電氣自動控制系統匯總十篇
時間：2022-02-16 06:30:35
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篇（1）
中圖分類號： F407 文獻標識碼： A
0 引言
工程技術通過理解并控制自然而造福于人類，控制系統工程師通過理解和控制我們環境的一部分，即所謂的系統，為社會提供經濟實用的產品。為了達到對系統的控制目的就要理解系統，但是，控制工程也常常對尚未充分理解的系統實施控制，例如對化工過程的控制。控制工程最顯著的特點就是對各類機器、工業生產過程及經濟活動過程實施控制，以造福于社會。除了在航空航天、導彈制導、機器人技術等領域中，自動控制系統具有特別重要的作用之外，在現代機器制造業、化工過程、交通管制系統等實用工業自動化和復雜的現代系統中都是不可缺少的組成部分。
1自動控制簡述
在科學技術發展過程中，自動控制技術扮演了十分重要的角色。在飛行器制導、機器人控制、現代機器制造業生產流水線和工業過程控制方面，到處能看到自動控制的影子。沒有自動控制技術的應用就沒有現代工業的成果。日常生活中也有許多自動控制的應用實例，如市場上常見的高壓鍋上的安全閥就是一個簡單的控制系統，當鍋內因過熱導致壓力過高時，安全閥會自動打開從而減壓。即使是一個生物體，我們也能看到自動控制的實例，當我們感到熱的時候，我們就會出汗，當體溫下降后，汗腺又會自動收縮，這是身體的控制器官、感知器官、執行器官協調工作的結果，它們形成了一個閉環控制系統。控制系統有多種多樣的結構，閉環控制系統是其中重要的一種。
2 閉環控制系統和開環控制系統
2.1 閉環控制系統
凡是系統輸出信號對控制作用能有直接影響的系統，都叫做閉環系統。閉環系統也就是反饋控制系統。輸入信號和反饋信號(反饋信號可以是輸出信號本身，也可以是輸出信號的函數或導數)之差，稱為誤差信號。誤差信號加到控制器上，以減小系統的誤差，并使系統的輸出量趨于所希望的值。換句話說，“閉環”的涵義就是應用反饋作用來減小系統的誤差。
在工業生產和日常生活中，廣泛應用著閉環控制系統。例如：位移跟蹤系統(又稱隨動系統)、大多數的機床數控系統、冷藏設備、熱水器、空調器等，都是閉環系統。
2.2 開環控制系統
如果系統的輸出量對系統的控制作用沒有影響，則叫做開環控制系統。在開環控制系統中，既不需要對輸出量進行測量，也不需要將輸出量反饋到輸入端與輸入量進行比較。目前的洗衣機就是開環系統的例子。洗滌、漂洗、脫水過程，依次進行，無需對其輸出信號，即衣服的清潔程度進行測量。類似的開環系統例子還有采用時基信號控制的交通管制系統，這種系統并不測量車的實際流量，完全由時間來控制。
開環控制系統
在任何開環控制系統中，系統的輸出量都不被用來與參考輸入進行比較。因此，對應于每一個參考輸入量，都有一個相應的固定工作狀態與之對應。這樣，系統的精度便決定于校準的精度。為了滿足實際應用的需要，開環控制系統必須事先精確校準，并且在工作過程中保持這種校準值不發生變化。
當出現擾動時，開環控制系統就不能完成既定的任務了。因此，只有輸入量與輸出量之間的關系已知，并且不存在內擾與外擾的情況下，才可以采用開環控制。應當指出，沿時間坐標軸單向運行的任何系統，都是開環系統。
3 自動控制系統舉例
3.1 汽車駕駛控制系統
汽車的行駛路線由方向盤控制，駕車人控制方向盤。駕車人通過眼睛觀查汽車是否偏離預計的路線，當汽車偏離路線，即產生誤差信號時，駕車人調整方向盤，減小誤差，直到回歸正確路線，這是人工閉環系統。當用自動駕駛儀替代駕車人，由導航儀根據事先確定的路線驅動汽車行駛，則這樣的控制系統就是自動駕駛控制系統了，當然，對于汽車來說，除了方向控制之外還有其他控制系統。
3.2 汽輪發電機控制系統
為了對能耗進行有效的自動化管理，發電廠采用計算機對發電過程進行自動化管理，使耗能負荷平穩均勻，以便節省燃料消耗。在這個系統中，計算機是控制器，它將預期的氧氣含量、溫度、壓力、發電量與實際測定的值進行比較，產生控制信號，以控制鍋爐的給水、燃料、空氣閥門的開度，使之達到預期的性能指標。
3.3機器人
機器人是一種與自動化技術密切相關、由計算機控制的機器。工業機器人是自動化的一個特定分支，它是指專門用于替代人工勞動的自動化機器，因而具有某些擬人化特征。機械手是常見的機器人，它能在一定程度上模擬人的手臂和手腕，協助人類完成一些特定的工作。
3.4 控制工程實踐
工業過程(加工、制造等)中若采用自動控制而非人工控制，常稱之為自動化。在化工、造紙、電力、汽車、鋼鐵等工業行業中，自動化已經非常普遍。自動化成了工業社會的主旋律，工廠普遍應用自動化機器設備來提高生產產量，以便彌補由于工人加薪和通貨膨脹所帶來的成本增加。
此外，現代工業還致力于提供越來越精密、可靠和性能好的產品。例如，精密可靠的控制在過去的幾十年中顯著地提高了汽車性能。自動化最早在汽車工業中得到普及。傳送帶與自動化機床相結合，形成了很長的自動化生產線，可以在幾乎沒有操作人員干預的情況下，生產汽缸之類的引擎零部件。在車身生產中，使用自動給料機和高速沖壓機，可提高板材成型的效率。在設計和生產都相對成熟的其他領域，如汽車水箱生產中，自動化生產線已經完全取代了人工操作。
在現代應用中，自動化可以定義為利用程控指令對指定對象進行操縱，并通過信息反饋確認指令是否被正確執行的一項工程技術。自動化通常應用于過去由人工操作的場合，一旦實現了自動化，系統就可以不要人工干預或協助，而且還能比人工操作運行得更準確、更快捷。一個半自動化的系統則同時需要人工操作和機器操作。例如，許多汽車自動裝配線需要操作人員與機器人的密切配合。
冶金工業是另一個在自動控制方面取得相當成就的行業。事實上，在很多場合，控制應用甚至超前于控制理論，如熱軋廠對溫度、板材的寬度、厚度和產品質量等都實施了控制。
飛速增長的能源消耗和所面臨的能源枯竭的威脅促使人們努力采取新的節能措施，對能源進行有效的自動化管理。工業部門采用計算機進行能源管理，統籌安排生產，以減少能源消耗。近來，在自動倉儲和庫存管理中，也采用了反饋控制的概念，而且農業對自動控制的需求也日益高漲，人們開發了自動控制的保鮮飼料室和自動拖拉機，此外，對風力發電機、太陽能取暖和制冷裝置、汽車發動機性能的自動控制也都是重要的現代控制系統實例。
控制系統理論還在生物醫學試驗、病理診斷、康復醫學和生物控制系統中有了眾多應用，所研究的控制系統從細胞層次直到中樞神經系統，涉及溫度調節和神經系統、呼吸系統、心血管系統等。大多數生物控制系統都是閉環系統，但控制回路中并不只有單個控制器，而是包含著另外的控制回路，從而形成了一種多層次的系統結構。
反饋控制系統在工業生產中應用極為廣泛。一些實驗室和工業生產線上還使用機器人，這些機器人能提起重達幾百磅的重物，并能以極高的精度將重物放置在指定的位置，在工業生產中發揮著巨大的作用。
4 控制系統展望
控制系統不懈努力的目標是使系統具有更好的柔性和更高的自主性。柔性和自主性這兩個系統概念和特性從不同的途徑要求系統趨向同一個目標。現在的工業機器人已具備了相當大的自主性，一旦確定了控制程序，機器人通常不需要人的進一步干預。但由于傳感技術的局限，機器人適應工作環境變化的柔性卻十分有限，這也是開展計算機視覺研究的原因之一。一般意義下的控制系統具有很強的環境適應性，但它依賴于人的及時指導。展望未來，先進的機器人系統將通過改進傳感反饋機制，變得具有更強的任務自適應能力；有關人工智能、傳感器集成、計算機視覺和離線CAD／CAM編程等技術的研究，將使機器人系統變得更加通用和更加經濟；一般意義下的控制系統將朝著增強自主運行能力的方向發展，成為人工控制的延伸；在監督控制、人機交互等方面的研究將減輕操作手的負擔；計算機數據庫管理也將提高操作手的工作效率。此外，還有許多研究工作，如通信方法的改進和高級編程語言的開發等，對機器人和控制系統的發展同樣起著推動作用，并且有利于降低工程實現的費用和擴展控制工程的應用領域。
參考文獻
[1]徐鵬.電氣自動化控制方式的研究[J].科技廣場，2009(7).
[2]劉海龍.淺談電氣自動化的現狀與發展方向[J].黑龍江科技信息，2010(06).
