電氣控制技術(shù)應(yīng)用面面觀

摘要：計算機技術(shù)以及電力電子技術(shù)的發(fā)展帶來了電氣自動控制劃時代的革命。當(dāng)今社會，絕大多數(shù)電子產(chǎn)品都應(yīng)用了電氣控制技術(shù)。電氣控制技術(shù)的發(fā)展也給現(xiàn)代人的生活工作帶來極大的便利，使得人們的生活越來越智能化、高效化、安全化。本文針對幾種比較流行的電氣控制技術(shù)，分析了其應(yīng)用中的優(yōu)越性以及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：電氣控制；設(shè)計；應(yīng)用

1. 引言

上世紀(jì)開始，伴隨計算機技術(shù)的出現(xiàn)以及電力電子技術(shù)和材料的快速發(fā)展，電氣控制技術(shù)也有了長足的發(fā)展，應(yīng)用了計算機技術(shù)的電氣控制技術(shù)相比于傳統(tǒng)的電氣控制技術(shù)，具有更加精確的執(zhí)行能力以及更加簡單的操作性。電氣控制技術(shù)的應(yīng)用涵蓋甚廣，小至家庭應(yīng)用，大到航空母艦、太空飛船、人造衛(wèi)星等。電氣控制技術(shù)貫穿于人們生活的方方面面，從吃飯穿衣到行車住房，電氣控制技術(shù)無處不在。可以說，電氣控制技術(shù)的發(fā)展從另一個側(cè)面上代表了一個國家科技化程度以及經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r。

2. 先進電氣控制技術(shù)應(yīng)用概述

2.1 現(xiàn)場總線技術(shù)

現(xiàn)場總線（Fieldbus）的發(fā)展歷史不過二三十年，但是從其出現(xiàn)到現(xiàn)在卻經(jīng)歷了迅速的發(fā)展。現(xiàn)場總線技術(shù)解決的問題是工業(yè)現(xiàn)場智能化儀表儀器、控制器以及執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備之間數(shù)字通信以及這些設(shè)備和更高級的控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。現(xiàn)場總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè)備的底層，承擔(dān)總控系統(tǒng)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求其具有協(xié)議簡單、容錯能力強、安全性好和成本低等特點。

大型火電廠目前多應(yīng)用基于FCS的第五代現(xiàn)場總線技術(shù)，如下圖1[1]。設(shè)備前端的智能設(shè)備可執(zhí)行多種功能，無需DCS系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換功能，節(jié)省安裝費用以及維護開銷，系統(tǒng)集成度高，準(zhǔn)確性好可靠。現(xiàn)場總線技術(shù)未來的發(fā)展一方面繼續(xù)完善低速總線領(lǐng)域，另一方面加快高速總線技術(shù)的發(fā)展。[1]

2.2 交流伺服技術(shù)

交流伺服技術(shù)主要應(yīng)用于基于異步電動機和同步電動機的交流伺服系統(tǒng)，此種系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、快速型號、精度高的特點。現(xiàn)代的交流伺服系統(tǒng)最早的應(yīng)用是在航天和軍事領(lǐng)域，后逐漸在民用和工業(yè)上開始廣泛應(yīng)用，工業(yè)應(yīng)用主要包括高精度的數(shù)控機床設(shè)備、機器人以及其他數(shù)控設(shè)備。[2]

數(shù)控機床中采用永磁無刷伺服電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的步進電機作為進給，相當(dāng)數(shù)量的高端產(chǎn)品已采用永磁交流直線伺服系統(tǒng)。在我國，國產(chǎn)伺服系統(tǒng)例如廣數(shù)的產(chǎn)品在經(jīng)濟型數(shù)控機床應(yīng)用廣泛，但是中高端數(shù)控產(chǎn)品采用的伺服系統(tǒng)目前仍然難以實現(xiàn)國產(chǎn)化，主要技術(shù)難題在于系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性方面。在機器人行業(yè)中，無刷永磁伺服系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。工業(yè)機器人的控制是由多臺（多于10臺）電動機共同控制完成，而目前全世界范圍內(nèi)工業(yè)機器人的現(xiàn)有量超過100萬臺，并且以每年30%的需求量快速增長。相比于安川、松下以及ABB等工業(yè)機器人巨頭的專屬伺服系統(tǒng)，我國在此方面差距很大。但是在反恐防暴機器人、礦井救災(zāi)機器人等輕便移動機器人方面，采用國產(chǎn)基于低壓直流供電的微型無刷伺服系統(tǒng)取得了成功。

