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电气自动化研究论文

电气自动化在生产中的实践及维护研究

专业：

xxxxxx

作者：

xxxxxxx

完成日期：

xxxx年xx月xx日

电气自动化在生产中的实践及维护研究

论文页数27页

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摘要

电气自动化综合了电力、电子、计算机的多种学科,是一门非常重要的学科。

众所周知,信息化是社会发展的大趋势,而自动化属于信息化产业,因此电气自动化的发展正是时代发展的需要。

针对这一情况，本文简述电气自动化的发展意义，结合电气自动化的各种设计，

研究分析电气自动化在生产中的实践及维护。

望以此推动电气自动化的应用研究，促进电气自动化的发展。

关键字：

电气自动化；生产中；实践

Abstract

Electricalautomationintegratedpower,electronics,computerscience,isaveryimportantsubject.Asweallknow,informationtechnologyisthetrendofsocialdevelopment,andautomationistheinformationindustry,sothedevelopmentofelectricalautomationistheneedofthedevelopmentofthetimes.Inviewofthissituation,thisarticlebrieflydescribesthesignificanceofthedevelopmentofelectricalautomation,combinedwithavarietyofelectricalautomationdesign,

Researchandanalysisofthepracticeandmaintenanceofelectricalautomationinproduction.Hopetopromotetheapplicationofelectricalautomationresearch,topromotethedevelopmentofelectricalautomation.

Keywords:

Electricalautomation;production;practice

摘要.......................................................Ⅰ

Abstract...................................................Ⅱ

第一章绪论

1.1研究的目的

近些年来随着电子技术领域的不断发展与壮大，电器及其自动化的应用也正在不断的走进人们的生活并逐步向着智能化的方向发展，同时也带动着传统检测控制技术向着更简洁、更便利的方向前进。

随着技术的不断进步，电气自动化控制取代传统意义上的人工操作已经是必然的趋势，许多企业使用先进的自动化技术进行转型，一方面大大的节约了成本的消耗，另一方面它提高了企业未来发展的方向，让企业能够以更好的技术引导企业发展。

电气自动化已经是工业发展水平的重要指标，通过电气自动化控制技术可以减少人员犯错的可能性，提高企业施工的精确性，最终实现企业的效益提升，安全性能也得到较好的保证。

1.2研究的意义

随着世界范围内的工业化发展越来越迅速，自动化技术在许多领域得到了长足的发展，应用领域也比较广泛，对于当前的高新技术产业而言，电气自动化控制技术是当前企业实现效率与安全的重要保证。

随着技术的不断进步，电气自动化控制取代传统意义上的人工操作已经是必然的趋势，许多企业使用先进的自动化技术进行转型，一方面大大的节约了成本的消耗，另一方面它提高了企业未来发展的方向，让企业能够以更好的技术引导企业发展。

电气自动化已经是工业发展水平的重要指标，通过电气自动化控制技术可以减少人员犯错的可能性，提高企业施工的精确性，最终实现企业的效益提升，安全性能也得到较好的保证。

1.3国内外研究现状

1.3.1国外研究的现状

二十世纪20年代，随着汽车、滚动轴承、小型电动机和缝纫机等工业发展，机械制造中开始出现自动线，最早出现的是组合机床自动线。

在二十世纪20年代之前，首先是在汽车工业中出现了流水生产线和半自动生产线，随后发展成为自动线。

第二次世界大战后，在工业发达国家的机械制造业中，自动线的数目急剧增加。

采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量；产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。

在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。

自动生产线在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程，其目标是“稳，准，快”。

自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。

采用自动生产线不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。

1.3.2国内研究的现状

近十年来，由于通信技术、计算机技术、电子应用技术和集成电路技术的快速发展，无线遥控技术也在其基础上得到了长足的发展与应用。

在系统的适应性能上，为满足不同的需求由硬件决定性能的遥控系统发展成为可编程的遥控系统。

在信息的处理方式上，采用哈佛结构与多路信号分时复用技术，提高了信息传输的速率与可靠性。

在制作工艺上，由于集成电路技术的迅猛发展，提高了设备的集成度减小了体积与重量，并且由于结构的改善，稳定性明显提高功耗也大大降低。

在计算机、通信与传感技术发展的基础上，遥控技术也趋于多媒体、大容量、超时空、智能化的方向发展。

目前国内的研究方向大体上与国际同步，主要研究的有声控、光控、无线电控制、远程实时同步控制等几个方面。

（1）声控方面[2]

