宋雙

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

【關鍵詞】電氣自動化 控制技術 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

電氣自動化技術是與電子和信息技術緊密結合在一起的一門電氣工程應用技術學科，隨著電子技術、信息網(wǎng)絡、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50年代，“自動化”一詞被提出，電力、電機等產(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)及應用使得機器可以按照人的意志和設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60年代，現(xiàn)代控制理論的提出和計算機的應用推進了自動控制和信息處理的結合進程，自動化進入綜合自動化階段，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的飛躍；在20世紀70年代，隨著通訊、IT、微電子等技術的快速發(fā)展，自動化對象逐漸延伸為大型復雜的系統(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、人工智能、通信技術等高新技術，應用于復雜系統(tǒng)的高級自動化系統(tǒng)，促進了電氣自動化的快速發(fā)展；從20世紀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的重要組成部分，在工業(yè)、國防、醫(yī)學、農業(yè)等領域得到了廣泛的應用，極大地促進了人工智能、航空航天、交通、制造技術等諸多領域技術的發(fā)展，對國民經(jīng)濟的發(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、物理科學影響，其中信息技術起著決定性的影響。信息技術的發(fā)展受電氣自動化發(fā)展的影響，與此同時信息技術的發(fā)展也為電氣自動化發(fā)展提供必要的工具基礎。除此之外，物理科學的發(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)模集成電路等技術的發(fā)展極大地促進了電氣自動化的進步，未來電氣自動化將在緊密聯(lián)系物理科學的同時逐步向生物系統(tǒng)、微機電系統(tǒng)等領域拓展。

（三）現(xiàn)狀

首先，電氣自動化系統(tǒng)信息化。信息技術在縱向和橫向上向電氣自動化進行滲透，縱向上，信息技術從管理層面對業(yè)務數(shù)據(jù)處理進行滲透，利用信息技術可以有效存取財務等管理數(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、完整和準確；橫向上，信息技術對設備、系統(tǒng)等進行滲透，微電子等技術的應用使控制系統(tǒng)，PLC等設備界線從定義明確逐漸變得模糊，而軟件結構、組態(tài)環(huán)境、通訊能力等的作用日益凸顯，網(wǎng)絡、多媒體等技術得到了廣泛應用。

其次，電氣自動化系統(tǒng)使用、維護與檢修簡易化。Windows NT等已經(jīng)成為實施電氣自動化控制平臺、規(guī)范以及語言的標準，基于Windows的人機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，也得到了廣泛的應用。采用Windows操作平臺使得電氣自動化系統(tǒng)的使用、維護和檢修更加簡單、方便。

最后，實現(xiàn)分布式控制應用。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、PLC的CPU、遠程I/O站、智能儀表、低壓斷路器、變頻器、馬達啟動器等連接，將現(xiàn)場設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、功能和設計理念

（一）特點

與熱機設備相比，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、準確的優(yōu)勢。由于電氣設備要求較高的保護自動裝置可靠性和快速反應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，能夠滿足有效控制的要求。

（二）功能

基于電氣控制的特點，電氣自動化控制系統(tǒng)要實現(xiàn)對發(fā)電機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)電機一變壓器組出口隔離開關及斷路器的有效控制和操作；發(fā)電機一變壓器組、勵磁變壓器、高變保護控制；發(fā)電機勵磁系統(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)電機組控制及操作；LPS、直流系統(tǒng)監(jiān)視等等。

（三）設計理念

電氣自動化控制系統(tǒng)主要有集中監(jiān)控、遠程監(jiān)控、現(xiàn)場總線監(jiān)控3種設計方式。集中監(jiān)控方式的特點是由一個處理器集中系統(tǒng)功能進行處理，優(yōu)勢是設計簡單、防護要求較低、運行維護方便。由于處理器工作量過于繁重，導致處理速度較低，對全部電氣設備進行監(jiān)控將導致主機冗余降低、電纜數(shù)量增多，導致投資加大，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)生輔助接點不到位、查線不方便等問題，增大了誤操作的幾率。遠程監(jiān)控方式有著組態(tài)靈活和節(jié)省電纜、安裝費用、材料以及可靠性高的優(yōu)點，由于電氣設備通訊量比較大，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)等技術的普遍應用和相應運行經(jīng)驗的積累，智能化電氣設備得到了較快的發(fā)展，網(wǎng)絡控制系統(tǒng)逐漸應用到電氣系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線監(jiān)控方式能夠針對電氣系統(tǒng)具體情況進行設計，不僅具備遠程監(jiān)控方式的所有優(yōu)點，而且還節(jié)省模擬量變送器、隔離設備、I/O卡件等。另外，智能設備安裝簡便，可以節(jié)省控制電纜和相應的投資及安裝工作量和維護工作量，成本更低。由于通過網(wǎng)絡相連的各裝置功能獨立，網(wǎng)絡組態(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的發(fā)展趨勢

PC客戶機/服務器體系結構、以太網(wǎng)和Internet技術引發(fā)了電氣自動化的一次又一次革命，市場的需求驅動著自動化和IT平臺的融和，而電子商務的普及將加速這一過程。Internet/In-tranet技術和多媒體技術在自動化領域有著廣泛的應用前景，企業(yè)的管理層利用標準的瀏覽器可以存取企業(yè)的財務等各方面的管理數(shù)據(jù)，也可以對當前生產(chǎn)過程的動態(tài)畫面進行監(jiān)控，在第一時間了解最全面和準確的生產(chǎn)信息。虛擬現(xiàn)實技術和視頻處理技術的應用，將對未來的自動化產(chǎn)品，如人機界面和設備維護系統(tǒng)的設計產(chǎn)生直接的影響，相對應的軟件結構、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備轉向集成的系統(tǒng)。