篇（2）
一、電氣自動化控制系統的綜合功能概述
以下為電氣自動化控制系統簡析圖，從下圖可以清晰的看出電氣自動化控制系統中各部分的關聯和影響。
圖 電氣自動化控制系統簡析圖
結合目前常用單元機組的運作模式和電氣自動化的控制特點，可以將發電機上某一變壓器組同電源等電氣控制全部納入ESC監控模式下。它的綜合功效是：
形成發變組斷路器220kV/500kV的出口，從而隔斷開關控制和操作；
控制發電組、廠高變以及勵磁變壓器的保護程序；
形成包括啟勵和滅磁操作以及切換增減磁控制方式的操作組成的發電機的重要勵磁系統；
同時變組斷路器出口將自動形成開關自動化并允許手動操作的同期并網；
高壓6kV廠用電源的監視及操作、廠用電壓快切裝置狀態的操作、監視及低壓自投控制裝置；
380V的低壓廠用電源的系列自投裝置控制；
允許兩臺機共用的變壓器操作控制程序；
保安電源及柴油機組的操作控制程序；
監視直流系統及LPS系統。
同時，因為電力自動控制系統在發變組的主保護及安全自動裝置部分要求必須全部實現在DCS中，目前尚未得到發展，不過值得肯定到是，已經與DCS要扣實現連接，可以通過這一系統進行追憶事故的實現，這也屬于通訊信息自動化裝置。
二、電氣自動控制技術的應用
電氣自動控制系統對企業的設備運行會產生很大的影響，為保證電氣設備操作的穩定運行，企業要積極引進先進的自動控制技術。從現有的自動控制系統結構看，需要引進的自動控制技術有自動化技術、一體化技術、智能化技術等等，電氣設備操作人員要根據實際情況合理運用。
（一）自動化技術
實現生產自動化是企業引進的第一技術，與早期傳統的人工作業模式相比，自動化技術的運用滿足了機械生產的需要。對于高難度的生產作業模式，若堅持人工生產則會造成電氣設備故障，電氣自動化生產技術的運用提高了設備的使用性能。
（二）一體化技術
一體化生產技術包括兩方面：一是“人機一體化”，生產人員與機械設備之間的運行實現一體化操作，促進了生產效率的提升；二是“生產一體化”，現代化生產流程不再局限于某一個操作環境，而是將操作、告警、故障、調控等多個環節融為一體。
（三）智能化技術
當前，計算機技術在電氣設備控制中得到了廣泛的運用，以計算機為控制中心的先進生產模式正積極推廣。智能化生產操作模式成為了企業的新方向，其能夠完全擺脫人工操作設備的開采方式，只需通過計算機操作即可達到預期的控制效果，智能化技術的安全性、穩定性、可靠性良好。
（四）監控功能的應用
監控方式集中化
綜合電氣自動控制系統的設計，實現集中監控是較簡單的設計方法，對控制站防護的要求一般不高卻可以實現極方便的維護。其特點是把全部的系統功能集中在單一處理器上再進行綜合處理。自然，其缺點十分明顯，全部的設備投入監控操作，必然出現因目標對象的增加而增加主機壓力，使電纜、投資大幅度增加，而超出最佳距離的電纜也會在一定程度上干擾系統可靠性。并且，通過刀閘隔離實現閉鎖和斷路器連鎖而采用的硬接線時常因節點連接不到位尤其是輔助接點部分，從而使結果并不理想甚至設備無法正常操作。要達到效果理想的目的必須通過二次接線實現，而查線復雜、維護量大，也可能帶來一些不必要的錯誤操作，這樣的方法實際上并不是理想的。
2、遠程及現場監控的同時實現
遠程監控系統要求現場總線的通訊速度不能太高，但這樣的方式對電纜和安裝費用的消耗很少，且可靠性、靈活性并存的特殊性，只適用在較小的部分。而與之相反的全場電器自動化控制系統的構建，則使用現場總線的監控方式，而且隨著以太網和現場總線這樣的網絡科技的發展普及，電氣自動控制系統的智能化也有了一定的基礎并逐漸實現和發展。
現場監控的通訊總線是由串行連接的智能設備及自動化系統實現數據的雙向傳輸，這根串行電纜可以有效的鏈接起中央控制室的PC、監控軟件、PLC以及CPU，并且連接上遠程的變頻器、儀表及馬達啟動器和低壓斷路器等設備。如此，大量的信息被中央控制器采集上來，達到良好的效果。這相對于遠程監控，現場總線的形式更有針對性目標，不同區域具備不同功能，并且具備遠程監控的全部優點還補充了那部分不足。不僅降低耗費還使各功能裝置相對獨立、實現網絡連接和其靈活組態，并同時提高了系統的可靠性使系統不會因單一裝置出現故障或連接問題而影響整體系統的運作甚至癱瘓，
電氣自動控制中監控系統存在問題及運行建議
（一）存在的問題
1、ECS接口問題
目前我國DCS硬件普遍采用的都是進口設備，然而進口的DCS通信開放性在很大程度上受到限制，導致ECS與DCS的接口存在一些問題，并體現在以下兩個方面：一方面是一般情況下DCS系統較為側重于機爐控制，對于電氣自動化的控制開發受到一定限制，因此無法接受來自ECS的更多數據；另一方面是DCS系統的掃描周期較快為大約200MS，然而通訊周期、數據長度、信息量的多少對通信的實時性都存在一定的影響，因此ECS通信速率具有不穩定性。
2、系統接入問題
當前，我國大多發電廠電氣系統與DCS相連接，采取“硬鏈接”方法，但是這種方法的經濟性不佳，需要投資量較大，而DCS采取按“點”收費形式，每一個“點”的增加，都涉及到電纜與DCS連接的增多，增加了投資。
3、電氣聯鎖問題
在發電廠運行過程中，涉及到各種聯鎖回路問題。雖然支撐聯鎖反應的原理較為簡單，但是由于電氣自身操作較為復雜，再加上通信不穩定狀態，可能造成通信中斷問題，引發聯鎖失效。因此，在選擇聯鎖通信時，大多為“硬接線”形式。
（二）運行建議
1、接口問題
結合實際情況來看，一些功能不適合通過DCS而實現，這就需要充分考慮DCS與裝置之間的接口問題。另外，有關電除塵程控系統、網控計算機監控系統等如何與DCS相連接，也是需要關注的問題。如果出現接口處理不當問題，將對DCS監控功能的順利實現造成影響；有關接口的連接問題，可包括通信VI網絡連接、硬接線連接等兩種形式。當前，我國國內已經加快研究并應用硬接線方式。在網絡速度與電氣設計需求相符的情況下，也可考慮采用VI網絡連接。
現場總線
對于現場總線的設計，可以結合具體的工程情況、控制對象、控制范圍等，設置不同的段。例如，既可以在較為分散的開關柜中布置，也可以在相對集中的辦公樓、專用房間等進行電氣分場布置。
有關機組公用電氣系統問題
在兩臺機組的公用電氣系統中，如備用電源、高壓起動等，通過DCS公用控制網實現控制作用。在DCS公用系統中，形成相對獨立的公用控制網絡，并與另外兩臺機組相連接，可以將數據納入到DCS系統中。任何一臺機組的操作人員，都可以在權限范圍內進行公用系統操作處理，但是應該注意到，在DCS系統之間需要通過軟件支持閉鎖功能，確保在同一時間，僅有一項操作為有效狀態，確保各項工作有序開展。
四、電氣自動化控制系統的發展趨勢
OPC(OIJEforProcess Control)技術的出現，IEC61131的頒布，以及Microsoft的Windows平臺的廣泛應用，使得未來的電氣技術的結合，計算機日益發揮著不可替代的作用。IEC61131已成為了一個國際化的標準，正被各大控制系統廠商廣泛采納。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。
正是市場的需求驅動著自動化和IT平臺的融和，電子商務的普及將加速著這一過程。Internet／Intranet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、人事等管理數據，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。
結語
綜上，從長遠角度考慮，企業在控制電氣設備過程中要采用先進的控制系統，自動化控制系統的運行可提高設備操控的效率，降低操作人員從事生產的難度。為了讓自動控制系統能夠高效運行，企業必須制定針對性的技術方案保證設備的正常運行。
參考文獻
篇（3）
中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：A
1 電氣自動控制系統的概述
1.1 電氣自動控制系統的概念
電氣自動控制就是為了達到特定的控制目的，在沒有人直接參與的情況下，使用檢測儀表和其他的控制設備裝置對機器或者某一過程進行控制。一個電氣自動控制系統可以分為控制器和控制對象這兩部分，其中控制器是指控制機器或者過程的整套自動化的設備和儀表；控制對象則是指被控制的機器設備或過程。在控制過程中需要各種相關的數據參數作為控制用的參考數據，或者叫做被控參數。控制器和控制對象之間具有對應的變化規律，可稱為系統的輸入和系統的輸出。
1.2 電氣自動控制系統的性能要求
對于電氣自動控制系統的性能，大致可以概括為以下兩個方面：一是跟隨輸入，即電氣自動控制系統的輸出參量應該跟隨著系統的輸入參量而變化，比如弧焊機器人末端跟蹤焊縫軌跡的控制系統，就要求控制器的輸出可以做到跟蹤輸入軌跡來變化。但這其中也有一些例外的情況，比如有些控制系統中的輸入參量是不跟隨時間變化的，這就要求輸出參量也不跟隨時間變化。不管輸出參量是否隨這時間變化與否，但它都是符合跟隨輸入的原則的。另一個性能要求就是抗干擾，在進行電氣自動控制過程中，難免會受到外界因素的影響，導致控制系統的輸出參量產生一些偏差。所以為了保證控制系統能夠正確無誤地輸出數據，就要保證其具有一定的抗干擾能力。