現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變，數(shù)控已經(jīng)成為交流伺服系統(tǒng)的主要特征。國際伺服產(chǎn)品平均每5年就會換代一次，功率器件、模塊2-2.5年更新一次，計算機軟件算法日新月異，產(chǎn)品周期越來越短。交流伺服系統(tǒng)將向著高效率化、高速、高精高性能化、一體和集成化、通用化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和模塊化以及功能多樣化方向發(fā)展。

2.3 人機界面/交互技術(shù)

人機界面/交互技術(shù)是指用戶用過使用界面與計算機進行信息傳遞、交換信息，人機界面是計算機系統(tǒng)的重要組成部分，人機界面系統(tǒng)在商業(yè)和工業(yè)上應(yīng)用最廣。人機界面技術(shù)其優(yōu)點主要是界面友好，便于人機之間進行信息傳遞，介于此種優(yōu)點，以往許多不需要人機幾面的行業(yè)現(xiàn)在也開始使用人機界面，人機界面已經(jīng)成為客戶體驗不可缺少的一部分。

傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域例如機床、紡織機械等行業(yè)面臨著設(shè)備更新?lián)Q代的需求，鑒于此，人機界面的改變將在形狀上、觀念上以及應(yīng)用場合等方面發(fā)生改變，帶來傳統(tǒng)工控機核心技術(shù)的變革，人機界面技術(shù)也將朝著平臺嵌入化、品牌民族化、設(shè)備智能化、界面時尚化和通訊網(wǎng)絡(luò)化以及節(jié)能化方向發(fā)展。

2.4 可編程邏輯控制（PLC）技術(shù)

可編程邏輯控制（PLC）技術(shù)是用戶通過編寫符合使用需求的程序控制可編程控制器完成預(yù)期動作的技術(shù)。可編程控制器是基于微機技術(shù)下的通用工業(yè)自動化裝置，近些年來在我國得到快速發(fā)展，給工廠自動控制的革新帶來了新的契機，極大推進了傳統(tǒng)技術(shù)的改造以及新型工業(yè)的發(fā)展。限制可編程控制器伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)以及材料的發(fā)展而快速發(fā)展，采用大規(guī)模甚至超大規(guī)模集成電路的中央處理器的出現(xiàn)使得此種技術(shù)的發(fā)展有了更加廣闊的空間。可編程邏輯控制技術(shù)在實際中的應(yīng)用領(lǐng)域有交通信號燈的控制、機器人以及機械手的控制、電梯控制、溫控、三相異步電動機等相關(guān)控制方面。[3]

PLC技術(shù)的發(fā)展動力來源于客戶對于控制性能以及精確度和處理速度要求的提高，其發(fā)展的主要趨勢也同時取決于技術(shù)要求以及客戶的需求。增強微型及小型PLC的功能，加入高速計數(shù)、高速直接輸出、中斷、變址寄存器等功能，滿足調(diào)試、維護以及診斷需求。提高系統(tǒng)集成度，發(fā)展分散型/智能型與現(xiàn)場總線兼容的I/O系統(tǒng)，提高網(wǎng)絡(luò)化程度，強化通信能力，增強其兼容性是滿足PLC工業(yè)以太網(wǎng)級別需求的關(guān)鍵，更是是整個PLC技術(shù)發(fā)展的趨勢。

3. 結(jié)語

電氣控制技術(shù)的發(fā)展解放了大量勞動力，使得生產(chǎn)過程控制更加可靠，而伴隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，電氣控制技術(shù)也將不斷完善，在未來的工業(yè)生產(chǎn)以及其他領(lǐng)域繼續(xù)扮演不可或缺的角色。

參考文獻

[1]沈博識， 李曉帥.火電機組電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用. 電源技術(shù)應(yīng)用. 2013（01）.

[2]劉月忠.先進電氣控制技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用. 硅谷. 2010（02）.

[3]郭鳳玲.基于PLC的電氣控制線路設(shè)計應(yīng)用. 裝備制造. 2009（11）.

作者簡介：趙龍（1984.12-），男，漢族，陜西省興平市人，助理工程師，研究方向：電氣控制