qiáng)電為特點的,實現(xiàn)了強(qiáng)電和弱點的相結(jié)合。電氣控制技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求,從手動控制到自動控制,從簡單的控制設(shè)備到復(fù)雜的控制系統(tǒng),從有觸點的硬接線控制系統(tǒng)到以計算機(jī)為中心的存儲控制系統(tǒng)?,F(xiàn)代電器控制技術(shù)的應(yīng)用,從控制對象的工藝過程角度上看,大體可以分為兩大部類:一類是以化學(xué)反應(yīng)或熱量流程為主要生產(chǎn)方式、以自動化儀表與裝置為檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣儀表過程控制;另一類是以機(jī)械運動為主要生產(chǎn)方式、以電動機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣傳動控制。隨著計算機(jī)技術(shù)的普及和應(yīng)用,這兩類生產(chǎn)過程的電氣控制已經(jīng)走在一起了。

        早期的電氣傳動控制只是利用電器來控制電動機(jī)的制動、正反轉(zhuǎn)和分級調(diào)速。隨著技術(shù)和工藝的進(jìn)步,誕生了旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)(Waed-Leonard系統(tǒng))。到上世紀(jì)五十年代,機(jī)組供電直流調(diào)速系統(tǒng)的控制技術(shù)得到了質(zhì)的發(fā)展。于此同時,機(jī)組供電直流調(diào)速系統(tǒng)控制技術(shù)也存在體積大、效率低、費用高、維護(hù)成本高等問題。為解決這一問題,又出現(xiàn)了離子傳動控制系統(tǒng),這個系統(tǒng)是用水銀整流器和閘流管等精致變流裝置來代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組的。到20世紀(jì)60年代,可控的大功率半導(dǎo)體器件晶閘管被發(fā)明,它的問世在性能和可靠性上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過離子傳動控制系統(tǒng),后者就被淘汰了。20世紀(jì)70年代,國際上出現(xiàn)了“全空式”電力電子器件,實現(xiàn)了開合關(guān)的全控制。新型的脈款調(diào)制式(PWM)變壓裝置用改變脈沖電壓寬度來改變平均輸出電壓,從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,這一裝置體積小,性能優(yōu)良。從電器開關(guān)到連續(xù)調(diào)壓,再到電子開關(guān),電氣傳動控制的歷史在螺旋式地前進(jìn)。在1968年,美國通用汽車(GM)公司率先提出了研制新型工業(yè)控制器的設(shè)想。一年后,由美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器,即是早期的工業(yè)電腦(PLC)。在微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的帶動下,使PLC在處理速度和控制功能上都有了很大提高,不僅可以進(jìn)行開關(guān)量的邏輯控制,還可以對模擬量進(jìn)行控制,且具有數(shù)據(jù)處理、PID控制和數(shù)據(jù)通信功能,發(fā)展成為一種新型的工業(yè)自動控制標(biāo)準(zhǔn)裝置。20世紀(jì)80年代,交流傳統(tǒng)裝置技術(shù)得到了普遍的推廣和應(yīng)用,于此同時,工業(yè)控制計算機(jī)的應(yīng)用,使得電氣控制技術(shù)的發(fā)展步入了一個新的階段。工業(yè)計算機(jī)的應(yīng)用在電氣控制技術(shù)中,也經(jīng)歷了由常規(guī)的調(diào)節(jié)器到直接數(shù)字控制(DDC),再到自動化,然后到分級分布控制系統(tǒng),實現(xiàn)了以微型計算機(jī)和PC為基礎(chǔ)的直接數(shù)字控制。近年來隨著電力電子技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展,PLC在通信能力以及控制領(lǐng)域等方面都不斷有新的突破,正朝著電氣控制、儀表控制、計算機(jī)控制一體化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

        通過電氣控制技術(shù)的發(fā)展和演變可以看出,電氣控制技術(shù)歷史很短,但發(fā)展很快,電氣控制技術(shù)已成為我國現(xiàn)代化生產(chǎn)中提高生產(chǎn)力的主要技術(shù)。

        2 電氣控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

        由于計算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的融入,現(xiàn)代電氣控制技術(shù)具有精準(zhǔn)、簡單、可靠、安全、節(jié)能都優(yōu)點,使得電氣控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域,幾乎大部分與電相關(guān)的產(chǎn)品都必須用到電氣控制技術(shù)。電氣控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域眾多,筆者在此選取幾個行業(yè)具體說明電氣控制技術(shù)在實際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用情況。

