電氣自動化原理及應用

江曉波

摘要：作為一種全新的控制系統，目前電氣自動化技術已經被廣泛普及，不過與西方發達國家相比，國內對該技術的研究目前還處于起步時期，伴隨著相關理論以及實踐的不斷成熟，目前這項技術已經與IT技術進行高度融合，從最初的集成控制逐漸過渡至智能化控制，這也是近幾年國內科技發展的一種巨大成果。本文以此作為基礎，針對電氣自動化原理進行探究，同時對目前應用情況以及未來發展趨勢進行詳細論述。

關鍵詞：電氣自動化;原理;應用

引言

作為現代化工業的一個重要標志，電氣自動化為現代化科技的核心理念以及技術，電氣自動化發展的基礎為科技進步，以此為基礎為創建小康社會鋪平道路。電機自動化逐漸普及應用之后，通過自動化技術能夠逐漸代替人工作業，在測試的時候可以提升準確性，信息傳遞速度也在不斷加快，為現代化大規模生產提供更多的技術支撐，同時也可以更好的防止各類安全事故以及隱患的發生。經過數10年發展，目前國內電器自動化技術發展獲得巨大突破，國內很多企業都開始設立電氣自動化低標準，國外企業則主要集中在高中檔等標準，大中型項目主要通過國外產品進口來完成，中小型企業則以國內市場作為主要目標方向。

1 電氣自動化的基本原理

電氣自動化控制設計核心主要集中在總線、遠程以及監控方式等方面，在設計系統的過程中，計算機主要對系統進行控制，可以發揮出動態協調的效果，而且還可以對數據進行存儲，分析最終的結果。電氣自動化作為一種全新的處理系統，該系統以計算機作為基礎，通過計算機對數據進行輸出以及輸入，然后利用計算機對龐大的數據展開精準操作，在此基礎上對系統進行全面控制。目前控制方式包括很多種，首先直接棄用的方式在小功率電器化系統中應用的比較廣泛，大功率系統則主要應用三角形或者星形等啟動方式，當然還包括其他比較常見的控制方式，比如變頻調速，目前這些控制方式都能夠保證設備的穩定運作。首先將常用電源以及發電機變壓器組直接歸納至ECS 監控，在此基礎上可以形成220kV/500kV發變組斷路器出口，然后可以對開關以及其他設備進行操控，針對控制系統里面的磁變壓器以及發電機組進行控制。自動化開關主要通過斷路器出口進行全面控制，當然也可以結合實際情況進行手動操作。集中化控制方式應用的比較廣泛，針對控制站沒有很高的防護要求標準，因此在設計的時候方法相對簡單，維護起來也比較容易，集中控制方式，主要把系統里面所有的功能都進行集中處理，因為處理器需要處理大范圍的內容，因此運作速度比較慢，主機冗余往往出現下降，電纜數量也會不斷提升，投資規模不斷增加，如果使用的電纜距離比較長，還有可能出現線路干擾等現象，對系統可靠性帶來較大威脅。因此在實際應用過程中，集中控制方式運作起來比較復雜，維護量也大大增加，操作可能出現各種失誤。

遠程控制方式指的是在兩個不同的地方，管理人員利用異地撥號或者互聯網等途徑，對計算機進行遠程控制。這種遠程監控的模式可以節省很多運作成本，電纜使用量也會不斷增加，材料應用量較少，因此安裝費用也隨之減少，不過可靠性非常高，運作起來比較靈活。當然這種控制方式也有一定的局限性，精靈應用在較小的范疇之內，如果為全廠電機自動化系統通常不合適。

2 電氣自動化技術發展現狀

2.1 現場總線和分布式控制系統的應用

對于傳統的制造工程來說，一般在運作過程中以PLC電源模塊、模擬量輸入/輸出模塊、CPU或者控制器作為核心，然后將大量電纜線與PLC信號進行對接，這樣就可以接收到發射出來的信號。在更換設備以及擴大系統容量的過程中，線路布設需要花費很多成本，靈活度比較低?，F場走線指的是一種串行通信總線，主要對自動化系統與智能設備進行連接，借助串行電纜與工業計算機進行對接，中央控制室里面主要裝置CPU以及監控軟件，同時遠程I/O站、電動機啟動器、智能設備以及變頻器等也要實時進行對接。

