張龍
【摘 要】如今電氣工程涵蓋了幾乎所有與電子、光子有關的工程行為,隨著科技的發(fā)展,電氣工程及其自動化的應用越來越廣泛。要根據(jù)科學合理的原則與思想來進行電氣工程及其自動化控制系統(tǒng)的設計。
【關鍵詞】電氣工程;自動化;應用;設計
電氣工程是現(xiàn)代科技領域核心學科之一,傳統(tǒng)的電氣工程定義為用于創(chuàng)造產(chǎn)生電氣與電子系統(tǒng)的有關學科的總和。21世紀的電氣工程概念已經(jīng)遠遠超出這一范疇,如今電氣工程涵蓋了幾乎所有與電子、光子有關的工程行為。電氣工程的發(fā)展程度直接體現(xiàn)了國家的科技進步水平,因此,電氣工程的教育和科研在發(fā)達國家大學中始終占據(jù)重要地位。
一、電氣工程及其自動化的應用
與電氣工程及其自動化相關的產(chǎn)業(yè)主要有電力工業(yè)、電氣裝備制造業(yè)以及幾乎所有使用電力的行業(yè),電氣技術的發(fā)展與應用也主要集中在這些行業(yè)。但隨著科技的發(fā)展,電氣工程及其自動化的應用越來越廣泛。
(一)可再生能源技術
1995年全球可再生能源僅占一次能源的18%,預測到2050年可再生能源要占一次能源的22%,21世紀,光伏技術、風電技術、生物質(zhì)發(fā)電技術等得到了快速發(fā)展。下面著重介紹人類的未來能源——氫能。科學家們一直致力于研究把氫能作為人類未來的能源,氫能有其他能源無與倫比的優(yōu)勢:
1.清潔。其反應后的生成物為水和氮化氫,對環(huán)境沒有污染。
2.儲量豐富。地球上的海水所含的氫用來發(fā)電就夠人類用數(shù)億年。
3.熱值高。單位重量的發(fā)熱量叫熱值,氫的熱值是汽油的3倍,煤炭的4倍?,F(xiàn)在世界上很多國家正在斥巨資研究這一能源,但目前還處在實驗室階段,距工業(yè)應用還有一段距離。
(二)輸電信技術
超導技術在電氣工程中的廣泛應用已成為發(fā)展趨勢。
1.超導儲能系統(tǒng)。將電能轉(zhuǎn)換為電磁能,利用超導線圈儲存起來。超導儲能系統(tǒng)是除電池儲能系統(tǒng)之外的又一儲能系統(tǒng),其使用將提高電網(wǎng)的安全性。
2.超導故障限流器。利用超導體超導與正常狀態(tài)的轉(zhuǎn)變特性,快速限制電力系統(tǒng)故障短路電流,保障電網(wǎng)安全。
3.超導大容量電纜??纱蟠蠼档洼旊娺^程中的電耗,提高能源效率。
靈活交流輸電技術(FACTS)。用大功率電子器實現(xiàn)對電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)、功率、相位角等的實時調(diào)節(jié)控制,以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和輸電過程中的能耗。
(三)高速磁懸浮列車
磁懸浮技術實現(xiàn)了列車脫離地面、不帶燃料的“飛行”,德、日兩國在這方面的技術領先,最高時速已達到每小時550公里。高速磁懸浮列車是綜合運用磁懸浮、低溫超導、計算機控制與信息技術等高新技術的成果。
(四)建筑
智能化建筑的發(fā)展必然離不開電氣自動化。隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及數(shù)字電子化科技發(fā)展,高檔智能化建筑無疑已經(jīng)成為當今建筑界的主要發(fā)展方向。自然達到合理利用設備,在資源方面,人力的節(jié)省就有了建筑設備的自動化控制系統(tǒng)。智能化建筑內(nèi)有大量的電子設備與布線系統(tǒng)。這些電子設備及布線系統(tǒng)一般都屬耐壓等級低,防干擾要求高,是最怕受到雷擊的部分。智能建筑多屬于一級負荷,應該設計為一級防雷建筑物,組成具有多層屏蔽的籠形防雷體系。
(五)凈化空調(diào)設備