1.3 電氣自動控制系統的分類
按照控制系統的結構分類，電氣自動控制系統可分為開環控制系統、閉環控制系統和復合式控制系統；若是按照電氣自動控制系統的任務分類，則可以分成調節系統、隨動控制系統和程序控制系統；按照電氣自動控制系統的數學模型分類，則可以分為線性控制系統和非線性控制系統，其中又包含時變和非時變的系統；按照電氣自動控制系統的信號進行分類，則可以分為連續控制系統和離散控制系統。除此之外，還可以根據系統的變量、規模、系統智能化程度等進行分類。
2 電氣自動控制系統的功能
電氣自動控制系統的標準語言規范是 Windows NT和IE。在電氣自動控制系統的發展領域，由于人機界面能夠靈活地控制并且容易集成，目前為止已經成為了一種主流的發展方向，受到越來越多的用戶青睞。并且，電氣自動控制系統使用的Windows NT和IE語言使其更加容易維護。
隨著自動化生產水平的提升，企業中自動控制系統的作用顯得更加重要，并且正在逐步成為電氣系統良好運行的重要支持因素。從大的方面來說，對于電氣設備，自動控制系統的功能就是實現機械設備和過程的自動化操作，從而降低人工操作的難度，并且大幅度地提高電氣設備的運行效率。這種設備主要有以下功能：
2.1 自動控制功能
當設備出現故障時，需要電氣自動化控制系統自動切斷電路，來保證整個系統的安全。這也是自動控制系統成為電氣操作設備中必要設備的重要原因。電氣自動化控制系統中的控制回路能夠保證線路安全穩定的運行，實現控制功能。
2.2 保護功能
電氣設備在運行過程中會時常發生不可預知的故障，電壓或電流以及功率等會超過設備與線路允許工作的范圍與限度，這就需要一套能夠檢測這些故障信號并對設備和線路進行自動處理的保護設備。
2.3 監控功能 （下轉第55頁）（上接第39頁）
當前的電氣自動控制系統都配備了相應的監控功能。這是由于控制系統中的自變量是電，而電是不能被肉眼所看見的，從外表看一臺機器設備，是不能夠判斷它是否帶電。所以這就需要借助各種功能的傳感器的，設置各種視聽信號，利用傳感器進行轉化，從而監控整個系統的變化。在自動控制系統檢測到異常狀況時，會自動發出報警信號，對工作人員進行提醒，實現系統的人機一體化。其中監控方式又可以分為集中監控方式、現場總線監控方式和遠程監控方式。首先，集中監控方式方便運行維護，并且對控制站的防護要求較低，系統設計也相對簡單，但集中式的處理器的任務較為繁重，處理速度也因此較慢。而且電纜數量的增加、長距離的電纜也會引入的較多的干擾，也會影響系統的可靠性。需要二次接線，但是二次接線復雜，查線不方便，很大程度上增加了系統維護的工作量。對于遠程監控方式說來，它適合于小型系統的監控，不適合全廠的系統構建，因為它的通訊速度較低。但它也具有一定的優點：節省材料和安裝費用、可靠性高，并且組態靈活。現場總線監控方式加強了系統的針對性，它不僅具有遠程監控方式的所有優點，還可以減少大量的隔離設備。它通過通信線進行連接，節省大量電纜，從而大大降低了建設和維護成本。
2.4 測量功能
電氣自動控制系統能夠測定線路的各種參數，在人類自身能夠接收到的視聽信號只能定性地表征設備的工作狀態，要進行對設備的電壓、電流、功率等詳細參數的測定，還是需要使用具體的電氣設備。電氣自動控制系統本身具有自動測量這些數據的功能，這就給設備的控制帶來了很大的便利。
2.5 智能化功能
電氣自動控制設備智能化模式成為了企業發展的新方向。目前，對于以太網在自動化系統中的應用，已經積累了豐富的經驗，智能化的電氣設備也有了很快的發展。由于智能化技術具有良好的安全性、穩定性和可靠性，就使其能完全擺脫人工操作，只通過計算機即可達到良好的控制效果。
3 電氣自動控制系統的發展趨勢
在當前情況下，軟件的重要性得到了很大程度的提高，電氣自動控制系統正從單一的設備轉向集成的系統。這可以反映在如下方面：市場的需求促使自動化與IT平臺進行融合，尤其是電子商務的普及更將加速這一過程。在自動化領域中，IT技術和多媒體技術擁有相當廣泛的應用前景：管理層不僅可以利用瀏覽器存取財務、人事等數據，也可以實時地對當前生產過程的動態畫面進行監控，這樣就能夠實時、全面、準確地了解詳細的生產信息。可以說虛擬現實技術和視頻處理技術，將直接對未來的自動化產品產生深遠的影響。與此同時，軟件結構、通訊能力、組態環境變得更加重要了。隨著當前計算機技術、以太網和技術的飛速發展，在未來的電氣自動控制系統中，電氣技術的與計算機和Internet結合將會變得越來越緊密，計算機將會在電氣自動控制系統中發揮不可替代的作用。
參考文獻
篇（4）
中圖分類號TM92 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）97-0053-02
0 引言
工程技術通過理解并控制自然而造福于人類，控制系統工程師通過理解和控制我們環境的一部分，即所謂的系統，為社會提供經濟實用的產品。為了達到對系統的控制目的就要理解系統，但是，控制工程也常常對尚未充分理解的系統實施控制，例如對化工過程的控制。控制工程最顯著的特點就是對各類機器、工業生產過程及經濟活動過程實施控制，以造福于社會。除了在航空航天、導彈制導、機器人技術等領域中，自動控制系統具有特別重要的作用之外，在現代機器制造業、化工過程、交通管制系統等實用工業自動化和復雜的現代系統中都是不可缺少的組成部分。
1自動控制簡述
在科學技術發展過程中，自動控制技術扮演了十分重要的角色。在飛行器制導、機器人控制、現代機器制造業生產流水線和工業過程控制方面，到處能看到自動控制的影子。沒有自動控制技術的應用就沒有現代工業的成果。日常生活中也有許多自動控制的應用實例，如市場上常見的高壓鍋上的安全閥就是一個簡單的控制系統，當鍋內因過熱導致壓力過高時，安全閥會自動打開從而減壓。即使是一個生物體，我們也能看到自動控制的實例，當我們感到熱的時候，我們就會出汗，當體溫下降后，汗腺又會自動收縮，這是身體的控制器官、感知器官、執行器官協調工作的結果，它們形成了一個閉環控制系統。控制系統有多種多樣的結構，閉環控制系統是其中重要的一種。
2 閉環控制系統和開環控制系統
2.1 閉環控制系統
凡是系統輸出信號對控制作用能有直接影響的系統，都叫做閉環系統。閉環系統也就是反饋控制系統。輸入信號和反饋信號(反饋信號可以是輸出信號本身，也可以是輸出信號的函數或導數)之差，稱為誤差信號。誤差信號加到控制器上，以減小系統的誤差，并使系統的輸出量趨于所希望的值。換句話說，“閉環”的涵義就是應用反饋作用來減小系統的誤差。
在工業生產和日常生活中，廣泛應用著閉環控制系統。例如：位移跟蹤系統(又稱隨動系統)、大多數的機床數控系統、冷藏設備、熱水器、空調器等，都是閉環系統。
2.2 開環控制系統
如果系統的輸出量對系統的控制作用沒有影響，則叫做開環控制系統。在開環控制系統中，既不需要對輸出量進行測量，也不需要將輸出量反饋到輸入端與輸入量進行比較。圖1表示開環控制系統輸入量與輸出量之間的關系。目前的洗衣機就是開環系統的例子。洗滌、漂洗、脫水過程，依次進行，無需對其輸出信號，即衣服的清潔程度進行測量。類似的開環系統例子還有采用時基信號控制的交通管制系統，這種系統并不測量車的實際流量，完全由時間來控制。
圖l開環控制系統
在任何開環控制系統中，系統的輸出量都不被用來與參考輸入進行比較。因此，對應于每一個參考輸入量，都有一個相應的固定工作狀態與之對應。這樣，系統的精度便決定于校準的精度。為了滿足實際應用的需要，開環控制系統必須事先精確校準，并且在工作過程中保持這種校準值不發生變化。
當出現擾動時，開環控制系統就不能完成既定的任務了。因此，只有輸入量與輸出量之間的關系已知，并且不存在內擾與外擾的情況下，才可以采用開環控制。應當指出，沿時間坐標軸單向運行的任何系統，都是開環系統。
3 自動控制系統舉例
3.1 汽車駕駛控制系統
如圖2所示，汽車的行駛路線由方向盤控制，駕車人控制方向盤。駕車人通過眼睛觀查汽車是否偏離預計的路線，當汽車偏離路線，即產生誤差信號時，駕車人調整方向盤，減小誤差，直到回歸正確路線，這是人工閉環系統。當用自動駕駛儀替代駕車人，由導航儀根據事先確定的路線驅動汽車行駛，則這樣的控制系統就是自動駕駛控制系統了，當然，對于汽車來說，除了方向控制之外還有其他控制系統。
3.2 汽輪發電機控制系統
圖3是汽輪發電機控制系統圖，為了對能耗進行有效的自動化管理，發電廠采用計算機對發電過程進行自動化管理，使耗能負荷平穩均勻，以便節省燃料消耗。在這個系統中，計算機是控制器，它將預期的氧氣含量、溫度、壓力、發電量與實際測定的值進行比較，產生控制信號，以控制鍋爐的給水、燃料、空氣閥門的開度，使之達到預期的性能指標。