声控主要分为2种，一种是传统的采用压电陶瓷或者是驻极体俗称咪头作为传感元件，通过放大电路与比较电路的处理来识别声音的有无，控制被控对象的开关状态。

这种技术主要被应用在公共场所，如声控灯、声控开关、声控计数等方面。

另一种这是较为新兴的语音识别技术，把传感器采集到的音频信号进行处理，比较波形的不同进行识别，主要的应用有智能家电、残疾人护理用品等领域。

（2）光控方面

光控同样分为两种方式，一种是通过光敏二极管、光明三极管、光敏电阻等传感器感知光照强度，由于光照强度的不同光敏电阻的阻值也发生相应的变化，光敏二极管则是通断状态的改变，从而实现控制的功能。

这种方式主要应用于对光有无的识别功能上。

另一种是红外线遥控技术，可以实现远程控制也是一种简单的信息通信技术。

[3]出于对红外，波长传播特性好的研究，研制出一种只对红外波长有反应的传感器，通过不同的编码与解码方式实现信息的传输。

由于红外线不会对其他电器造成干扰，也不会影响到现有的无线电设备，以其功耗低、外围电路简单，在日常生活中得到了广泛的应用。

对于这种方式大家已然是司空见惯的了，我们所用的电视遥控器就是利用这种原理工作的。

（3）无线电控制

无线电技术是最早的远程遥控技术，其传输距离理论上可无限延伸，实际应用上可远达至太空，由发射电路与接收电路组成。

当发射频率与接收频率相同时就实现通信功能，其发射频率、幅值可调并具有等幅、脉冲、单通、双通等模式。

其应用更是涉及军事与民用两大阵营。

（4）远程实时同步控制

这是目前最新的研究动态，集合多种控制、通信与处理技术，实现远程的声、影、动作实时同步的功能。

计划应用在军事、航空、特种作业等方面，具体的研究为远程实验室监控系统、深井作业控制系统。

第二章电气自动化设计方式

2.1远程监控式

远程监控系统是一项高技术、高难度的新技术，是指利用电脑终端对其他各个地方的设备进行集中控制的技术。

在电气工程中运用这项技术，可以大幅度减少电缆使用量，节省安装支出和材料使用的成本，还可以实现系统之间的组态灵活性和可靠性，获取更高效益。

但监控式对传输信号强度依赖性较高，电气工程的通讯量通常较大，加之现场通讯速度较低，在信号较差时远程监控式便会受到较大的限制。

因此，远程监控式设计更适合于系统控制范围较小的情况，在全自动化电气工程控制系统中并不适用。

集中监控式设计所谓集中化即指将所有的系统运行项目控制在一个系统中集中管理、运行，这种设计理念操作简单、对控制站的要求较低、在系统运行与维护方面较为简洁。

单一分散的监控不管是在处理器安装方面还是在电缆铺设连接方面，都十分繁琐，而且大量的单一电缆搅合在一起，处理器增多就会影响处理速度，使处理速度大为降低，这将导致投资成本增加，除此以外，系统的安全可靠性能也会受到影响。

