自动控制发展前景探讨
摘 要 本文阐述了国内电气自动化的现状，并结合国外的一些新发展，对其发展状况进行了展望。
关键词 电气自动化；发展趋势；PLC
1 电气自动化概述
电气自动化运用电力电子技术、微机控制技术和计算机网络技术来实现电气自动控制，以计算机技术实现程序控制，并且通过系统集成实现自动控制电力系统和运行维护功能。其明显特征是集成化、智能化和综合化、故障反应迅速自动化。
电气自动化范围较广，包括配电自动化、变电站自动化、馈线自动化。配电自动化包括配电系统所有硬件设施和控制流程，通过输电、配电和用电实现配电自动化流程。变电站自动化通过馈电自动化实现系统监控和管理。而馈电自动化方面，则是高度集成化，除了常规的遥测、遥信和遥控，包括自动重合闸、馈线故障监测、电能质量等监测，还集成了断路器监视功能，逐步发展成为智能化开关。
2 电气自动化发展史
伴随着电子技术和信息技术的飞速发展，电气自动化已经走出了工厂，并且在办公、交通等多个领域得到了广泛的应用。
（1）全控型电力电子开关时期。在20世纪50年代晶闸管出现，标志了运动控制新纪元的开始。继后出现了交流变频技术和全控制式器件GTR等，即电力电子器件第二代。第三代器件包括IGBT和MGT这类复合型电力电子器件。而第四代器件则由功率集成电路PIC构成。
（2）电路低频向高频发展。随着电力电子器件的更新，变换器电路也随之改变。在普通晶闸管时期，整流控制主要由直流传动变换器完成。交流变频传动由交-直-交变频器完成。在第二代时期，PWM变换器得到广泛的应用。PWM技术可以提高工作效率，并且减少高次谐波对电网的影响，可以改善电动机低频转矩脉动问题。
（3）交流调速理论发展。德国学者F99Blasche提出了交流电机磁场定向远离市，并得到德国大学教授Depenbrock的繼承和发展。教授D继F99Blasche提出了直接转矩控制思想，并将它推广到了弱磁调速范围。这一控制思想具有结构简单、思想新颖、信号处理物理概念明确的特点，属于高静动态性能的新型交流调速方法。
（4）通用变频时期。通用变频器是一种系列化、批量化和占市场量最大的中小功率变频器，经历了由普通功能型U/F控制型到高功能U/F型再到高动态性能适量控制型的发展过程。
（5）单片机发展。由于占主导地位的MCS-51单片机的8位机功能简单，指令短小，后来就有了适合大批量生产的PIC系列单片机的推广和使用，其可靠性和保密性都非常高。
3 国内电气自动化现状
3.1 平台开放式发展
OPC技术的出现，Microsoft Windows平台的广泛应用和IEC61131的颁布，为电气技术的发展奠定了良好基础。基于PC技术的人机界面已经成为主流趋势，而基于PC技术的控制系统具有灵活和易于集成特点也正在被广泛采纳和应用。
3.2 现场总线和分布式控制技术
现场总线是一种串行的连接智能设备和自动化系统的数字式、双向传输分支结构的通讯总线。包括位于中央控制室内的计算机、监视控制软件和PLC的CPU以及位于现场的远程的I/O站、智能仪表、低压断路器和变频器等构成，中央控制室和现场通过一根串行电缆连接，并且将这些现场设备的大量信息采集传输到中央控制室。而信息化技术的发展必将导致基于网络集成自动化系统的基础信息系统的发展。
3.3 IT技术与电气自动化
市场需求的发展促进了电气自动化和IT技术平台的融合，信息技术对工业的影响主要分两个方面：一是纵向渗透管理层；二是横向扩展到自动化的设备、机器和系统中。其中，信息技术纵向渗透能够帮助企业对当前生产数据进行实时的存取，提高管理数据处理系统工作效率。横向，信息技术已经渗透到了产品的所有层面，包含传感器和执行器，也包含控制器和仪表。
4 国外电气自动化发展新方向
法国ICC技术又称用户通信接口试验，能够实现实时读表、停电控制和远程管理功能，并且能够帮助广大用户群众实时了解电价，为用户实现用电优化管理提供了条件。优化用电是指用户根据实时电价制度，合理选着自己的用电设备和用电时间段，或者是在不同时间段用部分设备。
意大利开发了家庭用电智能助理，借助用户的电视机实现供电信息实时显示和控制，便于供电服务信息随时查询。这不仅便利了居民的生活，同时便于供、用双方互动，供方可以记住此平台向用户发布各类通知，并且帮助用方进行节能降耗方案建议，用方不仅可以得到实时的电价信息和供电服务，还可以从中节约用电，减少经济消耗。这种功能的实现还可以节能减耗，保护环境。
西班牙和法国共同研发的系统，可以帮助家庭优化电能应用和管理，它借助部分咨询配置机和用电能量管理系统实现对用户提供最优配置建议和削峰填谷功能。它可以根据不同用户的生活习惯和要求，为不同用户提供既优化经济又舒适满意的用电建议。