        2.1 電氣控制技術(shù)在煉鋼行業(yè)中的應(yīng)用

        高爐鼓風(fēng)機(jī)因其比較可靠的生產(chǎn)系統(tǒng)和穩(wěn)定的生產(chǎn)能力,成為煉鋼行業(yè)的一種新型的設(shè)備。高爐鼓風(fēng)機(jī)可以提取高含量的鐵水,增加鋼水的提取量,但是也有其自身弱點:高爐鼓風(fēng)機(jī)一旦出現(xiàn)問題,維修時間和維修成本都非常高,企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益受損。為解決這一問題,對高爐鼓風(fēng)機(jī)的低壓跳閘、二次控制電源以及瞬間斷電的電氣控制技術(shù)進(jìn)行改造,可以提高高爐鼓風(fēng)機(jī)的工作效率,使其可以穩(wěn)定可靠地投入生產(chǎn),促進(jìn)了鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的提高和鋼鐵行業(yè)的發(fā)展。

        2.2 電氣控制技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用

        機(jī)組電氣控制大型火力發(fā)電機(jī)組的電氣控制既要考慮安全性,又要與汽機(jī)、鍋爐控制統(tǒng)一協(xié)調(diào)。電氣控制實現(xiàn)計算機(jī)的自動控制,有兩種途徑:(1)類似于變電站的綜合自動化系統(tǒng):綜合自動化系統(tǒng)是純電氣的歐諾個和控制系統(tǒng),通過系統(tǒng)線與各監(jiān)控子站及有通訊接口的繼電保護(hù)、自動裝置等設(shè)備聯(lián)成一體,可大大節(jié)省設(shè)備間的硬接線,操作方式針對電氣操作的特點設(shè)計,運行安全、方便;(2)納入機(jī)、爐的分散控制系統(tǒng):分散控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于汽輪機(jī)、鍋爐控制的分散控制系統(tǒng)(DCS),具有分級分層、分散式冗余結(jié)構(gòu),構(gòu)成靈活,易于擴(kuò)展,可靠性高。

        2.3 電氣控制技術(shù)在環(huán)保行業(yè)中的應(yīng)用

        利用環(huán)保工程減輕環(huán)境污染是國家防止污染的手段之一,其中脫硫工程就是最典型的工程之一。脫硫工程可以減少二氧化硫的排放,防止酸雨的形成。為了減少污染,在煙氣排放前要對煤炭進(jìn)行脫硫工作,運用電氣控制技術(shù)來控制風(fēng)機(jī)水泵的運行,大大提高了作業(yè)的效率,保證了作業(yè)的安全。工作人員只需要通過計算機(jī)等工具,操控全自動的電氣控制系統(tǒng)就可以完成脫硫過程,操作簡單,效率還高。

        3 電氣控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

        盡管電氣控制技術(shù)已經(jīng)得到了快速地發(fā)展和廣泛的應(yīng)用,但從總體上來看,我國的電氣控制裝置的水平仍然落后于國際先進(jìn)水平,尤其是大規(guī)模集成電路和新型電力電子器件的生產(chǎn)和研發(fā)水平,依然需要我們?nèi)ヌ剿骱蛣?chuàng)新。未來,電氣控制技術(shù)的發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢:

        3.1 智能化

        隨著科技的發(fā)展,人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個領(lǐng)域都得到了應(yīng)用,在繼電保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開始。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法,很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜的非線性問題,應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解。未來,人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域必會得到應(yīng)用,以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。

        3.2 網(wǎng)絡(luò)化

        隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展,電器控制裝置要求具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)通信功能和可靠的安全系統(tǒng)。要實現(xiàn)和滿足這一要求,電氣保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化是必然趨勢。要真正實現(xiàn)保護(hù)對系統(tǒng)運行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng),必須獲得更多的系統(tǒng)運行和故障信息,只有實現(xiàn)保護(hù)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化,才能做到這一點。網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)裝置原理能將傳統(tǒng)集中式母線保護(hù)分散成不同母線保護(hù)單元,并將其顯示在不同回路保護(hù)屏上,以實現(xiàn)裝置的保護(hù)。

        3.3 公開化

        電氣控制技術(shù)公開化是未來推動技術(shù)進(jìn)步的一個趨勢??萍嫉倪M(jìn)步能提高生產(chǎn)力的發(fā)展,科技的發(fā)展最終還是以為人類服務(wù)為目標(biāo)的。隨著網(wǎng)絡(luò)的傳播,未來的電氣控制技術(shù)是公開和透明的,大家能夠在借鑒和學(xué)習(xí)同行的基礎(chǔ)上,對電氣控制技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和研發(fā),讓電氣控制不斷完善和發(fā)展。

        電氣控制技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,使得社會生產(chǎn)力極大提高,使得人們的生活更加便利。但我們也應(yīng)當(dāng)看到電氣控制技術(shù)在實際應(yīng)用中還存在很多問題和技術(shù)難點,我們必須不斷研究和創(chuàng)新電氣控制理論和技術(shù),讓這一技術(shù)更廣更高地服務(wù)于人類社會。

        參考文獻(xiàn):

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        [3]徐雷.電氣控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2013(04).

        [4]伍金浩,曾慶樂.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

        作者單位:紅塔遼寧煙草有限責(zé)任公司沈陽卷煙廠,沈陽 110000

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