3.3機器人
機器人是一種與自動化技術密切相關、由計算機控制的機器。工業機器人是自動化的一個特定分支，它是指專門用于替代人工勞動的自動化機器，因而具有某些擬人化特征。機械手是常見的機器人，它能在一定程度上模擬人的手臂和手腕，協助人類完成一些特定的工作。
3.4 控制工程實踐
工業過程(加工、制造等)中若采用自動控制而非人工控制，常稱之為自動化。在化工、造紙、電力、汽車、鋼鐵等工業行業中，自動化已經非常普遍。自動化成了工業社會的主旋律，工廠普遍應用自動化機器設備來提高生產產量，以便彌補由于工人加薪和通貨膨脹所帶來的成本增加。
此外，現代工業還致力于提供越來越精密、可靠和性能好的產品。例如，精密可靠的控制在過去的幾十年中顯著地提高了汽車性能。自動化最早在汽車工業中得到普及。傳送帶與自動化機床相結合，形成了很長的自動化生產線，可以在幾乎沒有操作人員干預的情況下，生產汽缸之類的引擎零部件。在車身生產中，使用自動給料機和高速沖壓機，可提高板材成型的效率。在設計和生產都相對成熟的其他領域，如汽車水箱生產中，自動化生產線已經完全取代了人工操作。
在現代應用中，自動化可以定義為利用程控指令對指定對象進行操縱，并通過信息反饋確認指令是否被正確執行的一項工程技術。自動化通常應用于過去由人工操作的場合，一旦實現了自動化，系統就可以不要人工干預或協助，而且還能比人工操作運行得更準確、更快捷。一個半自動化的系統則同時需要人工操作和機器操作。例如，許多汽車自動裝配線需要操作人員與機器人的密切配合。
冶金工業是另一個在自動控制方面取得相當成就的行業。事實上，在很多場合，控制應用甚至超前于控制理論，如熱軋廠對溫度、板材的寬度、厚度和產品質量等都實施了控制。
飛速增長的能源消耗和所面臨的能源枯竭的威脅促使人們努力采取新的節能措施，對能源進行有效的自動化管理。工業部門采用計算機進行能源管理，統籌安排生產，以減少能源消耗。近來，在自動倉儲和庫存管理中，也采用了反饋控制的概念，而且農業對自動控制的需求也日益高漲，人們開發了自動控制的保鮮飼料室和自動拖拉機，此外，對風力發電機、太陽能取暖和制冷裝置、汽車發動機性能的自動控制也都是重要的現代控制系統實例。
控制系統理論還在生物醫學試驗、病理診斷、康復醫學和生物控制系統中有了眾多應用，所研究的控制系統從細胞層次直到中樞神經系統，涉及溫度調節和神經系統、呼吸系統、心血管系統等。大多數生物控制系統都是閉環系統，但控制回路中并不只有單個控制器，而是包含著另外的控制回路，從而形成了一種多層次的系統結構。
反饋控制系統在工業生產中應用極為廣泛。一些實驗室和工業生產線上還使用機器人，這些機器人能提起重達幾百磅的重物，并能以極高的精度將重物放置在指定的位置，在工業生產中發揮著巨大的作用。
4 控制系統展望
控制系統不懈努力的目標是使系統具有更好的柔性和更高的自主性。柔性和自主性這兩個系統概念和特性從不同的途徑要求系統趨向同一個目標。現在的工業機器人已具備了相當大的自主性，一旦確定了控制程序，機器人通常不需要人的進一步干預。但由于傳感技術的局限，機器人適應工作環境變化的柔性卻十分有限，這也是開展計算機視覺研究的原因之一。一般意義下的控制系統具有很強的環境適應性，但它依賴于人的及時指導。展望未來，先進的機器人系統將通過改進傳感反饋機制，變得具有更強的任務自適應能力；有關人工智能、傳感器集成、計算機視覺和離線CAD／CAM編程等技術的研究，將使機器人系統變得更加通用和更加經濟；一般意義下的控制系統將朝著增強自主運行能力的方向發展，成為人工控制的延伸；在監督控制、人機交互等方面的研究將減輕操作手的負擔；計算機數據庫管理也將提高操作手的工作效率。此外，還有許多研究工作，如通信方法的改進和高級編程語言的開發等，對機器人和控制系統的發展同樣起著推動作用，并且有利于降低工程實現的費用和擴展控制工程的應用領域。
參考文獻
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DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.06.016
近些年來，電氣自動控制系統被應用到各個領域當中，充分發揮了其應有的價值，創造了較大的社會效益和經濟效益。此外，電氣自動控制系統作為一項科學技術，在某種程度上說，它是一個國家科技發展程度的標志，同時，進一步地推動了我國現代化建設。盡管電氣自動控制系統取得了較好的成就，但是，還需要相關的科學人員對這項技術進行進一步的研究和提高。
1 電氣自動控制系統的簡述
自動控制系統是指在特定的設備上，通過系統程序規定的操作自動運行，能夠實現自主調動與控制。針對一些較為危險、繁重的工作，自動控制系統的應用可以替代人進行作業，可以有效地解放勞動力。在人們的日常生活中，自動控制系統的應用隨處可見，譬如，家用的電熱水壺，之所以水沸騰燒開后會自動切斷電源，是因為在電熱水壺上有一個蒸汽感溫裝置，實質上就是一個較為簡單的自動控制系統。蒸汽感溫裝置會因為水燒開沸騰后所產生的蒸汽而發生變形，系統感知后，會推動電源開關，自動斷電。又譬如走廊樓梯間安裝的聲控開關，高壓鍋上的安全閥等，都屬于電氣自動化控制裝置，它的應用極大地便利了人們的生活，對生活質量的提高有著很大的推動作用。
電氣自動控制系統根據其自身結構可分為兩類，一個是開環控制系統，另一個是閉環控制系統。開環控制系統是指輸出端與輸入端不存在任何的聯系，也就是說輸出量不會影響到輸入量，其輸入量始終保持一個較為穩定的值，這個特性就對系統的精確度提出了較高的要求。由此可見，校準是一個必要且重要的環節，只有校對精確，才能確保設備的正常工作。例如，洗衣機、電風扇都是應用了開環控制系統，洗衣機的各個環節不需要輸出信號，便可依次執行，電風扇的轉速不會因為外界的溫度因素而改變，而是由檔位的調換來實現。閉環控制系統的輸出量與輸入量有著緊密的聯系，通過輸出量對輸入量的反饋來隨時校準輸入量，其系統相對于開環控制系統的復雜性更高。生活中用的熱水器、空調等都是應用了閉環控制系統。
2 電氣自動控制系統的應用
（1）制冷與空調設備。制冷與空調設備中電氣自動控制系統的應用主要表現在溫度、流量、濕度等參數上面的自動控制與調節。比如冰箱，制冷系統會隨著環境溫度的變化而進行自動調節，當冰箱的冷凍庫已經到達預定的-24℃時，系統得到反饋后會自動停止制冷，而當溫度升到-16℃時，制冷系統將開始自動運轉，使冷凍庫的溫度始終保持在-17℃--24℃之間。
（2）汽車駕駛控制系統。汽車的行駛需要駕駛員通過控制方向盤行駛在目的地的路線上。當汽車在行駛的過程中，方向出現偏差，此時，駕駛員可通過調節方向盤來進行誤差的矯正，使得汽車回到正確的路線上來。若駕駛員使用自動駕駛儀，根據導航儀設定的路線進行自動駕駛，若線路出現偏差會及時地調整。這是一個典型的電氣自動控制系統應用表現
（3）機器人。機器人可替代人完成要求比較精細或高危險的工作，它應用了先進且復雜的電氣自動控制系統，通過人為操控計算機來實現機器人的工作。其一工作效率得到了顯著的提高，其二節省了人力資源，降低了生產成本，促使利益最大化。機器人行業需要更為先進的智能化與自主化系統，推動了電氣自動控制系統的進一步研發，并應用到該領域中，使其形成一個良性循環。
（4）水廠凈化系統。在自來水廠的凈化系統中應用電氣自動控制系統，能有效地降低因人為添加化學劑導致水質不合格的現象出現，系統中設定好各個環節的標準，有序地進行水質凈化，節省了不少人工檢驗的時間，提高了水廠的運營效率，增大了利益空間。
3 電氣自動控制系統的未來發展
現階段的電氣自動控制系統大部分還是由人為操控進行數據校正，但是隨著科技的深入研究，對傳感反饋機制的改良，使得未淼淖遠控制系統將減少人為控制，環境適應能力增強，更加地智能化。此外，電氣自動控制系統的廣泛應用的效果得到了社會的肯定，但是某些領域還未涉及到這個科技成果，因此，未來的發展方向應考慮到自動控制系統的通用性，讓人們感受到科技帶來的便利。最后，電氣自動控制系統需要不斷地完善，逐漸實現系統控制的自動化。在人機交互方面，研究出更為先進的自動控制系統，減輕人為操作的工作量。
電氣自動化控制系統在各領域的應用，促使設備的往更加智能化、自主化的方向發展，一定程度上增強了企業的競爭能力，間接地激發了市場的經濟活力，與社會的經濟發展形成了相輔相成的推動關系。
4 結束語
綜上所述，電氣自動控制系統技術儼然成為我國國民經濟增長的推動力，在未來的發展中，以滿足現代社會需求為目的，努力趕超國際的自動化技術水平，為人類創造更為先進、便利的生活環境。
參考文獻：
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導報 ，2012，3（04）.
