毕业论文
浅谈电气自动化的发展与应用
学院 邢台职业技术学院 专业 电气自动化 学号 19 姓名 李浩伟 指导教师 陈丽
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2014.5.5
目录
浅谈电气自动化的发展与应用 .............................................................................. 1 摘要 .................................................................................................................. 4 绪论 .................................................................................................................. 5 1．电气自动化的概念和优点 ................................................................................ 6 2、电气自动化发展现状 ...................................................................................... 7
2.1平台开放式发展 ...................................................................................... 7 2.2电气自动化系统集成信息化 ..................................................................... 7 2.3分布式控制应用 ...................................................................................... 8 3.电气自动化的应用与设计 ................................................................................. 8
3.1设计原则 ............................................................................................... 9 3.2设计思想 ............................................................................................. 10 4.电气自动化的应用 ......................................................................................... 11
4.1在净化空调设备中的应用 ...................................................................... 11 4.2在建筑行业中的应用 ............................................................................. 11 5.我国电气自动化控制系统的现状 ...................................................................... 12
5.1电气自动化工程分布式控制系统。 ......................................................... 13
DCS ..................................................................................................... 13 5.2电气自动化工程信息集成化控制系统。 ................................................... 13 5.3电气自动化工程集中监控控制系统。 ...................................................... 14 6电气自动化的发展趋势.................................................................................... 14
6.1统一监控 ............................................................................................. 14 6.2总线监控 ............................................................................................. 15 6.3采用计算机监控技术 ............................................................................. 15