2.2现场总线监控式设计

现场总线监控式技术在当前的电气工程中应用最为广泛，究其原因不外乎其高效性的特征。

这项技术具有实践性特点，是在大量应用实践经验基础上不断发展起来的，不同间隔采取不同的技术措施是这项技术能够广泛应用的重要原因。

在具体的操作实践中，主要的工作方式是现场安装，同时不断优化电缆连接技术，以能够有效降低电气工程中设备的投入成本。

在优化电缆连接技术、降低设备成本的同时，还要尽量减少设备的隔离和端子柜的使用量，不仅可以降低成本，提高电气工程的安全性、可靠性和有效运行，还可以增加运营效益。

2.3系统核心介绍

2.3.1PLC简介

可编程逻辑控制器，是一种采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。

一、基本构成

1、电源

可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去

2、中央处理单元（CPU）

中央处理单元（CPU）是可编程逻辑控制器的控制中枢。

它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

3、存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

4、输入输出接口电路

（1）现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。

（2）现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

5、功能模块

如计数、定位等功能模块、通信模块。

二、可编程逻辑控制器的特点

1.使用方便，编程简单

采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。

另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

2.功能强，性能价格比高

一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。

它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。

PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。

硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。

4.可靠性高，抗干扰能力强

传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

5.系统的设计、安装、调试工作量少

PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。

这种编程方法很有规律，很容易掌握。

对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。

完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。

6.维修工作量小，维修方便

PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。

PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故。

2.3.2组态软件简介

“组态（Configure）”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。

它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。

“监控（SupervisoryControl）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。

简单地说，组态软件能够实现对自动化过程和装备的监视和控制。

它能从自动化过程和装备中采集各种信息，并将信息以图形化等更易于理解的方式进行显示，将重要的信息以各种手段传送到相关人员，对信息执行必要分析处理和存储，发出控制指令等等。

在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用BASIC,C,FORTRAN等）来实现的。

编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。

组态软件的出现，解决了这个问题。

对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。

组态软件是有专业性的。

一种组态软件只能适合某种领域的应用。

组态的概念最早出现在工业计算机控制中。

如DCS（集散控制系统）组态，PLC（可编程控制器）梯形图组态。

人机界面生成软件就叫工控组态软件。

其实在其他行业也有组态的概念，人们只是不这么叫而已。

如AutoCAD，PhotoShop，办公软件（PowerPoint）都存在相似的操作，即用软件提供的工具来形成自己的作品，并以数据文件保存作品，而不是执行程序。

组态形成的数据只有其制造工具或其他专用工具才能识别。

但是不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。

组态工具的解释引擎，要根据这些组态结果实时运行。

从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。

虽然说组态就是不需要编写程序就能完成特定的应用。

但是为了提供一些灵活性，组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BASIC语言，有的甚至支持VB。

在当今工控领域，一些常用的大型组态软件主要有：

罗克韦尔（Rockwell）-SE,ABB-OptiMax，艾默生DeltaV,WinCC，ChinPMC，iCentroView,iFix，WonderwareIntouch，积成电子（E1000）组态王（KINGVIEW），紫金桥（RealInfo），力控，易控，华富开物（controX），[1] 巨控组态（giantview），天工组态，Advantrol，[2] VisualField，QTouch2跨平台HMI/SCDA组态软件等。

免费的组态软件有uScada。

图2-1组态软件控制界面示意图

窗体顶端

第三章电气自动化在电气工程中的实践应用和维护

3.1在变电站中的应用

传统变电站为实现自动化实时监测功能，主要采用电磁装置，而当今的全微机设备，技术先进使得电气自动化装置可以自动进行监视操作。

在变电站中使用电气自动化技术不仅可以加强变电站的监控功能，还能够大幅度提高变电站的运行水平和效率。

全微机设备的应用不仅可以实现监视画面的屏幕化，还能够使管理自动化。

变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备（包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等）的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。

通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息、数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。

变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备，简化了变电站二次接线。

变电站综合自动化是提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施。

3.2在电网调度中的应用

电网调度自动化系统是确保电网安全、优质、经济运行和电力市场运营的基础设施，是提高电网调度管理水平的重要技术手段。

为使自动化系统安全、稳定、可靠地运行，特制定此制度。

调度自动化是利用以电子计算机为核心的控制系统和远动技术实现电力系统调度的自动化，它包括安全监控、安全分析、状态估计、在线负荷预测、自动发电控制、自动经济调度等项内容。

调度自动化是电力系统综合自动化的重要部分，它可帮助值班调度人员提高运行管理水平，使电力系统随时处于安全、经济运行状态，保证向用户提供优质电能。

电力系统调度自动化是一项复杂的系统工程，它包括了数据收集、通信、人机对话、主计算机及高级应用软件等部分。

各部分之间密切结合，相互制约。

在此系统中调度运行人员成为整个系统调度自动化的有机组成部分。

这个自动控制系统不仅能完整地掌握全系统的情况，同时在正常运行和事故的情况下能及时而正确地作出控制的决策。

对于电网调度中电气自动化的应用来说，其技术主要表现在应用性领域的界定，即指实现电气系统局域网中电厂、变电站终端和下级调度中心三者之间的有效连接。

在应用领域中，由网络实现连接中心服务器、电网调度、打印设备、大屏显示器等设备。

在电网调度中，电气自动化的实际应用不仅可以实时性评估电力系统的运行状态，还可以对以电力负荷为基础的预测采取及时调度策略。

不仅可以保证电力系统的安全可靠运行，还可以对数据及时的收集整理分析和监控，以适应现代化市场的营销需求。

3.3在电气管理中的应用

在电气工程领域实现电气自动化是高新技术走入各行各业的显著表现，是高科技发展的代表，这一应用过程注重编程调试。

在应用时采集相关流量、温度、压力等数据，并对这些数据分析检测，发挥电气自动化的输出控制功能、技术处理功能，使设备的使用量和投资额大大降低，有效实现了设备控制的精度。