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1 前言
隨著電氣設備和電子設備大量出現，設備被廣泛應用。逐漸實現工業生產自動化，自動化發展水平高。但是，在使用過程中，自動化控制設備和電氣設備抗干擾能力比較低，時常受到雷電影響，嚴重阻礙工業經濟發展。一般而言，在設備運行中，一旦電壓過低，就特別容易出現雷電危害。
2 雷電對化工廠控制系統造成的危害
2.1 直擊雷的危害
眾所周知，雷電是一種常見的自然現象，雷電的出現會帶來經濟破壞和生命安全，后果非常嚴重。雷電對化工廠控制系統危害非常大，產生的電磁脈沖干擾影響也很大。如果化工廠遭到雷擊，不但是建筑受到了損害，會使得電子系統和DCS無法運行，從而導致設備損壞加重，影響化工廠無法正常運行，人們生命安全難以得到保障。直擊雷產生的危害非常大，它直接作用于自動化儀表和化工控制設備上，雷電一旦產生，會形成大量的電流，使得設備遭受破壞。最明顯的危害是，連接裝置中會形成較強的電流，會影響到電阻壓降，從而使得電位逐漸升高，這直接破壞了系統。
2.2 電磁脈沖干擾
電磁脈沖干擾主要是在打雷瞬間形成的，當強大的雷閃電電流產生之后，脈沖電磁場會特別強，會有超強的電磁脈沖出現。在一定范圍內，產生巨大影響。因此，這也被稱為感應雷。這種雷擊對化工廠設備產生巨大影響，會使得設備和導線出現破壞，從而埋下巨大安全隱患。
3 化工廠電氣和自動控制系統雷電防護
3.1 合理接地
該方式實踐證明，自動化控制和化工廠電氣使用合理的接地方式之后，對雷電防護有重要作用。合理接地最為關鍵的環節是，根據接地電阻大小來確定，接地電阻數值較小，雷電流泄放的能力會非常強。對雷擊物高電位保持能力會非常低，導致的危害特別大。在化工雷電防護進程中，選擇合理的接地方式，能發揮出巨大的作用。而合理的接地防水主要有建筑物接地、強電系統接地和計算機控制系統接地這幾種。其中計算機控制系統是一項特殊的電氣系統，系統接地電阻使用標準較低，需要進行重新設置。舉個例子：計算機系統直流工作電阻應該小于2歐，系統運行工作電阻應該小于4歐姆，安全保護地電阻應該小于4歐姆。在化工廠計算機系統遭受到，雷擊之后，計算機系統同地網系統會形成較高的電位。因此，在進行設置進程中，需要使用計算機和地網控制系統，在保持距離10以上執行安全防護。當需要引入接地線時，電網和接地線理當保持一段距離。因此，需要選擇屏蔽或者是絕緣措施進行應對。
3.2 電磁屏蔽
在化工廠電氣和自動控制系統中引入或者引出的電纜線需要設置在電纜槽盒內，并且在不同的階段的電纜槽盒之間應該采用金屬進行聯接，從而保證整個電纜槽盒內的電路暢通。就不會形成新的電子脈沖，當槽盒被雷擊之后，槽盒內的電纜線不會出現被破壞現象，因此也不會出現危害或者干擾。設計過程中，為了保障槽盒雷電電壓滿足自動化控制需求，需要將電纜引入控制內，進行設置時，激昂電位相連接在一起。并且對其他的管線也理當執行電位相連接，避免雷電危害出現。在化工廠防雷設置時，借助自動化控制室和電氣控制室，在墻面、門窗以及鋼筋位置進行連接安裝，從而形成一個有效地避雷網。這就能有效地避免因為雷電形成的電磁脈沖影響，保障自動化控制系統和電氣安全運行。針對于一些特殊的儀器儀表，電纜沒有進行完好設置，電纜槽盒進行雷電設計，應該選擇合適的方式，實現電纜線設置。保障屏蔽層和化工廠控制系統實現相互電位連接。
3.3 使用SPD
可以合理使用SPD，化工廠電氣和自動化控制系統中，使用了SPD，最重要的作用是，當電感應直接流入信號傳輸線中時，電力線瞬間會受到電壓限制。保障了自動化設備和電氣設備不會受到電壓穿極影響。使用SPD還可以將自動化設備和電氣電壓控制在合理的范疇內，較好發揮出防雷作用。在化工廠自動控制系統中，控制系統都會選擇電位連接方式，為了避免電磁場干擾現象。控制系統的啟動會形成一個較大的避雷網，防止不必要的電流進入。因此，在控制系統中，線路的安裝一般都會采用SPD系統。而且在配電系統和儀表設備之間，現場儀表以及PLC控制設備之間都需要有SPD系統保障。能使得整個化工廠系統都被保護起來，這能有效地防止雷電危害出現。
4 結語
隨著社會不斷發展，化工廠和自動化控制系統雷電危害主要有電磁脈沖和雷電危害兩個重要干擾。因此，雷電防護過程中，需要進行合理的接地安裝，使用電磁屏蔽方法對化工廠和自動化控制系統進行防雷設置，這對于化工廠經濟建設有重要作用。當有效地保障了自動控制系統安全運行，有效提高化工生產經濟效益。隨著科學技術不斷發展，將會出現更多的防雷技術，這將有效地提高自動化設備運行水平和化工廠運營效率。
參考文獻：
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關鍵詞：PLC;電氣;控制系統;運用;設計
1 將PLC控制系統設計到電氣設備自動化控制系統中
（1）設計科學合理的流程。明確電氣自動控制的任務，并加以評估，將PLC控制范圍確定下來。最后技術人員根據PLC的功能和性價比來確定程序控制器的主機。在此基礎上確定各模塊及相應的各單元，如顯示設定單元、模擬量單元及位置控制單元等。
（2）確定輸入/輸出地址。PLC接線端上的I/O信號的地址是PLC控制系統設計的基礎。只有確定了輸入/輸出地址，才能進行下一步的軟件編程工作;I/O地址的確定是控制柜及PLC接線繪制裝配圖、電氣接線圖、安裝人員裝配的基礎。以表格的形式列出I/O的名稱、代碼和地址是很有必要的。
（3）設計控制系統。控制系統分為硬件部分和軟件部分。PLC控制程序的編寫是系統設計中軟件部分的組成。除了程序編寫之外的控制系統設計基本都是屬于硬件設計，如電氣線路的設計、PLC控制器的設計、抗干擾的設計及PLC控制器線路的設計等。
1）設計系統的硬件。硬件設計的主 要包括確定電氣控制元件;設計抗干擾措施;設計電氣控制系統。
2）設計系統的軟件。主、子程序及中斷程序是軟件設計的三大主要部分。設計PLC控制程序時編程是主要的方法但更重要的依靠設計者自身累積并總結經驗。應用較多的編程方法有流程圖法、狀態表法、邏輯代數法及功能圖法等。設計程序常見步驟為：①查找輸出對象，確定出其啟動及關斷條件;②輸出對象的啟動條件及關斷條件有制約條件的，要找出來;③大多情況下，輸出對象以FK=（X開+K）?X關關公式加以編程，有制約條件的，以FK=（X開?X關約+K）?（X關+X關約）公式加以編程;④代入相應數據入公式中，結合PLC編程的要求，建立梯形圖;⑤全面檢查并修改程序。
梯形圖編程設計系統程序與語句表編程相比，更直觀，更加一目了然，但具有需要修改時比較麻煩工程量大的缺點。一般對于比較清晰的并發、單及選擇順序的控制任務，應用功能圖進行設計程序較有優勢。
（4）調試系統。系統硬件的模擬調試工作必須在主電路斷開的環境下實行，并且只能夠調試手動控制部分的功能正確與否;只有模擬出各種開關信號輸入的情況才能夠對系統軟件部分進行調試，通過綜合應用電位器、萬用表及開關模擬多種現場信號，觀察此時PLC輸出的邏輯關系是否與控制要求相符;與此同時，也可應用電腦直接模擬加以調試。通過反復修改與調試來確定程序的完全正確。
（5）系統聯機調試，下載已經編制并且調試好的程序到現場PLC控制系統中實行運用。首先斷開主電氣然后才開始調試，只能對控制電路實行聯調。聯調過程中，發現問題，要反復全面檢查系統接線與軟件設計里程序的編寫與調試，只有系統控制功能正常，并滿足控制要求才能交付使用。整個體系完成后，系統完成后，必須整理相關技術資料以存檔，為以后系統的維護、檢修及改進等提供依據。
2 電氣設備自動控制中PLC控制系統的操作過程
（1）選擇合適的電源。選擇電源時，最基本的要求時其額定輸出電流各模塊消耗的電流總和。
（2）相匹配功能模塊的選擇。選擇的基礎是要選擇可靠性高的機型，并且在系統運行的過程具有很好的穩定性。
（3）設計控制元器件。設計輔助程序、故障應用措施，分配存儲空間、編制功能子程序是設計系統控制元器件的主要內容。
（4）正確的輸入/輸出模塊的選擇。1、輸入/輸出模塊點數的確定;2、運用離散系統來實現輸入與輸出的模擬;3、編入具有特殊功能的輸入與輸出。
（5）控制系統連接與安裝的實現。PLC 控制系統多個部件在配線板上的實現，按照相應的系統接線圖對其進行安裝工作。