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6.4通用的网络结构 .................................................................................... 15 7就业前景 ....................................................................................................... 16 结 论 ............................................................................................................... 19 参考文献 .......................................................................................................... 20 致谢 ................................................................................................................ 21
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摘要
本人针对电气工程施工管理做了一些理论和实践的探讨，内容主要包括电气工程的不可代替性和电气施工前期的准备，并对电气施工阶段的管理进行了介绍。
1. 电气自动化的应用与设计。 2.电气自动化的应用。 3.电气自动化的发展趋势。
关键词：电气工程；电气自动化；控制系统；发展趋势。
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绪论
国民经济的发展离不开生产，而近年来生产的发展主要靠电气自动化技术，电气自动化在国家生产中占了不可或缺的地位。本文对近年来中国的电气自动化做了简要介绍。详细分析了电气自动化技术的发展与应用。
电气工程及其自动化是一个涉及电工、电子、自动化和计算机工程等多个学科的综合性技术领域,在国民经济发展中占有基础性的地位,社会对本专业人才有着大量而稳定的需求。作为传统专业,其特点是强弱电结合,计算机技术与自动化技术相结合,实现工业企业的生产设备和生产过程电气化、自动化。
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1．电气自动化的概念和优点
电气自动化是研究与电气工程相关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、实验分析、研制开发以及电子与计算机等领域的一门科学。在我国解放后便开始对电气自动化进行深入研究，并且开始设立本科专业。进入新世纪随着电力电子技术、微电子技术的迅猛发展。使其发展日趋多元化。尤其是结合了目前嵌入式、网络、通信等技术后，电气自动化已出现在我们身边的各个领域。
电气自动化的优点包括：1优化供配电设计，促进电能合理利用。应能保证电气设备对于控制方式的要求，保证电气设备能发挥最大的作用，保证运行的稳定性和可靠性；2提高设备运行效率，减少电能的直接或间接损耗。要满足建筑对运行要求的制定和维护其安全运行的前提下，尽力减少成本，最大程度的降低和减少各种消耗。选用节能设备、均衡负荷、补偿无功、减少线路损耗、降低运行与维护费用，提高电力设备的是利用率，减少电能的直接或间接损耗；3合理调整负荷，提高设备利用率。在满足建筑物对使用功能的要求和确保安全的前提下，尽可能提高电能质量、合理调整负荷、选取合理的设计系数，在特殊用电的情况下选择合理的节能措施，提高负荷率和设备利用率节约电能
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2、电气自动化发展现状
2.1平台开放式发展
OPC(0LE for Process Control)技术的出现，IEC6113l的颁布，以及Microsoft的Windows平台的广泛应用，使得未来的电气技术的结合。计算机日益发挥着不可替代的作用。同时电气自动化系统平台统一化可以支持一个自动化项目周期中的设计、实施和测试、调试和开机、运行及维护等各个阶段和环节。这样可以大大降低从设计到完成的时间和费用。统一的系统开发平台还可以满足用户另一个重要需求即开发平台反文旁虫立于最终的运行平台。根据项目特点和最终用户需求决定将统一的运行代码下载到硬件PLC、基于Windows NT的软件PLC、嵌入式NT系统还是基于WindowsCE的控制系统中。
2.2电气自动化系统集成信息化
