对电气自动化控制技术的发展进行分析

宋双

【摘要】本文探讨了电气自动化控制系统技术的一些现状，并对电气自动化控制技术的发展趋势进行了展望。

【关键词】电气自动化 控制技术 发展

一、电气自动化的发展历程、影响因素和现状

（一）发展历程

电气自动化技术是与电子和信息技术紧密结合在一起的一门电气工程应用技术学科，随着电子技术、信息网络、智能控制的飞速发展，使得电气自动化经历了从无到有、从发展到成熟的过程。

在20世纪50年代，“自动化”一词被提出，电力、电机等产品的出现催生了电气自动化，而继电器和接触器的出现及应用使得机器可以按照人的意志和设定来完成事先安排好的判断和逻辑功能，促使了电气自动化的发展变革；在20世纪60年代，现代控制理论的提出和计算机的应用推进了自动控制和信息处理的结合进程，自动化进入综合自动化阶段，可以实现生产过程控制与管理的有效优化，电气自动化得到了质的飞跃；在20世纪70年代，随着通讯、IT、微电子等技术的快速发展，自动化对象逐渐延伸为大型复杂的系统，出现许多问题难以借助现代控制理论予以解决，通过研究这些问题使自动化理论和手段实现了革新，产生了综合利用系统工程、计算机、人工智能、通信技术等高新技术，应用于复杂系统的高级自动化系统，促进了电气自动化的快速发展；从20世纪80年代开始，电气自动化得到快速发展，目前已经较为成熟，电气自动化己是高新技术的重要组成部分，在工业、国防、医学、农业等领域得到了广泛的应用，极大地促进了人工智能、航空航天、交通、制造技术等诸多领域技术的发展，对国民经济的发展起到了重要的作用。

（二）影响因素

电子自动化的发展受信息技术、物理科学影响，其中信息技术起着决定性的影响。信息技术的发展受电气自动化发展的影响，与此同时信息技术的发展也为电气自动化发展提供必要的工具基础。除此之外，物理科学的发展对电气自动化发展也起着一定的推动作用，三极管、大规模集成电路等技术的发展极大地促进了电气自动化的进步，未来电气自动化将在紧密联系物理科学的同时逐步向生物系统、微机电系统等领域拓展。

（三）现状

首先，电气自动化系统信息化。信息技术在纵向和横向上向电气自动化进行渗透，纵向上，信息技术从管理层面对业务数据处理进行渗透，利用信息技术可以有效存取财务等管理数据，对生产过程动态监控，实时掌握生产信息并确保信息的全面、完整和准确；横向上，信息技术对设备、系统等进行渗透，微电子等技术的应用使控制系统，PLC等设备界线从定义明确逐渐变得模糊，而软件结构、组态环境、通讯能力等的作用日益凸显，网络、多媒体等技术得到了广泛应用。

其次，电气自动化系统使用、维护与检修简易化。Windows NT等已经成为实施电气自动化控制平台、规范以及语言的标准，基于Windows的人机界面成为了电气自动化的主流，并且基于Win-dows的控制系统有着灵活、易于集成等优势，也得到了广泛的应用。采用Windows操作平台使得电气自动化系统的使用、维护和检修更加简单、方便。

最后，实现分布式控制应用。电气自动化系统通过串行电缆连接中央控制室、PLC、现场，将工业计算机、PLC的CPU、远程I/O站、智能仪表、低压断路器、变频器、马达启动器等连接，将现场设备的信息收集到中央控制器。

二、电气自动化控制系统的特点、功能和设计理念

（一）特点

与热机设备相比，电气控制系统的控制对象少、信息量小、操作频率低，但具有快速、准确的优势。由于电气设备要求较高的保护自动装置可靠性和快速反应能力以及较高的抗干扰能力，电气控制系统具有较多连锁保护，能够满足有效控制的要求。

（二）功能

基于电气控制的特点，电气自动化控制系统要实现对发电机一变压器组等电气系统的有效控制，必须具备以下的基本功能：发电机一变压器组出口隔离开关及断路器的有效控制和操作；发电机一变压器组、励磁变压器、高变保护控制；发电机励磁系统起励操作、灭磁操作、增减磁操作、稳定器投退、控制方式切换；开关自动、手动同期并网；高压电源监视和操作及切换装置的监视、启动、投退等；低压电源监视和操作及自投装置控制；高压变压器控制及操作；发电机组控制及操作；LPS、直流系统监视等等。

（三）设计理念

电气自动化控制系统主要有集中监控、远程监控、现场总线监控3种设计方式。集中监控方式的特点是由一个处理器集中系统功能进行处理，优势是设计简单、防护要求较低、运行维护方便。由于处理器工作量过于繁重，導致处理速度较低，对全部电气设备进行监控将导致主机冗余降低、电缆数量增多，导致投资加大，而且长距离电缆干扰也会影响系统，隔离刀闸、断路器采用硬连接也容易产生辅助接点不到位、查线不方便等问题，增大了误操作的几率。远程监控方式有着组态灵活和节省电缆、安装费用、材料以及可靠性高的优点，由于电气设备通讯量比较大，而Lonworks、CAN等各种现场总线通讯速度不高，该方式仅仅适用于小型系统的监控，无法满足大型电气自动化系统的要求。由于现场总线、以太网等技术的普遍应用和相应运行经验的积累，智能化电气设备得到了较快的发展，网络控制系统逐渐应用到电气系统中，现场总线监控方式能够针对电气系统具体情况进行设计，不仅具备远程监控方式的所有优点，而且还节省模拟量变送器、隔离设备、I/O卡件等。另外，智能设备安装简便，可以节省控制电缆和相应的投资及安装工作量和维护工作量，成本更低。由于通过网络相连的各装置功能独立，网络组态灵活，提高了系统可靠性，装置故障不会影响其他装置，更不会使系统瘫痪，是电气自动化控制系统未来主要的发展方向。

三、电气自动化控制技术的发展趋势

PC客户机/服务器体系结构、以太网和Internet技术引发了电气自动化的一次又一次革命，市场的需求驱动着自动化和IT平台的融和，而电子商务的普及将加速这一过程。Internet/In-tranet技术和多媒体技术在自动化领域有着广泛的应用前景，企业的管理层利用标准的浏览器可以存取企业的财务等各方面的管理数据，也可以对当前生产过程的动态画面进行监控，在第一时间了解最全面和准确的生产信息。虚拟现实技术和视频处理技术的应用，将对未来的自动化产品，如人机界面和设备维护系统的设计产生直接的影响，相对应的软件结构、通讯能力及易于使用和统一的组态环境变得重要了，软件的重要性在不断提高，这种趋势正从单一的设备转向集成的系统。