（6）調試實現PLC的運行。1、調試PLC控制系統硬件與軟件，以保證試運行的穩定性;2、試運行過程中，設計人員必須注重PLC控制系統各個部分運行情況詳細觀察運行的細節，對出現的各種情況必須立即做出停機處理，找出出現問題的原因與源頭，并及時的選擇正確、有效的方式處理掉出現的情況;3、確定PLC控制系統試運行準確無誤后，要整理好技術文件，并且交付使用。
3 PLC控制系統應用領域
（1） PLC控制系統在數控系統中的應用。傳統的控制系統具有多種控制方法，隨著PLC 控制系統的出現，在業內引起了非常廣泛的關注。在數控系統中實現了PLC 控制系統的應用，大大促進其控制定位變的精確與方便。
（2）PLC控制在交通控制系統中的使用。交通控制系統中PLC 控制系統的應用關鍵體現在控制交通系統總線方面。采用PLC控制系統使得交通系統工作效率得到極大程度改善，在一定程度上進一步完善和高效化了監控。
（3）中央空調系統中的PLC控制系統運用。當下，控制中內空調系統的方法有如下三種模式：
（1）繼電器的傳統控制模式。
（2）數字化的直接控制模式。
在此三種控制模式中，繼電器的傳統控制模式與直接數字控制模式由于其自身缺點原因，在實際中其應用廣泛度逐漸減少。而PLC控制系統因抗干擾性能高、較穩定、便于維護等優勢，在中央空調系統中的應用越發廣泛。
4 結語
電氣設備中應用PLC控制系統后，使得傳統復雜電器邏輯得到簡化，在具備簡單易操作特點同時，又大大降低了故障率，還提高了運行過程中穩定性。極大促進了電氣PLC控制系統的運用。
篇（8）
隨著我國經濟飛速發展, 能源的供需矛盾日益突出, 可持續發展和綠色經濟概念將成為我國工業經濟發展的主導方向。以往的掠奪式開發、粗放型經營、高能耗的工業將退出歷史舞臺。作為現代能源的主導, 電力行業也需要及時轉變觀念, 在節能降耗上加大投入, 加快新技術的開發及應用。
發電廠的節能降耗, 最明顯的是節約燃料、提高鍋爐燃燒效率、提高熱力循環效率、降低傳輸熱量損耗。但這些往往是設備材料制造水平決定的, 在設計中繼續挖掘的潛力不大。而電氣專業由于總體能耗相對比重不是很大, 以往重視程度也不夠, 反而有較大的潛力可挖。電氣節能, 可以從以下幾個方面著手。
一、降低變電過程中變壓器損耗
變壓器損耗分空載損耗和負載損耗。空載損耗主要取決于變壓器鐵心的材質及變壓器內部結構。負載損耗主要取決于線圈的材質和導體截面。
1. 采用節能型變壓器。由于材料技術的不斷發展和變壓器廠對結構的不斷改進, 節能型變壓器發展也很快。通過實踐節能型變壓器節能效果還是非常好的, 因此應優先選擇節能設計新型的節能變壓器。
2.調整變壓器運行方式節約能耗。盡量減少空載運行變壓器數量。我們知道, 火力發電廠一般都設置大容量的高壓啟動備用變壓器, 作為高壓廠用變壓器的備用兼作電廠啟動電源, 其容量一般都與最大的高壓廠用變壓器相同, 容量很大, 空載損耗也很大。應注意電廠用電的可靠性應滿足規程規范的要求。
在滿足電廠用電可靠性的前提下, 低壓廠用電接線盡量采用暗備用動力中心方式接線。在暗備用動力中心接線方式下, 正常運行時, 兩臺互為備用的變壓器各帶一半負荷運行, 每臺變壓器的負載損耗降為帶全部負荷時的1 /4, 節能效果明顯。采用明備用動力中心接線雖然可以節約變壓器投資, 但增加了電纜和電纜通道的投資, 經濟上優勢不大, 從長期運行角度看, 暗備用動力中心接線方式經濟上更具有優勢。
二、降低輸電過程中的線路損耗及鐵磁性損耗
1.用經濟電流密度選擇載流導體載面。導體選擇時, 除配電裝置的匯流母線以外, 對于全年負荷利用小時數較大, 母線較長, 傳輸容量較大的回路(如發電機至主變壓器和發電機至主配電裝置的回路) , 均應按照經濟電流密度選擇導體截面。這樣可以在投資優化的前提下, 也降低了線損能耗。
2.采用封閉母線。發電機引出線載流導體除應按照經濟電流密度選擇外, 還應在布置及安裝可能的基礎上, 優先采用離相封閉母線。縮短導體長度, 減少輸電線損。同時由于屏蔽效果良好, 極大的降低了輸電路徑上的鐵磁性損耗。另外在運行可靠性、減少維護工作量和美觀上也有較大提升, 可謂一舉多得。
3．減少輸電過程中的鐵磁性損耗。在交變磁場的作用下, 鋼材料會產生渦流損耗和磁滯損耗, 統稱為鐵磁性損耗。如果鐵磁性損耗過大, 會造成鋼材料局部過熱, 可能全威脅到人身安全、設備安全或結構安全, 還造成大量電能損耗。要減少鐵磁性損耗, 應從減少交變磁場中鋼材料的使用、增加屏蔽、避免形成閉合回路、改善鋼材料與載流導體空間關系等方面入手。
具體措施,導體金具應采用設計更為先進的型號及盡量采用非導磁性材料制造的金具, 這樣既降低了損耗, 也意味著溫升降低, 延長了金具安全使用壽命。在電抗器周圍應嚴格按照制造廠給出的空間尺寸來限制鋼結構使用的空間范圍。同時也要注意盡量減少電抗器周圍鋼材料的使用, 在合理的范圍內盡量加大鋼結構與電抗器的距離。在有強交變磁場的空間內, 在鋼結構設計上,合理選擇鋼構與母線的相對位置, 使鋼構盡量與導體垂直, 以使不產生感應電勢和環流。避免較長鋼結構與母線平行。大面積鋼筋混凝土中的鋼筋結構, 應將鋼筋結構割成不連續的小尺寸或在縱橫鋼筋交叉點用包扎絕緣的方法, 以減少環流。斷開閉合回路。設計中應避免大電流母線附近的鋼構件形成包圍一相或兩相的閉合回路, 如不可避免時可采用黃銅焊縫或絕緣板隔離磁路的方式。在大電流敞開式母線與鋼構之間加裝電阻率低的非導磁率材料制作的屏蔽板, 可明顯減少鋼構的鐵磁性損耗。在大電流敞開式母線支持鋼結構上加裝電阻率低的非導磁率材料制作屏蔽環, 可明顯減少鋼構的鐵磁性損耗。
三、降低電力拖動過程中的損耗
發電廠中使用的電動機基本都是鼠籠型異步交流電動機, 具有結構簡單、運行可靠、價格便宜、易于維護等優點, 是電力拖動的絕對主力。
為了降低電力拖動中異步電動機的損耗, 首先要選擇效率高、功率因數高的電動機;二是采用調速技術, 使用電動機在低負荷時低轉速運行, 進而提高效率, 達到節能降耗的目的。
在實踐中獲得應用的三相異步電動機電氣調速技術, 常見的有: 變極調速,電動機采用多速電機，通過繞組的不同接法獲得不同的極對數, 以獲得不同的轉速。高壓多速電機, 一般應用于大功率風機、大功率水泵。低壓多速電機, 一般應用于通風機、機床、行車、起重機等。相比單速電機, 也有較好的節能效果。
變頻調速,交流電機變頻調速系統由交流電機、可以變頻變壓的靜止變頻裝置及其控制電路等組成。靜止變頻裝置可以分為交- 交變頻和交-直-交變頻兩大類。其中交-直-交變頻應用較廣。
交-交變頻器: 亦稱直接變頻器或循環變頻器。它由接到同一交流電源上的若干相控整流器所組成, 按照一定的規律控制各相控整流器的控制角, 使整流器工作在整流或有源逆變狀態, 就可以在輸出端得到多相整流波的包絡線所組成的較低頻率的交流電。這種方法僅適合大功率低速的交流拖動。交-直-交變頻器: 亦稱間接變頻器。它是先把電網頻率的交流電用可控或不可控的整流器變為直流電, 經過中間直流電路, 再用逆變器變換為頻率可調的交流電, 從而控制電動機的轉速。由于變頻調速有諸多優點, 對于電廠中負荷變化較大的電力拖動機械, 或經常處于低負荷運行的電力拖動機械, 在經過技術經濟分析后及安裝可能的前提下, 均應采用變頻調速裝置, 可以節約大量電能。
改變轉差率調速。轉子串接調速變阻器調速。電機采用繞線型異步電機, 通過控制電路投切轉子回路中串接電阻數量, 隨著轉子電阻增加, 轉差率s 變大, 異步電動機轉速降低。此方法優點是簡單, 可獲得較高的轉矩。經常使用的起重類機械, 不應采用此種調速方式, 應采用變頻調速以節約電能。串級調速改變轉子回路電阻調速時, 將在調節電阻中消耗很大的功率。為了使這部分功率不消耗掉, 于是提出了在轉子回路中接入附加電勢的調速方法, 稱為串級調速。
現在串級調速方法是將異步電機轉子回路的轉差頻率交流電由半導體整流器整流為直流, 再經過靜止的逆變器把直流轉變為和電網同頻率的交流, 通過變壓器反饋回交流電網, 提高了調速系統的效率。由于高壓變頻器價格逐步下降, 高壓串級調速裝置也將退出市場, 由高壓變頻器取代。
