氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)是培養(yǎng)電氣工程及自動(dòng)控制方面的高級(jí)工程技術(shù)人才.doc

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氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)是培養(yǎng)電氣工程及自動(dòng)控制方面的高級(jí)工程技術(shù)人才。 電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)是新興技術(shù)密集型寬口徑專(zhuān)業(yè)，涉及電機(jī)與電器、電力工程、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)控制等多門(mén)學(xué)科，機(jī)電滲透，強(qiáng)弱電結(jié)合。 主要課程有：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、基礎(chǔ)外語(yǔ)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、電路理論、模擬電子技 術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電機(jī)及拖動(dòng)、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論和微機(jī)原理；主要專(zhuān)業(yè)課程包括：電力拖 動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)、電氣控制與可編程序控制器、微機(jī)控制技術(shù)、交流變頻調(diào)速、電力拖動(dòng)系統(tǒng)仿真、電力 系統(tǒng)分析、繼電保護(hù)、電力電氣設(shè)備、高電壓技術(shù)和電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置等。 PLC也叫可編程控制器，一邊使用最多的是三菱以及西門(mén)子兩個(gè)品牌，一般使用的環(huán)境比較廣泛。 而自動(dòng)控制系統(tǒng)是：在無(wú)人直接參與下可使生產(chǎn)過(guò)程或其他過(guò)程按期望規(guī)律或預(yù)定程序進(jìn)行的控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的主要手段。按控制原理的不同，自動(dòng)控制系統(tǒng)分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出只受輸入的控制，控制精度和抑制干擾的特性都比較差。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，基于按時(shí)序進(jìn)行邏輯控制的稱(chēng)為順序控制系統(tǒng)；由順序控制裝置、檢測(cè)元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控工業(yè)對(duì)象所組成。主要應(yīng)用于機(jī)械、化工、物料裝卸運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程的控制以及機(jī)械手和生產(chǎn)自動(dòng)線。閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在反饋原理基礎(chǔ)之上的，利用輸出量同期望值的偏差對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，可獲得比較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱(chēng)反饋控制系統(tǒng)。 　　自動(dòng)控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于人類(lèi)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。在工業(yè)方面，對(duì)于冶金、化工、機(jī)械制造等生產(chǎn)過(guò)程中遇到的各種物理量，包括溫度、流量、壓力、厚度、張力、速度、位置、頻率、相位等，都有相應(yīng)的控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上通過(guò)采用數(shù)字計(jì)算機(jī)還建立起了控制性能更好和自動(dòng)化程度更高的數(shù)字控制系統(tǒng)，以及具有控制與管理雙重功能的過(guò)程控制系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用包括水位自動(dòng)控制系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)操作系統(tǒng)等。在軍事技術(shù)方面，自動(dòng)控制的應(yīng)用實(shí)例有各種類(lèi)型的伺服系統(tǒng)、火力控制系統(tǒng)、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)等。在航天、航空和航海方面，除了各種形式的控制系統(tǒng)外，應(yīng)用的領(lǐng)域還包括導(dǎo)航系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)和各種仿真器。此外，在辦公室自動(dòng)化、圖書(shū)管理 、交通 管 理乃至日常家務(wù)方面，自動(dòng)控制技術(shù)也都有著實(shí)際的應(yīng)用。隨著控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大，幾乎涉及生物、醫(yī)學(xué)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等所有領(lǐng)域。 自動(dòng)控制系統(tǒng)可以用很多東西來(lái)控制，單片機(jī)、微機(jī)等都可以使用。 PLC是可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）的簡(jiǎn)稱(chēng)。 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來(lái)的，它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類(lèi)機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 用戶(hù)編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過(guò)程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開(kāi)關(guān)量來(lái)處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。 通用PLC應(yīng)用于專(zhuān)用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。 