淺談電氣控制技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步，電氣控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活、生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。尤其隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣控制技術(shù)借助計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。本文從電氣控制技術(shù)應(yīng)用的角度出發(fā)，敘述了電氣控制技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的歷史，淺析了當(dāng)前電氣控制技術(shù)在不同行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀；對(duì)電氣控制技術(shù)的發(fā)展趨勢作了分析。

關(guān)鍵詞：電氣控制技術(shù)；應(yīng)用；趨勢

中圖分類號(hào)：TM921.5

1 電氣控制技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展

電氣控制技術(shù)的應(yīng)用，首先是以電的利用和發(fā)展為基礎(chǔ)的。電氣技術(shù)開始時(shí)是沿著信息傳送和電能利用兩個(gè)方向發(fā)展的，也就是弱點(diǎn)和強(qiáng)電兩個(gè)方向?，F(xiàn)代電器控制技術(shù)是以弱點(diǎn)控制強(qiáng)電為特點(diǎn)的，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)電和弱點(diǎn)的相結(jié)合。電氣控制技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求，從手動(dòng)控制到自動(dòng)控制，從簡單的控制設(shè)備到復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從有觸點(diǎn)的硬接線控制系統(tǒng)到以計(jì)算機(jī)為中心的存儲(chǔ)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代電器控制技術(shù)的應(yīng)用，從控制對(duì)象的工藝過程角度上看，大體可以分為兩大部類：一類是以化學(xué)反應(yīng)或熱量流程為主要生產(chǎn)方式、以自動(dòng)化儀表與裝置為檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣儀表過程控制；另一類是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)為主要生產(chǎn)方式、以電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣傳動(dòng)控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和應(yīng)用，這兩類生產(chǎn)過程的電氣控制已經(jīng)走在一起了。

早期的電氣傳動(dòng)控制只是利用電器來控制電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)和分級(jí)調(diào)速。隨著技術(shù)和工藝的進(jìn)步，誕生了旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（Waed-Leonard系統(tǒng)）。到上世紀(jì)五十年代，機(jī)組供電直流調(diào)速系統(tǒng)的控制技術(shù)得到了質(zhì)的發(fā)展。于此同時(shí)，機(jī)組供電直流調(diào)速系統(tǒng)控制技術(shù)也存在體積大、效率低、費(fèi)用高、維護(hù)成本高等問題。為解決這一問題，又出現(xiàn)了離子傳動(dòng)控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)是用水銀整流器和閘流管等精致變流裝置來代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組的。到20世紀(jì)60年代，可控的大功率半導(dǎo)體器件晶閘管被發(fā)明，它的問世在性能和可靠性上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過離子傳動(dòng)控制系統(tǒng)，后者就被淘汰了。20世紀(jì)70年代，國際上出現(xiàn)了“全空式”電力電子器件，實(shí)現(xiàn)了開合關(guān)的全控制。新型的脈款調(diào)制式（PWM）變壓裝置用改變脈沖電壓寬度來改變平均輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這一裝置體積小，性能優(yōu)良。從電器開關(guān)到連續(xù)調(diào)壓，再到電子開關(guān)，電氣傳動(dòng)控制的歷史在螺旋式地前進(jìn)。在1968年，美國通用汽車（GM）公司率先提出了研制新型工業(yè)控制器的設(shè)想。一年后，由美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器，即是早期的工業(yè)電腦（PLC）。在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，使PLC在處理速度和控制功能上都有了很大提高，不僅可以進(jìn)行開關(guān)量的邏輯控制，還可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制，且具有數(shù)據(jù)處理、PID控制和數(shù)據(jù)通信功能，發(fā)展成為一種新型的工業(yè)自動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)裝置。20世紀(jì)80年代，交流傳統(tǒng)裝置技術(shù)得到了普遍的推廣和應(yīng)用，于此同時(shí)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使得電氣控制技術(shù)的發(fā)展步入了一個(gè)新的階段。工業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用在電氣控制技術(shù)中，也經(jīng)歷了由常規(guī)的調(diào)節(jié)器到直接數(shù)字控制（DDC），再到自動(dòng)化，然后到分級(jí)分布控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了以微型計(jì)算機(jī)和PC為基礎(chǔ)的直接數(shù)字控制。近年來隨著電力電子技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，PLC在通信能力以及控制領(lǐng)域等方面都不斷有新的突破，正朝著電氣控制、儀表控制、計(jì)算機(jī)控制一體化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

通過電氣控制技術(shù)的發(fā)展和演變可以看出，電氣控制技術(shù)歷史很短，但發(fā)展很快，電氣控制技術(shù)已成為我國現(xiàn)代化生產(chǎn)中提高生產(chǎn)力的主要技術(shù)。