对于电气工程来说，在施工中应用电气自动化技术能够有效遏制工作人员弄虚作假、敷衍了事的情况发生。

3.4现场总线的应用

现场总线是一种用于底层工业控制和测量设备，如变送器（transducers）、执行器（actuators）和本地控制器（localcontrollers）之间的数据总线。

现场总线（fieldbus）的定义是：

安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。

其硬件组成包括：

总线电缆，又称为通信线、通信介质（媒体/媒介/介体）。

连接在通信线上的设备称为总线设备，亦称为总线装置、节点（主节点、从节点）、站点（主站、从站）。

软件包括：

系统平台软件：

为系统构建、运行以及为系统应用软件编程而提供环境、条件或工具的基础软件。

包括组态工具软件、组态通信软件、监控组态软件和设备编程软件。

系统应用软件：

为实现系统以及设备的各种功能而编写的软件，包括系统用户程序软件、设备接口通信软件和设备功能软件。

组态工具软件——为用计算机进行设备配置、网络组态提供平台并按现场总线协议/规范（Protocol／Specification）与组态通信软件交换信息的工具软件，如RSNetWorxforDeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP。

组态通信软件——为计算机与总线设备进行通信，读取总线设备参数或将总线设备配置、网络组态信息传送至总线设备而使用的软件，如RSLinx。

现场总线是当今3C技术，即通信（Communication）、计算机（Computer）、控制（Control）技术发展的结合点。

现场总线是过程控制技术、自动化仪表技术、计算机网络技术三大技术发展的交汇点。

现场总线是信息技术、网络技术的发展在控制领域的体现。

现场总线是信息技术、网络技术发展到现场的结果。

现场总线即连接现场的智能设备及自动化的系统的一种通信系统，其的任务主要是解决系统间信息在传递过程中出现的一些问题。

现场总线的出现为工业领域的发展提供了新兴的血液，其对工业的生产有着重要的意义，其带来的成效也比较显著，因此被广泛的应用到了工业领域中。

现场总线与其他的控制系统相比，其控制系统更为完善和全面，也更系统化，优势也比较多，包括：

全数字化、智能化、互用性和开放性等，所以现场总线成为了工业生产的自动化的发展方向。

同时，现场总线的控制系统对节约相关企业的生产成本有着极为积极的作用，且现场总线在设置方面相对简单，所使用到的设备也比较少，因此节约了设备投资的费用。

此外，现场总线还能够减少后期使用电缆的次数，这有利于相关施工费用的节约，所以现场总线对相关工业企业能够实现经济效益的最大化有着重要意义。

但是就目前来说，我国现场总线的控制系统还未发展成熟，其与分散的控制系统两者共同存于工业的生产中。

图3-1现场总线系统的组成

3.5在分散测控系统中的应用

在这方面的应用主要以分层的结构实现，包括太网、工作站、数据通讯网和过程控制单元等四部分组成。

工作站主要包括两类，分别是工程师和运行员，是人机接口的主要负责人。

过程控制单元是直接应用于生产的，其运行状态主要通过设备的检测实现，并能够有效控制设备，以实现整个生产过程的连续性和过程的检测、保护和控制。

过程控制单元和工作站输出的所有信息，发出的所有指令，都必须经由工作站运行员接受。

工程师工作站的主要职能是负责实行必要的诊断与维护工作。

综上所述，操作站、工程师站和监控计算机构成了DCS的人机接口，用以完成集中监视、操作、组态和信息综合管理等任务。

现场控制站和数据采集站构成DCS的过程接口，用以完成数据采集与处理和分散控制任务。

通信系统是连接DCS各部分的纽带，是实现集中管理、分散控制目标的关键。

通信系统连接DCS的各操作站、工程师站、