1： 電力電子技術(shù)是一門(mén)新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件（如晶閘管，GTO，IGBT等）對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。 　　2：電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和交流技術(shù)（整流，逆變，斬波，變頻，變相等）兩個(gè)分支。 　　3：現(xiàn)已成為現(xiàn)代電氣 工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)不可缺少的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)該專(zhuān)業(yè)人才中占有重要地位。 　　4：電力電子學(xué)（Power Electronics）這一名稱(chēng)是在上世紀(jì)60年代出現(xiàn)的。1974年，美國(guó)的W.Newell用一個(gè)倒三角形（如圖）對(duì)電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，認(rèn)為它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個(gè)學(xué)科交叉而形成的。這一觀點(diǎn)被全世界普遍接受?！半娏﹄娮訉W(xué)”和“電力電子技術(shù)”是分別從學(xué)術(shù)和工程技術(shù)2個(gè)不同的角度來(lái)稱(chēng)呼的。 　　5：一般認(rèn)為，電力電子技術(shù)的誕生是以1957年美國(guó)通用電氣公司研制出的第一個(gè)晶閘管為標(biāo)志的，電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管和晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的。此前就已經(jīng)有用于電力變換的電子技術(shù)，所以晶閘管出現(xiàn)前的時(shí)期可稱(chēng)為電力電子技術(shù)的史前或黎明時(shí)期。70年代后期以門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO），電力雙極型晶體管（BJT），電力場(chǎng)效應(yīng)管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件全速發(fā)展（全控型器件的特點(diǎn)是通過(guò)對(duì)門(mén)極既柵極或基極的控制既可以使其開(kāi)通又可以使其關(guān)斷），使電力電子技術(shù)的面貌煥然一新進(jìn)入了新的發(fā)展階段。80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT 可看作MOSFET和BJT的復(fù)合）為代表的復(fù)合型器件集驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)速度快，通態(tài)壓降小，在流能力大于一身，性能優(yōu)越使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。為了使電力電子裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，體積減小，常常把若干個(gè)電力電子器件及必要的輔助器件做成模塊的形式，后來(lái)又把驅(qū)動(dòng)，控制，保護(hù)電路和功率器件集成在一起，構(gòu)成功率集成電路（PIC）。目前PIC的功率都還較小但這代表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向 、電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)概述 電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電及用電等環(huán)節(jié)組成。通常將發(fā)電機(jī)、變壓器、開(kāi)關(guān)、及輸電線路等設(shè)備稱(chēng)作電力系統(tǒng)的一次設(shè)備，為了保證電力一次設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行和電力生產(chǎn)以比較經(jīng)濟(jì)的方式運(yùn)行，就需要對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行在線測(cè)控、保護(hù)、調(diào)度控制等，電力系統(tǒng)中將這些測(cè)控裝置，保護(hù)裝置，有關(guān)通信設(shè)備，各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，（火）電廠、（水核能、風(fēng)能）電站及變電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等統(tǒng)稱(chēng)為電力系統(tǒng)的二次設(shè)備，其涵蓋了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要技術(shù)內(nèi)容。 1.1 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化 1.2 變電站自動(dòng)化 1.3 發(fā)電廠分散測(cè)控系統(tǒng) 2、當(dāng)前電力系統(tǒng)自動(dòng)化依賴(lài)IT技術(shù)向前發(fā)展的重要熱點(diǎn)技術(shù) 當(dāng)前電力系統(tǒng)自動(dòng)化依賴(lài)于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展的主要熱點(diǎn)有： 2.1 電力一次設(shè)備智能化 常規(guī)電力一次設(shè)備和二次設(shè)備安裝地點(diǎn)一般相隔幾十至幾百米距離，互相間用強(qiáng)信號(hào)電力電纜和大電流控制電纜連接，而電力一次設(shè)備智能化是指一次設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮將常規(guī)二次設(shè)備的部分或全部功能就地實(shí)現(xiàn)，省卻大量電力信號(hào)電纜和控制電纜，通常簡(jiǎn)述為一次設(shè)備自帶測(cè)量和保護(hù)功能。如常見(jiàn)的“智能化開(kāi)關(guān)”、“智能化開(kāi)關(guān)柜”、“智能化箱式變電站”等。電力一次設(shè)備智能化主要問(wèn)題是電子部件經(jīng)常受到現(xiàn)場(chǎng)大電流開(kāi)斷而引起的高強(qiáng)度電磁場(chǎng)干擾，關(guān)鍵技術(shù)是電磁兼容、電子部件的供電電源以及與外部通信接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)問(wèn)題。 