凈化空調(diào)系統(tǒng)控制自動監(jiān)控裝置,可以設計成單個系統(tǒng)的測量、控制系統(tǒng),也可以設計成以數(shù)字計算機控制管理的系統(tǒng)。在溫度控制方面,凈化空調(diào)系統(tǒng)采用DDC控制。裝設在回風管的溫度傳感器所檢測的溫度送往DX一9100,與設定點比較,用比例加積分、微分運算進行控制,輸出相應電壓信號,控制加熱電動調(diào)節(jié)閥或冷水電動調(diào)節(jié)閥的動作,控制回風溫度應保持在18~16度之間,從而使得潔凈室溫度符合GMP要求。在濕度控制方面,裝設在同風管內(nèi)的濕度傳感器所檢測的濕度,送往控制器與設定濕度比較,用比例加積分運算控制,輸出電JK信號,控制蒸汽電動調(diào)節(jié)閥的動作,控制回風濕度應該保持在45%~65%之間,這樣潔凈室濕度方能滿足GMP要求。
二、電氣自動化控制系統(tǒng)設計的一般原則和設計思想
(一)設計原則
1.最大限度滿足生產(chǎn)機械和工藝對電氣控制的要求。生產(chǎn)機械和工藝對電氣控制系統(tǒng)的要求是電氣設計的依據(jù),這些要求常常以工作循環(huán)圖、執(zhí)行原件動作節(jié)拍表、檢測元件狀態(tài)表等形式提供,對于有調(diào)速要求的場合,還應給出調(diào)速技術指標。其他如啟動,轉(zhuǎn)向、制動、照明、保護等要求,應根據(jù)生產(chǎn)需要充分考慮。
2.在滿足控制要求的前提下,設計方案應力求簡單,經(jīng)濟。
3.妥善處理機械與電氣的關系。很多生產(chǎn)機械是采用機電結合控制方式來實現(xiàn)控制要求的,要從工藝要求、制造成本、結構復雜性、使用維護方便等方面協(xié)調(diào)處理好二者的關系。
4.正確合理地選用電器元件。
5.確保使用安全、可靠;
6.制造美觀、使用維護方便。
(二)設計思想
1.集中監(jiān)控方式。
集中監(jiān)控方式不但運行維護方便,控制站的防護要求也不高,而且系統(tǒng)設計也很容易。但由于這種方式是將系統(tǒng)的各個功能集中到一個處理器進行處理,所以處理器的任務相當繁重,處理速度也會受到一定的影響。由于電氣設備全部進入監(jiān)控,致使主機冗余的下降、電纜數(shù)量增加,投資加大,長距離電纜引入的干擾也可能影響系統(tǒng)的可靠性。同時,隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯(lián)鎖采用硬接線,由于隔離刀閘的輔助接點經(jīng)常不到位,這也會造成設備無法操作。這種接線的二次接線比較復雜,查線也不方便,而大大增加了維護量,還存在在查線或傳動過程中由于接線復雜而造成誤操作的可能性。
2.遠程監(jiān)控方式。
遠程監(jiān)控方式具有節(jié)約大量電纜、節(jié)省安裝費用、節(jié)約材料、可靠性高和組態(tài)靈活等優(yōu)點。但由于各種現(xiàn)場總線的通訊速度不是很高,使得電廠電氣部分通訊量相對又比較大,所以這種方式大都用于小系統(tǒng)監(jiān)控,而在全廠的電氣自動化系統(tǒng)的構建中卻不適用。
3.現(xiàn)場總線監(jiān)控方式。
目前,對于以太網(wǎng)(Ethernet)、現(xiàn)場總線等計算機網(wǎng)絡技術已經(jīng)普遍應用于變電站綜合自動化系統(tǒng)中,而且已經(jīng)擁有了豐富的運行經(jīng)驗,智能化電氣設備也有了較快的發(fā)展,這些都為網(wǎng)絡控制系統(tǒng)應用于發(fā)電廠電氣系統(tǒng)奠定了堅實的基礎?,F(xiàn)場總線監(jiān)控方式使系統(tǒng)設計更加具有針對性,對于不同的間隔可以有不同的功能,這樣就可根據(jù)間隔的情況進行設計。這種監(jiān)控方式除了具有遠程監(jiān)控方式的全部優(yōu)點外,還可以減少大量的隔離設備、端子柜、模擬量變送器等,而且智能設備就地安裝,與監(jiān)控系統(tǒng)通過通信線連接,節(jié)省了大量控制電纜,節(jié)約了很多投資和安裝維護工作量,從而降低成本。此外,各裝置的功能相對獨立,組態(tài)靈活,使整個系統(tǒng)具有可靠性而不會導致系統(tǒng)癱瘓。因此現(xiàn)場總線監(jiān)控方式是今后發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。
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