電磁轉差調速。采用電磁調速籠型電動機, 通過改變電磁離合器的勵磁電流, 進而改變異步電機轉差, 達到調速目的。
電氣專業實際設計工作中, 應根據工藝專業提供的負荷特點和調速要求, 通過技術經濟分析, 靈活選用調速方式, 最終達到節能降耗的良好目的。
四、降低照明損耗
1.采用專用照明調壓器。火力發電廠照明電一般都取自動力電源, 動力電源要求電網的電壓高, 以使電機類電力拖動負荷更容易啟動。對于電廠來說, 由于動力負荷要比照明更為重要, 實際運行時照明燈具電源電壓就遷就于動力電電壓。照明燈具屬于電阻性負荷, 功率近似正比于電壓的平方。降低工作電壓, 也解決了發電廠燈具壽命短,可謂一舉多得。
2．采用節能型燈具。隨著技術的不斷發展, 節能型燈具的壽命逐步提高, 價格不斷下降, 其綜合經濟指標已具有明顯優勢。因此發電廠的照明設計應緊跟照明技術的發展, 積極推廣使用新型節能燈具, 以節約電能。
3.對功率因數低的氣體放電燈采用電容補償，采用電容補償型燈具可使功率因數更高,節電效果明顯。
五、發電廠電氣自動控制系統
電力系統中發電量的控制，一般分為三種情況：一是由同步發電機的調速器實現的控制；二是由自動發電控制(簡稱 AGC)實現的控制；三是按照經濟調度要求實現的控制。
第一種情況通常叫做頻率的一次調整控制；第二種情況稱為頻率的二次調整控制；而第三種則稱為頻率的三次調整。這三種調整控制頻率的方式是有差別的。由調速器實現調頻以控制發電機組的輸出功率，其響應速度較快，可適應小負荷短時間的波動；對周期在10s至多2～3min以內而幅度變化較大的負荷，已經不能由調速器本身的調頻特性來進行調整控制，就需要由電力系統控制中心，根據系統的頻率以及與其他地區相連的
輸電線上的功率的偏移程度，啟動AGC來進行控制負荷；對于周期在三分鐘以上的負荷波動，可以根據以往實測的負荷變化情況(即所謂的負荷曲線)和預測幾分鐘后總負荷變化趨勢，由計算機算出發電機組最經濟的輸出功率，然后發出控制命令到各發電廠進行調整，即按經濟調度實現負荷分配控制。
AGC是以控制調整發電機組輸出功率來適應負荷波動的反饋控制。電力系統中功率的不平衡將導致頻率的偏移，所以電網的頻率可以作為控制發電機輸出功率的一個信息。發電機組上的調速器能根據電力系統頻率變化自動地調節發電機的輸出功率，所以在某種意義上講也具有自動發電控制的功能，但通常不稱為自動發電控制。這里指的 AGC是一種控制性能比較完善和作用較好的發電機輸出功率的自動控制。它利用電子計算機來實現控制功能，是一個小型的計算機閉環控制系統，有時也稱為 AGC系統。
1.電氣自動控制系統設計基本原理
最簡單的AGC系統的結構，它是具有一臺發電機組和聯絡線的 AGC系統。
Pzd為輸電線路功率的整定值，Pzd為系統頻率整定值，P為輸電線路功率的實際值，f為系統頻率的實際值，Bf為頻率修正系數，K(S)為外部控制回路，用來根據電力系統頻率偏差和輸電線路上的功率偏差來確定輸出控制信號，Pw為系統要求調整的控制信號功率，N(S)為內部控制回路，用來控制調整調速器閥門開度，已達到所需要的輸出功率。
對于具有多個聯絡點和發電機組的實際電力系統，則AGC將變為包含許多并聯發電機組控制回路的形式，其內部控制回路和外部控制回路的基本結構并未改變。G1、G2、G3為發電機組；ACE稱為誤差信號信息，用來根據系統頻率偏差以及輸電線路功率偏差來確定輸出控制信號；負荷分配器根據輸入的控制信號大小并且根據等微增率準則或其他原則來控制各臺發電機輸出功率的大小。
自動發電控制系統具有四個基本任務和目標：使全系統的發電機輸出功率和總負荷功率相匹配；將電力系統的頻率偏差調整控制到零，保持系統頻率為額定值；控制區域間聯絡線的交換功率與計劃值相等，以實現各個區域內有功功率和負荷功率的平衡；在區域網內各發電廠之間進行負荷的經濟分配。
2.自動發電控制系統包括兩大部分：
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中圖分類號：F407文獻標識碼： A
引言
我國自動化技術和產品以及應用情況，雖然在近20年來取得了可喜的成績，在個別領域取得了一些突破，但還遠沒有形成產業規模，名牌的支柱企業也還沒有形成。在中國加入WTO之后，多數企業面臨一個重新認識環境和自我重新定位的過程。隨著科技的發展、社會的進步，電氣自動化控制系統在現實生活中得到了越加廣泛的使用。了解這一系統的功能，聯系當前使用情況，分析電氣自動化系統的未來趨勢，對進一步使其為社會發展、科技進步和人民生活水平的提高都有一定意義。
一、電氣自動化產品的特點
第一，電氣自動化產品方便快捷。電氣自動化產品主要是把電子技術、計算機技術、網絡技術等集于一個產品上，使產品功能實現自動化，給人們的生活帶來了很大的方便，給社會節省了大量的人力資源和物質資源，同時也促進了社會的進步和發展，推動了社會生產力的發展。
第二，電氣自動化產品應用廣泛性日益明顯。隨著人們生活水平的提高，人們對消費品的要求也逐漸變高，這就使自動化產品的市場擴大，這可以從日常生活中較為普遍的此類產品中看出來，例如人們每天所坐的公交車的車門、市民經常使用的電梯等，人們已經慢慢適應了這種自動化產品所帶來的便利，這也使此類產品在消費市場中占據重要地位。
第三，電氣自動化產品發展空間大。電氣自動化產品的發展一般都與計算機的發展相配套，主要是由于自動化的過程需要計算機來操作，隨著電子技術和計算機技術的飛速發展，電氣自動化產品的發展會更加智能化，也就是自動化程度會更高，所能完成的任務量及速度也會更大和更快，從而對人們日常生活影響力也會更大。
第四，電氣自動化產品效率高。由于現代社會生活節奏不斷加快，人口的不斷增加使人們的消費更快更高，這就給工業生產帶來了很大的壓力，電氣自動化工業的發展很好的解決了這一問題，由于電氣自動化能夠使生產過程更加暢順自動，減少了傳統生產中人工搬運手工生產的弊端，使得生產力加倍上升，從而更加有效的緩解了生產的壓力。
二、電氣自動化工程控制系統的應用
（1）在交通方面的應用。現代社會的高速進步離不開交通行業，而交通行業的發展又離不開電氣自動化產品。公路上的電子警察、每一輛車的人部分元器件乃至一輛車的自動化控制開關、甚至是安全氣囊都是電氣自動化產品在交通方面的應用。當然交通方面電氣自動化產品的應用還不僅僅是車輛方面，還有路邊的顯示屏、測速器以及紅綠燈系統等都在此之列。
（2）在工業生產方面的應用。隨著工業革命后科學技術的進步，各行各業也隨之發展。尤其是工業，可謂是迅速地發展，現在的工業已經逐步實現自動化，這與電氣自動化產品應用有很大關系。在工業生產過程中，自動化控制設備能夠在無人甚至少人的情況下按照既定的程序與約定完成規定的操作，從而使生產達到自動化。這樣危險的操作有機器人代勞，工作人員的安全也就得到了保障。相較于人的手工作業，在一些定量分配方面的工作如生產食品時的配料等，自動化設備的操作將會比人工操作更加精準，所以電氣自動化產品對于工業生產十分重要。
（3）在服務業方面的應用。服務產業屬于第三產業，它不涉及直接的生產，但對電氣自動化產品的需求和要求都很高。隨著社會的進步，人們不僅解決了溫飽還有了積極的消費觀念，這些消費又促進著電子產品的更新。一個POS機的應用都能給很多人提供了方便，另外還有電梯、按摩器、自動麻將機、跑步機以及游樂園里游樂設施等等一系列在生活中常見的東西，它們幾乎都是電氣自動化產品。
三、電氣自動化工程控制系統的發展趨勢
（1）電氣自動化工程控制系統的市場化。在市場中的產品要想的發展，都需要對企業內部的制造部門進行深化體制改革，借鑒市場中的高端技術，重視創新和研發產品等等，運用一些科學地高端技術是維持產品的發展指標另外還需要了解市場發展的規律和行情，合理科學地分析市場產品化帶來的不利影響，不定期進行市場調查和研發，滿足市場的需求，才能供給消費者和批發商等等同時，對于制造企業除了開發技術和集成系統進行研究與探討，還應利用分工外包和社會化的合作，從而使產品逐步走上市場生產化，保證了科學技術的研發和資源利用。于是，產業的市場化打開了市場的大門，是產業發展的必然趨勢