信息技术对电气自动化的渗透来自于两个方向：一方面是从管理层纵向的渗透。企业的业务数据处理系统要对当前生产过程的数据进行实时的存取。企业的管理层利用标准的浏览器可以存取企业的财务、人事等管理数据，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。另一方面，信息技术横向扩展到电气自动化的设备、机器和系统中。随着微电子和微处理器技术应用的增加，原本定义明确的设备界线，如PLC、控制设备和控制系统变的模糊了。相对应的软件结构、通讯能力及易于使用和统一
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的组态环境变得重要了。不仅包括传感器和执行器，而且包括控制器和仪表。Internet/Intranet技术和多媒体技术在电气自动化领域有着广泛的应用前景。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。信息技术革命的原动力是微电子和微处理器的发展。软件的重要性在不断提高。
2.3分布式控制应用
现场总线通过一根串行电缆将位于中央控制室内的工业计算机、监视／控制软件和PLC的CPU与位于现场的远程I/O站、变频器、智能仪表、马达启动器、低压断路器等连接起来，并将这些现场设备的大量信息采集到中央控制器上来。它是一种串行的连接智能设备和自动化系统的数字式、双向传输的分支结构的通讯总线。分布式控制意味着PLC、I/O模块和现场设备通过总线连接起来，将输入输出模块转换成现场检测器和执行器。
3.电气自动化的应用与设计
随着科技的发展,电气工程的学科结构、研究领域、技术领域发生了很大变化。以“强电拖动、弱电控制”为特色,同时兼顾电力系统技术,愈来愈多地应用信息技术、计算机技术、通信技术、电力、电子技术和自动化技术,电气工程
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及其自动化专业内涵也发展演变为强电和弱电结合、电工技术和电子技术结合、软件和硬件结合、元件和系统结合电力控制箱。
自动化技术的作用体现在,它面向整个工业领域,是连接传统与现代工业的纽带,是把现代管理技术、信息技术转化为现实生产力的关键性手段。在矿山、石油、建材、化工、制药、轻工、电力、汽车制造业以及军工等行业,生产效率的提高无不依赖于控制技术自动化水平的提高。电气自动化设计因为涉及学科和涵盖面相对较广,加上其直接应用于人民的生产生活,所以在电气自动化设计过程中应遵循以下原则和设计思路。
3.1设计原则
最大限度满足生产机械和工艺对电气控制的要求。首先，设计上要遵循运用自动化控制系统的最终目的。在控制设备的工序(启动，转向、制动、照明、保护等)上要尽可能贴近实际生产需要，其他表现形式的操作(工作流程图、执行原件动作节拍表、检测元件状态表等)也要对实际情况进行充分的考量综合。
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其次，满足了生产的需求，也要充分考虑方案的经济性和简便性。再次，机械设备和电气系统之间的关系处理，要遵循工艺需要，使设计力求做到成本、结构、使用和维护的多方平衡。最后，满足各各设备对原件的质量和安全保障基础上再实现美感的体现。
3.2设计思想
集中监控方式。集中监控方式不但运行维护方便,控制站的防护要求也不高,而且系统设计也很容易。但由于这种方式是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理,所以处理器的任务相当繁重,处理速度也会受到一定的影响。
远程监控方式。远程监控方式具有节约大量电缆、节省安一96 一装费
用、节约材料、可靠性高和组态灵活等优点。但由于各种现场总线的通讯速度不是很高，使得电厂电气部分通讯量相对又比较大，所以这种方式大都用于小系统监控，而在全厂的电气自动化系统的构建中却不适用。
现场总线监控方式。目前，对于以太网(Ethernet)、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中，而且已经拥有了丰富的运行经验，智能化电气设备也有了较快的发展，这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了坚实的基础。现场总线监控方式使系统设计更加具有针对性，对于不同的间隔可以有不同的功能，这样就可根据间隔的情况进行设计。这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外，还可以减少大量的隔离设备、端子柜、模拟量变送器等，而且智能设备就地安装，与监控系统通过通信
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线连接，节省了大量控制电缆，节约了很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。
4.电气自动化的应用
4.1在净化空调设备中的应用
对湿度的控制:装设在通风管(回风湿度近似于洁净室湿度)内的湿度传感器所检测的湿度,送往控制器与设定湿度相比较,用比例加积分运算控制,输出电JK信号,控制蒸汽电动调节阀的动作,控制回风湿度保持在45%,65%,使洁净室湿度以满足GMP要求。对温度的控制:净化空调系统采用DDC控制。装设在回风管(回风温度近似于洁净室温度)的温度传感器所检测的温度送往DX-9100,与设定点相比较,输出相应电压信号,控制加热电动调节阀或冷水电动调节阀的动作,控制回风温度保持在12℃~26℃之间,使洁净室温度符合GMP要求。