2.2 電氣自動化控制系統

在現代化電力控制系統運作過程中，分層分布式計算機控制系統應用的非常廣泛，如果以管理層進行分類主要包括上下兩層，當然還包括遠程通信、命令、管理協調、調動以及限制報警等諸多軟件。隨后連接的設備未執行層，主要對上位機釋放的命令進行數據的收集。如果使用的為多層結構，上層通常為國家調度中心，利用遠程網絡對相關計劃進行發布，隨后對電子數據進行查看。為了保證監控設備穩定運行，PC一般要借助兩臺設備進行協助，甚至需要更多的計算機。每天需要對特定任務進行執行，如果任何計算機出現故障，其他計算機要在第一時間承擔該計算機任務。

2.3 變換器電路從低頻向高頻發展

最近幾年電子設備開始進行大幅度更新，在此基礎上要對落后的轉換器電路加以更換，普通晶閘管在使用過程中需要對直流循環變換去進行調整，使其演變成相位控制整流器，交流變頻在應用過程中通常主要為交叉變流器。倘若可以應用PWM方法，可以大幅度提升相關功率因素，電網在很大程度上也不會受到高次諧波的干擾，可以有效解決低頻地區轉距脈動等相關問題。不過PWM逆變器里面電流以及電壓轉矩脈動效應位于固定轉子上面，因此電機繞組振動過程中會出現噪音，為了更好的對該問題進行解決，可以結合實際情況適當提升開關頻率。

不過倘若電流以及電壓過大，電子器件很有可能出現過度耗損，對逆變器工作頻率也會帶來很大影響。工作范圍在變頻器高頻震蕩的范圍之內，諧波二重型直流環節逆變器往往保持在0流量或者0電壓的狀態，開關對應的損失也會不斷降低。逆變器尺寸可進行縮減，運作成本也會有所降低，此時逆變器集成主要位于高功率狀態，因此這類電路未來發展前景非常好。

3 電氣自動化技術應用及發展趨勢

3.1 由低頻逐漸發展到高頻

近幾年科技發展速度持續加快，尤其在生產環節對于高速電路的整體需求量持續增加，因此電氣自動化在技術上也要與之進行接軌。舉例來說，早些時候電流轉換器相控整流器通常使用的都是晶閘管，這種設備整體運行速度不快，不能與生產需求保持一致，因此近幾年在有關領域開始逐漸應用PWM技術以及相關產品，電流互感器自身功力得以提升，也可以大幅度降低電網高次諧波產生的干擾。除此之外，電流經過變換之后使用的設備通常為PWM，在低頻率環境下能夠更好的處理電機轉矩脈動等有關問題，整體效果非常理想。

3.2 與計算機技術緊密結合

電氣自動化技術發展速度持續加快，不過在生產效率方面仍要進行提升，在人力方面更要進行節省。發展到目前，計算機技術已經得以廣泛普及應用，在日常生活以及生產中已經離不開這項技術，計算機與電氣自動化兩種技術之間密切相關，未來必定發揮出更大的優勢。因此在電氣自動化技術不斷運作環節，需要將計算機技術充分融入其中，全面提升整體運算速度，舉例來說，在監控以及現場控制環節都要用到先進的計算機技術。將兩種技術之間進行有效結合，不但能夠全面縮減運作成本，而且在自動化操作環節將變得更加準確便利。

總結

作為一種全新的控制系統，目前電氣自動化技術已經在生產中得到普及應用，盡管國內對該技術的研究目前仍處于起步時期，不過隨著相關實踐以及理論的不斷豐富，未來發展速度將持續加快，將為國內電氣自動化技術帶來革命性創新，為科技興國帶來相應的貢獻。

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