（2）電氣自動化控制系統的智能化。所謂智能化，就是指產品的自動性更好、能對外界的指令作出判斷與回應，以此滿足消費者的很多需求，給人們提供更多的便利。在未來市場上的電氣自動化控制系統產品會越來越智能，這是由人民日益提高的生活水平決定的。顧客的需求就是省力省心，就要求我們的電氣自動化產品能為顧客提供最多大的便利。同時，電氣自動化系統賴以為基礎的電子信息技術和計算機技術正迅速發展，各方而技術的進步也為電氣自動化新產品的研發提供了可靠幫助，這必然將引領電氣自動化控制系統走向智能化。
（3）未來的電氣自動化控制系統需要更加專業的技術型人才。隨著電氣自動化控制系統中的智能不斷加強，對技術人才的要求及專業性也逐漸提高了。對于在崗相關的工作人員需要進行相關的培訓和學習，來增加員工的認知度和知識面。在操作工作中難免出現一些問題，所以，操作人員必須重視培訓工作，防止帶來不必要的損失，損害自動化控制系統。對于電氣自動化控制系統這一現代化技術裝備，應該安排崗位人員進行培訓，熟悉整個系統的安裝流程。主要是針對一些新職員和從未接觸過這一新設備、新技術的企業和人員。由于企業對于員工的技能加以關注，除此之外還可以參加一些研討會，其中需要指導人員指點迷津，掌握操作系統硬件與一些技術要點，通過多重渠道學習來維護系統工程的質量與安全，提高技術含量。
（4）隨著電氣自動化系統在各領域的發展和應用，電氣自動化系統與計算機技術的結合和銜接的發展趨勢日漸明顯，隨著互聯網的到來，計算機的發展領域的各項技術與電氣自動化技術的結合能實現更為智能化和自動化的發展趨勢。電氣自動化系統與計算機技術的結合也是市場發展和社會多方面需求的綜合結果，互聯網的發展也加快了電氣自動化控制系統與計算機和互聯網發展技術的結合進程。在這虛實相結合中，對自動化產品的設計和設備的生產具有深遠的影響，從而電氣自動化控制系統由單一的發展逐步向多元化的集成和系統化的方向發展。
結束語
隨著計算機網絡的迅猛發展，我們必須緊隨時代的進步，企業要想在自動化控制領域取得成果，在深化內部的市場經濟改革的同時，進行市場調查從中了解市場需求，加強對高科技高專業人才的重用，對一些不熟悉或者新職員上崗前，需要對其加強培訓工作，更加完善地研發出時代的高科技產品。并且在自動化系統技術創新上不斷努力，生產出安全可靠的優秀產品，符合相關部門的規定與要求。總而言之，電氣自動化的應用領域比較廣泛，而且對未來的發展趨勢是可觀的，在自動化控制中具有重要的作用。不過，在未來的發展趨勢中，還需要我們共同努力，不斷鍛煉自己完善自己，通過一系列的高端技術學習積累經驗，才能為自動化控制工作做工序，促使電氣自動化控制不斷進步。
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關鍵詞：
露天煤礦;電氣自動化;控制系統;優化設計
1露天煤礦電氣自動控制系統硬件方面的優化設計
1.1優化輸入電路
輸入電路的優化需要考慮在正常狀態下的PLC供電源的電壓范圍，一般情況下，煤礦企業所采用的電壓范圍為：85.0V~240.0V，電源幅度為155.0V。但在運行和管理中，由于現場情況的復雜性，導致存在眾多因素的干擾。例如我國的供電系統在運行時，周圍的環境相對惡劣，常常受到外界因素的影響，從而時常出現電力中斷的現象。因此，在使用自動控制系統設備進行煤礦開采工作時，就需要采取緊急預案措施，例如：安裝電力凈化裝置（濾波器或隔離器等）。在設計的過程中，要時刻保持PLC輸入電源的直流電壓值穩定在24.0V，負載要根據環境的變化而調整。合理配置電路，避免運行時出現短路或斷路。在操作之前還應該檢查PLC芯片，確保其沒有受到損壞。為了確保電路穩定，電路需及時更換高質量的保險絲，避免跳閘，從而造成嚴重的事故。
1.2優化輸出電路
在煤礦電氣自動化控制系統的輸出電路中，需要優化輸出電路。優化需要結合實際情況加以選擇，選擇的內容包括：相關設備的標志、指示、轉速等，從而保證設備的配置能夠滿足煤礦電氣自動化控制系統的工作。在正常狀態下，若電氣自動化控制系統的輸出頻率低于正常頻率時，則可以通過繼電器繼續完成。這樣可以合理化的設計電路，而不破壞電路的抗干擾性能，且不會影響負載端的正常工作。若電路的負載端為感性負載時（如：電磁線圈），當出現斷電情況時，電路仍會通過一定的電流，當浪涌電流值較大時，就有可能燒毀芯片，甚至整個電路。為防止這一現象出現，可以在負載端設置二極管用以吸收浪涌電流，保護電路系統，而不至于被燒壞。另外，為了確保電路能夠穩定運行，我們通常采用中間或固態繼電器，從而增強電路的靈活性。
1.3抗干擾能力的優化設計
在煤礦自動控制系統的設計中，抗干擾能力的設計是必不可少的一部分。當自動控制系統的大致結構完成后，緊接著就需要對其抗干擾能力進行設計。一般而言，煤礦企業中的電氣自動控制系統經常處在相對惡劣的環境中，從而其穩定性較差，這就對我們的設計工作提出了更高的要求。通過分析我們發現在系統的長期運行中，往往因為磨損或是其他原因，導致電磁脈沖對系統芯片造成一定的破壞。因此，優化芯片的設計是工作的重中之重。通過電磁分析，我們發現可以采取的具體措施有如下幾種：第一，采用1:1隔離變壓器，降低干擾頻率，這是由于電網中原副邊繞組之間的電容耦合所產生的各種干擾，另外，在實施的過程中需要將電容接地。第二，將電路裝置放入金屬外殼內，從而實現屏蔽電磁的作用。金屬有良好的屏蔽作用，且能有效地防止外界的干擾。第三，優化系統周邊的布線設置，采用合理的手法改造線路，區分強電動力線路和弱電線路的走勢，并用雙絞線屏蔽模擬信號傳輸線的電纜。
2露天煤礦電氣自動控制系統軟件方面的優化設計
2.1程序結構的優化
煤礦電氣自動化控制系統的主要結構形式為基本程序設計和模塊化設計兩種，但至于要采用哪種結構形式還要根據實際情況加以選擇。但是，為了方便日后軟件的修改和設計及進一步開發煤礦電氣自動化控制系統，我們一般采用模塊化的結構設計形式。在模塊化的設計結構中，我們一般按照如下的方式進行操作：第一，勘察現場情況及企業生產要求，將煤礦電氣自動化控制系統所控制的對象模塊化，每一模塊對應一個執行任務。第二，通過對每一模塊進行程序的編寫和調試，完成每一模塊的任務。第三，當所有的子模塊都完成后，將其連接拼裝，形成一個完整的程序。這樣的工作流程便于查找錯誤，使得系統劃分整齊、調整便捷，從而與現場的生產過程有更高的契合度。
2.2程序過程優化設計
實現煤礦電氣自動控制系統的優化設計的核心實質在于：確保優化對I/O接口分配。在執行的過程中，我們應該根據實際情況盡最大努力實現對整個煤礦電氣自動控制系統的I/O信號的編制，在這一基礎上，系統內部所對應的計數器和計時器等也需要進行集中的編制。當這一工作完成之后，對這些地址分配的情況需要加以詳細的記錄。另外，我們在設計的過程中需要注意對PLC的控制優化設計，從而極大地提高煤礦電氣自動控制系統的工作效率。在這一過程中，我們還需要簡化PLC控制程序所控制的設計結構，盡量不要占用更多的內存空間，從而縮短掃描時間。另外，可以多次循環利用PLC芯片所對應的各類觸點。在程序設計中安裝控制按鈕，利用二分頻技術控制能源的使用，從而降低資源的消耗，并在一定程度上提高了自動控制系統的運行速度和運行效率。
3煤礦電氣自動控制系統的設備的選擇優化
目前市場上有很多自動控制系統的設備可供選擇，但是無論是哪一種都要找準其適合的工作環境，才能發揮出其應有的價值。煤礦電氣自動控制系統的設備品牌有：合力時、研祥、LG、GE、SIEMEN等。在選擇的方面本人總結如下。
3.1明確煤礦電氣自動控制系統的工作模式
在選擇時，明確煤礦電氣自動控制系統的工作模式及規模大小是一個必須的過程。若我們根據企業生產要求和實際的工作環境，以西門子的PLC產品作為選擇，在不同的作業任務及工作狀態下，選擇的PLC型號也是有所差異的。SIEMENS7-200等微型PLC產品適合瓦斯濃度的檢查，SIEMENS7-300等中型的PLC產品適合測量礦井水位的變化，SIEMENS7-400等大型的PLC產品則可以對礦井工人安全進行監控。
3.2確定I/O點的類型
由于施工的復雜性及實際要求有所差別，設備I/O點的數量和類型有很大的差別。因此，在這方面我們需要進行統計，并做好及時地記錄，并根據記錄的結果做出預算，從而避免過度的浪費。由于供電條件的不穩定性，在選擇設備輸出點的動作頻率時需要對應選擇輸出端。