4.2在建筑行业中的应用
随着我国国民经济的飞速发展以及数字电子化科技发展智能化,建筑势必要引入电气自动化的成分,智能化建筑已经成为了当今建筑界的主流方向。为了达到设备的合理利用,资源的人力的节省就有了建筑设备的自动化控制系统。智能化建筑内有大量的电子设备与布线系统,如通信自动化系统,火灾报警及消防联动控制系统,楼宇自动化系统,保安监控系统,办公自动化系统,闭路电视系统等,以及它们相应的布线系统。
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火灾报警
5.我国电气自动化控制系统的现状
作为一项具有活力的高科技技术,电气自动化技术的发展前景是可观的。首先,电气自动化技术可以与我国的新锐的科学技术成果相结合,并且投入到电气自动化技术的创新中去。研发更多的电气自动化产品应用于我国的国计民生中,促进我国工业化的发展。其次,优化电气自动化系统的结构,实行电气自动化系统平台的统一化、系统结构通用化、系统程序接口标准化,这样就可以大大地提高对电气自动化技术的利用率,减少不必要的损失及节约冗杂时间及费用。最后,在将电气自动化技术应用于工业生产中,应注意电气自动化市场的产业化、生产
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的安全化以及工作人员的专业化。如此可以加大电气自动化在工业生产中的利用力度,推广电气自动化的使用,让更多的企业及行业受益于该项技术。总而言之目前我国电气自动化控制系统的现状主要体现在以下几点：
5.1电气自动化工程分布式控制系统。
电气自动化工程分布式控制系统是基于集中式控制系统演变而来的，它具有可靠性、实时性和可扩充性的优点，因而广泛运用于生产生活当中。但其缺点也随着不断的运用而逐渐显露出来，比如DSC 由于没有一个行业的统一标准，因而各厂家生产出的DSC 很难进行互换维修；DSC 属于模拟混合系统，其采用的仍然是模拟的传统型仪表，因而其可靠性很差，维修起来很麻烦；同时DCS 价格也比较昂贵，限制了其广泛应用。因此，必须对现有的技术进行改造，以便生产出更加实用的产品。
DCS
5.2电气自动化工程信息集成化控制系统。
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信息技术在电气自动化控制系统中的运用主要体现在以下两点：首先是信息技术在电气自动化控制系统中的横向扩展，微电子处理器技术的不断应用使得界面设备不再明确，而那种
结构软件、通讯的能力和统一、运用都比较容易的组态环境变得越来越重要。另外是在管理方面的纵向延伸，企业中的管理人员要不断运用先进的管理技术，例如使用特定的浏览器对财务核算和人力资源等数据信息的存取进行操作，利用电子设备对企业生产过程进行动态监控，及时了解生产过程当中的第一手资料等。
5.3电气自动化工程集中监控控制系统。
集中监控下的控制系统具有处理速度慢的缺点，这是因为其是将所有的功能都集中在一个处理器中来运行的，增加了处理器的负荷，使其效率降低。同时这种将所有设备都放入监控中的运行方式会增加监控负荷，使主机可用空间大幅度降低，电缆使用数量和使用长度因此也会增加，加大了投资成本，降低了传输的可靠性。另外集中监控的联锁和隔离刀闸中的闭锁均使用的是硬接线，这使得设备难以继续操作，而其反复的接线也大大增加了繁杂程度，对维护工作要求更高，出错的概率也大大增加，整体上使得电气自动化工程控制系统难以良好运行。
6电气自动化的发展趋势
6.1统一监控
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为了满足用户方便的运行平台，为了方便管理，实现设备与网络技术相结合，从而实现网络自动化和管控一体化。以现有系统为中心，将系统遥测量和遥控量接入，实行统一监控。统一监控，不仅减少了从设计到完成的时间和费用，而且运行维护也很容易操作。
6.2总线监控
总线监控的实现，推动了电气自动化的进程，运用总线监控，其优越性显而易见，组态可以灵活多变，成本低廉，进行安装时节约费用，等众多优点集于一身，总线监控的实现减少了资金投入和相应安装时的工作量。为了实现伞厂信息集成的透明通信，全面应用总线技术，根据不同的情况，设计不同的功能，为设备信息和生产信息提供了通信平台，广泛应用于自动化领域。由于通信的确定性和实时性，控制网络要求的问题被介质访问控制方式解决。
6.3采用计算机监控技术
在电气自动化发展的进程当中，计算机监督系统在其中起着相当重要的角色。计算机监控技术的运用不仅实现了设备与网络的结合，也实现了自动化和管控整体化过程，在电气自动化过程中，运用计算机监控技术，能过有效的对系统进行性维护，这取决于计算机的控制技术能够准确的检查出系统在那部分出现了问题，对此进行主动保护，避免了采用人工进行保护措施
6.4通用的网络结构
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在电气自动化发展进程中，网络结构的实现无疑加快了电气自动化的发展进程。网络结构不仅实现了网络和网络之间的连接，形成了一定的结构框架，有效的提升了大量信息的处理能力。网络结构是实现自动化的重要条件。在一个企业中如果想确保有用数据的有效传输，那就就必须依赖于一个好的网络结构，从而使企业能够正常发展运行。网络配置、数据管理等相关功能都存在于网络结构当中，也为电气自动化进程提供了保证