2 電氣控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的融入，現(xiàn)代電氣控制技術(shù)具有精準(zhǔn)、簡單、可靠、安全、節(jié)能都優(yōu)點(diǎn)，使得電氣控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，幾乎大部分與電相關(guān)的產(chǎn)品都必須用到電氣控制技術(shù)。電氣控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域眾多，筆者在此選取幾個(gè)行業(yè)具體說明電氣控制技術(shù)在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用情況。

2.1 電氣控制技術(shù)在煉鋼行業(yè)中的應(yīng)用

高爐鼓風(fēng)機(jī)因其比較可靠的生產(chǎn)系統(tǒng)和穩(wěn)定的生產(chǎn)能力，成為煉鋼行業(yè)的一種新型的設(shè)備。高爐鼓風(fēng)機(jī)可以提取高含量的鐵水，增加鋼水的提取量，但是也有其自身弱點(diǎn)：高爐鼓風(fēng)機(jī)一旦出現(xiàn)問題，維修時(shí)間和維修成本都非常高，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益受損。為解決這一問題，對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)的低壓跳閘、二次控制電源以及瞬間斷電的電氣控制技術(shù)進(jìn)行改造，可以提高高爐鼓風(fēng)機(jī)的工作效率，使其可以穩(wěn)定可靠地投入生產(chǎn)，促進(jìn)了鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的提高和鋼鐵行業(yè)的發(fā)展。

2.2 電氣控制技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用

機(jī)組電氣控制大型火力發(fā)電機(jī)組的電氣控制既要考慮安全性，又要與汽機(jī)、鍋爐控制統(tǒng)一協(xié)調(diào)。電氣控制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)控制，有兩種途徑：（1）類似于變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)：綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是純電氣的歐諾個(gè)和控制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)線與各監(jiān)控子站及有通訊接口的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等設(shè)備聯(lián)成一體，可大大節(jié)省設(shè)備間的硬接線，操作方式針對(duì)電氣操作的特點(diǎn)設(shè)計(jì)，運(yùn)行安全、方便；（2）納入機(jī)、爐的分散控制系統(tǒng)：分散控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于汽輪機(jī)、鍋爐控制的分散控制系統(tǒng)（DCS），具有分級(jí)分層、分散式冗余結(jié)構(gòu)，構(gòu)成靈活，易于擴(kuò)展，可靠性高。

2.3 電氣控制技術(shù)在環(huán)保行業(yè)中的應(yīng)用

利用環(huán)保工程減輕環(huán)境污染是國家防止污染的手段之一，其中脫硫工程就是最典型的工程之一。脫硫工程可以減少二氧化硫的排放，防止酸雨的形成。為了減少污染，在煙氣排放前要對(duì)煤炭進(jìn)行脫硫工作，運(yùn)用電氣控制技術(shù)來控制風(fēng)機(jī)水泵的運(yùn)行，大大提高了作業(yè)的效率，保證了作業(yè)的安全。工作人員只需要通過計(jì)算機(jī)等工具，操控全自動(dòng)的電氣控制系統(tǒng)就可以完成脫硫過程，操作簡單，效率還高。

3 電氣控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

盡管電氣控制技術(shù)已經(jīng)得到了快速地發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，但從總體上來看，我國的電氣控制裝置的水平仍然落后于國際先進(jìn)水平，尤其是大規(guī)模集成電路和新型電力電子器件的生產(chǎn)和研發(fā)水平，依然需要我們?nèi)ヌ剿骱蛣?chuàng)新。未來，電氣控制技術(shù)的發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢：

3.1 智能化

隨著科技的發(fā)展，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開始。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜的非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解。未來，人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域必會(huì)得到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，電器控制裝置要求具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)通信功能和可靠的安全系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)和滿足這一要求，電氣保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化是必然趨勢。要真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多的系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息，只有實(shí)現(xiàn)保護(hù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能做到這一點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)裝置原理能將傳統(tǒng)集中式母線保護(hù)分散成不同母線保護(hù)單元，并將其顯示在不同回路保護(hù)屏上，以實(shí)現(xiàn)裝置的保護(hù)。

3.3 公開化

電氣控制技術(shù)公開化是未來推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)趨勢?？萍嫉倪M(jìn)步能提高生產(chǎn)力的發(fā)展，科技的發(fā)展最終還是以為人類服務(wù)為目標(biāo)的。隨著網(wǎng)絡(luò)的傳播，未來的電氣控制技術(shù)是公開和透明的，大家能夠在借鑒和學(xué)習(xí)同行的基礎(chǔ)上，對(duì)電氣控制技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和研發(fā)，讓電氣控制不斷完善和發(fā)展。

電氣控制技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使得社會(huì)生產(chǎn)力極大提高，使得人們的生活更加便利。但我們也應(yīng)當(dāng)看到電氣控制技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還存在很多問題和技術(shù)難點(diǎn)，我們必須不斷研究和創(chuàng)新電氣控制理論和技術(shù)，讓這一技術(shù)更廣更高地服務(wù)于人類社會(huì)。

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作者單位：紅塔遼寧煙草有限責(zé)任公司沈陽卷煙廠，沈陽 110000