2.2 電力一次設(shè)備在線狀態(tài)檢測(cè) 對(duì)電力系統(tǒng)一次設(shè)備如發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、變壓器、斷路器、開(kāi)關(guān)等設(shè)備的重要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)的在線監(jiān)測(cè)，不僅可以監(jiān)視設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢(shì)，判斷有無(wú)存在故障的先兆，從而延長(zhǎng)設(shè)備的維修保養(yǎng)周期，提高設(shè)備的利用率，為電力設(shè)備由定期檢修向狀態(tài)檢修過(guò)度提供保 障。近年來(lái)電力部門(mén)投入了很大力量與大學(xué)、科研單位合作或引進(jìn)技術(shù)，開(kāi)展在線狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)研究和實(shí)踐并取得了一些進(jìn)展，但由于技術(shù)難度大，專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，檢測(cè)環(huán)境條件惡劣，要開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)意的產(chǎn)品還需一定時(shí)日。 2.3 光電式電力互感器 電力互感器是輸電線路中不可缺少的重要設(shè)備，其作用是按一定比例關(guān)系將輸電線路上的高電壓和大電流數(shù)值降到可以用儀表直接測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，以便用儀表直接測(cè)量。其缺點(diǎn)是隨電壓等級(jí)的升高絕緣難度越大，設(shè)備體積和質(zhì)量也越大；信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍小，導(dǎo)致電流互感器會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，或發(fā)生信號(hào)畸變；互感器的輸出信號(hào)不能直接與微機(jī)化計(jì)量及保護(hù)設(shè)備接口。因此不少發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成功研究出新型光電式和電子式互感器，國(guó)際電工協(xié)會(huì)已發(fā)布了電子式電壓、電流互感器的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)也有大專(zhuān)院校和科研單位正在加緊研發(fā)并取得了可喜成果。目前主要問(wèn)題是材料隨溫度系數(shù)的影響而使穩(wěn)定性不夠理想。另一關(guān)鍵技術(shù)是，光電互感器輸出的信號(hào)比電磁式互感器輸出的信號(hào)要小得多，一般是毫安級(jí)水平，不能像電磁式互感器那樣可以通過(guò)較長(zhǎng)的電纜線送給測(cè)控和保護(hù)裝置，需要在就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后通過(guò)光纖接口送出，模數(shù)轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等電子電路部分在結(jié)構(gòu)上需要與互感器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。在這里，電磁兼容、 絕緣、耐環(huán)境條件、電子電路的供電電源同樣是技術(shù)難點(diǎn)之一。 2.4 適應(yīng)光電互感器技術(shù)的新型繼電保護(hù)及測(cè)控裝置 電力系統(tǒng)采用光電互感器技術(shù)后，與之相關(guān)的二次設(shè)備，如測(cè)控設(shè)備，繼電保等裝置的結(jié)構(gòu)與內(nèi)部功能將發(fā)生很大的變化。首先省去了裝置內(nèi)部的隔離互感器、)*+轉(zhuǎn)換電路及部分信號(hào)處理電路，從而提高了裝置的響應(yīng)速度。但需要解決的重要關(guān)鍵技術(shù)是為滿(mǎn)足數(shù)值計(jì)算需要對(duì)相關(guān)的來(lái)自不同互感器的數(shù)據(jù)如 何實(shí)現(xiàn)同步采樣，其次是高效快速的數(shù)據(jù)交換通信協(xié)議的設(shè)計(jì)。 2.5 特高壓電網(wǎng)中的二次設(shè)備開(kāi)發(fā) “十五”后期，針對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對(duì)電力的需求，電網(wǎng)企業(yè)在科技進(jìn)步方面的步伐明顯加快。在代表當(dāng)今世界輸變電技術(shù)最高水平的特高壓領(lǐng)域，國(guó)家電網(wǎng)公司的晉東南,南陽(yáng),荊門(mén)特高壓試驗(yàn)示范工程可行性研究已于-月下旬通過(guò)評(píng)審，有望年底開(kāi)工建設(shè)，這項(xiàng)試驗(yàn)示范工程的特高壓輸電電壓為1000KV。 另外我國(guó)南方電網(wǎng)公司也準(zhǔn)備建設(shè)一條800KV的云廣特高壓直流輸電線路。 為特高壓輸電線路配套的一次和二次設(shè)備需要重新研發(fā)或從國(guó)外引進(jìn)。開(kāi)發(fā)特高壓輸電二次設(shè)備的主要技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是特高壓電網(wǎng)的穩(wěn)定控制技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電磁兼容、抗干擾能力、絕緣等特殊問(wèn)題的解決。 1]電力網(wǎng)是（Electric Network）電力系統(tǒng)的一部分，由變電所和各種電壓的線路組成。電力網(wǎng)以變換電壓（變電）輸送和分配電能為主要功能，是協(xié)調(diào)電力生產(chǎn)、分配、輸送和消費(fèi)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。 　　[2]電力系統(tǒng) 　　由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電設(shè)備及相應(yīng)的輔助系統(tǒng)組成的電能生產(chǎn)、輸送、分配、使用的統(tǒng)一整體稱(chēng)為電力系統(tǒng)。由輸電、變電、配電設(shè)備及相應(yīng)的輔助系統(tǒng)組成的聯(lián)系發(fā)電與用電的統(tǒng)一整體稱(chēng)為電力網(wǎng)。 也可描述為電力系統(tǒng)是由電源、電力網(wǎng)以及用戶(hù)組成的整體。 　　[1][2]是電力系統(tǒng)的一部分。它包括所有的變、配電所的電氣設(shè)備以及各種不同電壓等級(jí)的線路組成的統(tǒng)一整體。它的作用是將電能轉(zhuǎn)送和分配給各用電單位。電能的生產(chǎn)是產(chǎn)、供、銷(xiāo)同時(shí)發(fā)生， 同時(shí)完成，既不能中斷又不能儲(chǔ)存。電力系統(tǒng)是一個(gè)由發(fā)、供、用三者聯(lián)合組成的一個(gè)整體。其中任意一個(gè)環(huán)節(jié)配合不好， 都不能保證電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 電力系統(tǒng)中，發(fā)、供、用之間始終是保持平衡的。