国外这些先进、人性化的设备代表了现代电气自动化实时性、自动化和管理功能发展的方向，这可以改进供电可靠性和电能质量，还可以对用户的供电服务质量，在未来高科技社会中将有优越的经济性和良好的社会综合效益。
5 电气自动化发展趋势
未来电气自动化的发展趋势具有分布式、开放式和信息化三大特点。分布式是指能够确保网络中每个智能的模块都能够独立工作的网络结构，能够完成系统危险分散的功能；开放化是指系统具有与外界联通的接口，能够实现系统与外界网络系统的连接功能；信息化则是指系统信息具有综合处理能力，实现与网络技术相结合的网络自动化和管理控制一体化。
（1）系统监控综合化。现代电气设备逐步向通用化、模块化及系列化发展，能够实现组态灵活特点。由于计算机技术的所有功能都能够通过屏幕软件按钮直接完成，系统监控的综合化得到很大提高。采用综合化监控，能够完成双重或者多重的冗余，可以为系统改善和可靠性提高做出贡献。
（2）系统网络化。为了提高系统的可靠性，控制网络大多采用冗余结构，能够完成数字化和高效自动化代替烦琐复杂的人工操作，大大提高了工作效率，减轻了工作人员的工作量，改善了工作人员的工作环境。同时，高度自动化还能够减少频繁操作，减少误操作率，进一步提高系统可靠性。
（3）系统人性化。伴随交互式网络发展，供用双方信息互动更为方便。通过人性化、自动化的电气自动装置，供方能够实时了解用方信息，为用方提供更加实用、经济、安全的用电建议，也可以更多的掌握用户用电信息，为系统的稳定可靠运行提供数据。用方可以借助高科技的技术，更加详细的了解自己的用电情况，结合供方信息，改善个人生活舒适度，提高生活经济性。
6 控制器的选型
可编程控制器是在电气控制技术和计算机技术的基础上以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。以其编程简单、可靠性高，功能完善，体积小、重量轻的特有优势，广泛应用于各行各业。常用的微型控制器有单片机、DCS和PLC。
PLC與继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式的不同，继电器控制是并行运行方式，即如果输出先前通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要形成电流通路，就有可能几个电器同时动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，自有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说PLC以&ldquo；串行&rdquo；方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。也就是说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。
PLC采用循环扫描技术可分为3个阶段：输入阶段（将外部输入信号的状态传送的PLC）、执行程序和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。
在输入阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把他们存入相应的输入存储单元。
在执行阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存储单元。
在输出阶段中，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过模块向外部设备传送输出信号，开始控制外部设备。
由于PLC相对于单片机来说性能更加稳定，抗干扰能力更为突出，还可用于比较恶劣的工作环境中，所以PLC比单片机更加适用于本设计。而DCS常用于大型的工业控制系统，所以本课题选择PLC作为控制器。
7 结束语
电气自动化技术虽然已经广泛应用，并深入到国民经济各个领域，但它仍然在不断革新和发展。在市场竞争越来越激烈的形势下，为了在经济上取得利益，我们必须积极吸取先进的经验和技术，为实现自主研发创造条件。
作者简介
朱金一（1978-），男，山东省潍坊人；毕业院校：吉林农业大学专业：学历：本科，毕业于吉林农业大学；现有职称：中级工程师；现就职单位：潍坊永大能源工程设计咨询有限公司，研究方向：自动化。