對電氣自動化控制技術的發展進行分析

宋雙

【摘要】本文探討了電氣自動化控制系統技術的一些現狀，并對電氣自動化控制技術的發展趨勢進行了展望。

【關鍵詞】電氣自動化 控制技術 發展

一、電氣自動化的發展歷程、影響因素和現狀

（一）發展歷程

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、信息網絡、智能控制的飛速發展，使得電氣自動化經歷了從無到有、從發展到成熟的過程。

在20世紀50年代，“自動化”一詞被提出，電力、電機等產品的出現催生了電氣自動化，而繼電器和接觸器的出現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展變革；在20世紀60年代，現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，可以實現生產過程控制與管理的有效優化，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展，自動化對象逐漸延伸為大型復雜的系統，出現許多問題難以借助現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了革新，產生了綜合利用系統工程、計算機、人工智能、通信技術等高新技術，應用于復雜系統的高級自動化系統，促進了電氣自動化的快速發展；從20世紀80年代開始，電氣自動化得到快速發展，目前已經較為成熟，電氣自動化己是高新技術的重要組成部分，在工業、國防、醫學、農業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展，對國民經濟的發展起到了重要的作用。

（二）影響因素

電子自動化的發展受信息技術、物理科學影響，其中信息技術起著決定性的影響。信息技術的發展受電氣自動化發展的影響，與此同時信息技術的發展也為電氣自動化發展提供必要的工具基礎。除此之外，物理科學的發展對電氣自動化發展也起著一定的推動作用，三極管、大規模集成電路等技術的發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系物理科學的同時逐步向生物系統、微機電系統等領域拓展。

（三）現狀

首先，電氣自動化系統信息化。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務數據處理進行滲透，利用信息技術可以有效存取財務等管理數據，對生產過程動態監控，實時掌握生產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、系統等進行滲透，微電子等技術的應用使控制系統，PLC等設備界線從定義明確逐漸變得模糊，而軟件結構、組態環境、通訊能力等的作用日益凸顯，網絡、多媒體等技術得到了廣泛應用。

其次，電氣自動化系統使用、維護與檢修簡易化。Windows NT等已經成為實施電氣自動化控制平臺、規范以及語言的標準，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的控制系統有著靈活、易于集成等優勢，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的使用、維護和檢修更加簡單、方便。

最后，實現分布式控制應用。電氣自動化系統通過串行電纜連接中央控制室、PLC、現場，將工業計算機、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，將現場設備的信息收集到中央控制器。

二、電氣自動化控制系統的特點、功能和設計理念

（一）特點

與熱機設備相比，電氣控制系統的控制對象少、信息量小、操作頻率低，但具有快速、準確的優勢。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要實現對發電機一變壓器組等電氣系統的有效控制，必須具備以下的基本功能：發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；發電機一變壓器組、勵磁變壓器、高變保護控制；發電機勵磁系統起勵操作、滅磁操作、增減磁操作、穩定器投退、控制方式切換；開關自動、手動同期并網；高壓電源監視和操作及切換裝置的監視、啟動、投退等；低壓電源監視和操作及自投裝置控制；高壓變壓器控制及操作；發電機組控制及操作；LPS、直流系統監視等等。

（三）設計理念

電氣自動化控制系統主要有集中監控、遠程監控、現場總線監控3種設計方式。集中監控方式的特點是由一個處理器集中系統功能進行處理，優勢是設計簡單、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控將導致主機冗余降低、電纜數量增多，導致投資加大，而且長距離電纜干擾也會影響系統，隔離刀閘、斷路器采用硬連接也容易產生輔助接點不到位、查線不方便等問題，增大了誤操作的幾率。遠程監控方式有著組態靈活和節省電纜、安裝費用、材料以及可靠性高的優點，由于電氣設備通訊量比較大，而Lonworks、CAN等各種現場總線通訊速度不高，該方式僅僅適用于小型系統的監控，無法滿足大型電氣自動化系統的要求。由于現場總線、以太網等技術的普遍應用和相應運行經驗的積累，智能化電氣設備得到了較快的發展，網絡控制系統逐漸應用到電氣系統中，現場總線監控方式能夠針對電氣系統具體情況進行設計，不僅具備遠程監控方式的所有優點，而且還節省模擬量變送器、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。由于通過網絡相連的各裝置功能獨立，網絡組態靈活，提高了系統可靠性，裝置故障不會影響其他裝置，更不會使系統癱瘓，是電氣自動化控制系統未來主要的發展方向。

三、電氣自動化控制技術的發展趨勢

PC客戶機/服務器體系結構、以太網和Internet技術引發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，企業的管理層利用標準的瀏覽器可以存取企業的財務等各方面的管理數據，也可以對當前生產過程的動態畫面進行監控，在第一時間了解最全面和準確的生產信息。虛擬現實技術和視頻處理技術的應用，將對未來的自動化產品，如人機界面和設備維護系統的設計產生直接的影響，相對應的軟件結構、通訊能力及易于使用和統一的組態環境變得重要了，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。