7就业前景
电气自动化专业是电气信息领域的一门新兴学科，触角伸向各行各业，小到一个开关的设计，大到宇航飞机的研究，都有它的身影。由于和人们的日常生活以及工业生产密切相关，发展非常迅速，现在也相对比较成熟。控制理论和电力网理论是电气工程及自动化专业的基础，电力电子技术、计算机技术则为其主要技术手段，同时也包含了系统分析、系统设计、系统开发以及系统管理与决策等研究领域。该专业还有一些特点，就是强弱电结合、电工电子技术相结合、软件与硬件相结合，具有交叉学科的性质，电力、电子、控制、计算机多学科综合。
电气自动化专业随着晶体管、大功率晶体管、场效应管等大功率的电子器件的出现和成熟、以及建立在场的理论上、以现代数学、矩阵代数为理论依据的弱电强电控制系统更使电子技术与自动化达到新的历史高度。虽然我国在这方面的发展还没有站在世界的最前沿，但随着我国综合国力的提高，对外交往
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的增加，我们已经逐渐缩小与发达国家的差距。具有代表性的是：每秒3000亿次计算机研制成功；纳米技术的掌握；模拟技术的应用。
电气自动化主要课程：电机及拖动、工厂电气控制技术、电力电子技术、电力电子技术实习、单片机技术、PLC技术、电子工程制图、工厂供配电技术、电子技术综合实训、电气设备、英语精读、专业英语。
电气自动化就业发展前景：“自动化”一是属于信息产业。信息产业被人们誉为“朝阳产业”，发展快、需要人才多、待遇高，是当今科技发展的趋势所在。因此，作为信息产业中的重要一员，自动化专业同样有着光辉的前途。二是自动化应用范围广。目前，几乎所有的工业部门都可以同自动控制挂上钩，现代化的农业、国防也都与自动化息息相关。三是本专业对于个人发展非常有利。本专业课程设置的覆盖面广，所学的东西与其他学科交叉甚多。这也与本专业的来历有关，自动化专业大部分源于计算机或者电子工程系的自动控制专业。
随着我国经济的不断发展，现代化工业的不断发展使电气自动化技术方面的人才市场有着相当大的潜力。尤其是广东地区，自动化生产技术不断提高，自动化产品不断普及，智能楼宇和智能家居的应用，智能交通的不断发展，为电气自动化技术专业提供了广阔的发展前景。
电力电子技术和微机控制技术是高新技术产业的重要组成部分，智能控制电器及电气控制设备、自动控制系统及生产线广泛应用于工业、农业、国防等
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领域，在国民经济中起着举足轻重的作用。通常情况下，毕业生可以选择国有的质量技术监督部门、研究所、工矿企业等；也可以是一些外资、私营企业，待遇当然是相当可观的。如果学生能力足够强，又在学习期间积累了比较好的研究成果，完全可以自己创业，闯出一片属于自己的天空。需要指出的是，由于国外在该专业方向的研究要领先于我们，因此如果想要有进一步的发展，确立自己在国内该方向的领先地位，出国深造是一个不错的选择
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结 论
随着工业的快速发展，工业现代化进程的推进，电气自动化在人们的
日常生活中的作用越来越凸显，已成为工业生产和人们日常生活中不可或缺的一个必需品。新领域的开发，电气自动化将不断地融合进新的因素,诸如智能化系统和大容量的信息输送系统。从而进一步提高我国在电气自动化领域的科技水平。
我国作为不断发展的欠发达国家，若想加快速度拉近我们和发达国家的距离，就要在农林牧副以及各种文化活动中下大力气。在国民经济发展的进程中，科技手段的运用是十分关键的，所以电气自动化的出现和发展是必然的，就我自己的研究，认为目前我国电气自动化的发展前景有三个方向，首先是电气自动化的开放化、信息化以及分布式。这三个方向决定着我国电气自动化的发展前景。现代工业发展离不开科技的介入，而工业的自动化是国家立足世界所无可取代的稳固基础。
总而言之,当今的经济迅速发展,科技日新月异,我们要正确地认识到电气自动化技术的特点,结合计算机技术,加强创新,准确地把握它的发展前景,将电气自动化技术投入到工业生产中,充分地应用其优点,为我国的经济蓬勃发展和崛起贡献。
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参考文献
[1]孙振华.创新——电气自动化改革的灵魂. [2]罗奕.电气工程专业教学的思考与实践.
[3]李洪文.我国厂用工业电气自动化的法杖现状与趋势.
[4]章昌南.浅谈我国工业自动化发展状况
[5] 王志良.网络化、绿色化一对自动化科学技术发展的几点回顾与展望.
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致谢
在此论文撰写过程中，要特别感谢陈丽老师的指导与督促。
谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，在这一刻，将最崇高的敬意献给你们！
本文参考了大量的文献资料，在此，向各学术界的前辈们致敬！
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