浅析电气自动化技术的发展和应用

陈家文

（云南国土资源职业学院,云南昆明,650217）

1 电气自动化技术概述

电气自动化技术是电气工程及其自动化专业需要掌握的一门技术。电气工程及其自动化专业是电气信息领域的一门新兴学科。近年来，由于工业生产及人们的日常生活都广泛用到了电气自动化技术，在各行各业中，大到宇航飞机的研究，小到一个开关的设计，都离不开电气自动化技术的参与。如工业电气自动化技术就有助于提高运行的经济性，提高劳动生产率，改善劳动条件以及提高工作的可靠性。目前，在全面实现高科技化、工业化以及信息化的我国，工业电气自动化技术将会有利于提高现代化生产效率，有利于实现社会发展的稳定与进步。因此，其发展迅速，已经成为高新技术产业的重要组成部分，而且现在已经相对比较成熟。在工业、农业、国防等领域，电气自动化技术已经被广泛应用，在我国国民经济的发展中，正在发挥着越来越重要的作用。

电气自动化技术包括电气技术、电力自动化技术以及各种电气设备、自动化设备的基本原理和分析方法，掌握电气自动化技术能够进行设计、调试、维护各类电气设备、电气控制及自动化系统的安装和改造，也可以对供用电进行产品开发以及技术管理。说到底，电气自动化技术的核心能力是电气控制设备和供配电系统的运行、维护及其管理。

电气自动化技术应用甚广，因此其所适应的职业范围也很宽泛，包括企事业单位的供电系统、发电厂、电气工程及自动化领域都是其适用的职业范围。此外，用户单位、服务部门、销售部门中从事供用电工程、自动化仪表以及电气控制系统的设备运行、维护、维修、调试、技术改造以及工程施工、销售等工作也是电气自动化技术可应用到的范围。

2 电气自动化技术的发展历程

电气自动化技术走进人们的视野直到今天，电气自动化经历了从无到有、到发展直到成熟的一个过程。可以说，电气自动化技术的发展，同时也伴随着智能控制、信息网络以及电子技术的飞速发展。简而言之，电气自动化技术就是一门将电子和信息技术紧密结合在一起的电气工程应用技术。

上世纪五十年代，电机电力等产品出现，从而也催生了“电气自动化”一词的出现。后来，通过继电器和接触器的设定实现对事先安排好的判断和逻辑功能得到实现，这也使得机器可以按照人的意志实现事先安排好的一些功能，从而促进了电气自动化的发展变革。

到了上世纪六十年代，一种新型理论即现代控制理论出现了。同时，各个行业中微型计算机在得到不断的推广，并且实际应用于专业上。伴随着这些的发展，对生产的过程最优化也实现了很好的控制与管理。上述因素都使得自动化进入到了一个全新的自动化阶段。由于自动控制与信息处理结合与之相适应，电气专业的自动化技术也得到了飞速地发展的同时，也发生了质的变化。

到了上个世纪七十年代，随着通讯中大量现代化技术的应用，微电子也用到了许多科学技术，还有IT电脑技术对象大大发展，这些都使电气自动化系统变为了规模庞大、十分复杂的电气系统，该系统中大量难以解决的问题也主要集中在了现代控制理论的范畴。与此同时，关于大规模的系统控制以及复杂系统智能控制的自动化理论、方法以及手段也得到了大量研究，这些研究促进了电气自动化技术的全面革新，进而发展到了电气自动化技术的高级阶段。从这个意义来说，高级自动化系统正是微型计算机技术、现代通信科学技术和人工智能技术所结合的成果体现。该系统的发展同时也大大推动了电气自动化的进一步发展。

十年以后，即上世纪八十年代以来，电气自动化技术更是获得了极其迅速的发展，并日臻成熟。如今，电气自动化技术已经成为高新技术产业的重要组成部分，极大地促进了各项技术的发展，这些技术包括交通、医学、航空航天、人工智能以及现代制造技术等。在农业、工业、国防等领域，电气自动化技术也被广泛应用。如今，在我国国民经济的发展中，电气自动化技术已经显示出越来越重要的作用。

3 电气自动化技术的应用

如今，电气自动化技术已经成为我国高新技术产业的重要组成部分，在多个领域都得到了广泛的应用。下面以其在净化空调设备、建筑行业、智能抢答器和环境探测与搜救机器人中的应用试做浅谈。

3.1 电气自动化技术在净化空调设备中的应用

电气自动化技术在净化空调设备中的应用主要表现在两个方面，即对温度和湿度的控制以及对温度的控制。

在控制净化空调设备的温度与湿度时，装设在通风管的回风湿度与洁净室的温湿度传感器非常类似。其检测到温度与湿度，并通过比例加积分运算控制，把输出的电JK信号送到控制器和设定湿度进行比较。然后为了使洁净室的湿度满足GMP的要求，将控制回风的湿度保持在45%，同时，将蒸汽电动调节阀的动作控制在65%。

对温度的控制主要体现为：净化空调系统装设在回风管中，采用DDC控制其温度传感器，然后将其所检测到的温度送往DX－9100输出相应电压信号并和设定点进行比较。为了控制回风温度，使其保持在12℃～26℃之间，要控制加热电动调节阀或者冷水电动调节阀的动作，以使洁净室温度能符合GMP的要求。

3.2 电气自动化技术在建筑行业中的应用

随着我国国民经济的飞速发展，建筑领域也在获得飞速发展。现实情况下，土地资源越来越紧张，城市的容量则需要不断扩大。这种情况下，高层建筑就进入了人们的视线并受到青睐。而在城市规划环节不够合理的城市，只有对高层建筑实现现代化设计才能实现其更好的发展。如果说高层建筑是时代发展的必然选择，那么高层建筑的消防电气化又正是社会进步的表现。做好高层建筑的消防电气化设计，是实现整个高层建筑安全的重要内容。高层建筑电气自动化技术的应用有利于高层建筑的发展，有利于实现国家的持续良好发展。

此外，在新建筑的进程中，智能化建筑势必要大量引入电气自动化的成分。智能化建筑内有大量的办公自动化系统、通信自动化系统楼宇自动化系统、闭路电视系统、电子设备与布线系统以及火灾报警及消防联动控制系统，还有保安监控系统等以及与其相应的布线系统。在当今建筑界的智能化建筑中，数字电子化科技发展智能化已经成为了其主流方向。建筑设备的自动化控制系统能大量节省资源以及人的劳动能力，还能实现设备的合理利用。

3.3 电气自动化技术在抢答器中的应用

在各种知识竞赛、 文娱活动等场合中经常要用到抢答器。抢答器又被称为第一信号鉴别器。

普通抢答器也存在自己的缺陷，其主要表现在：

第一，比如在抢答过程中，当有人超前违规抢答时，普通抢答器只能处理违规抢答的信号。但是，对于没有违规的有效抢答信号却不能进行处理。这样就使该次抢答过程变为无效，进而影响了抢答的效率。

第二，在抢答过程中，如果出现多个违规抢答，普通抢答器则只能“抓住” 其中一个，自然会出现“漏洞”。

第三，在抢答过程中，如果同时出现多个有效的抢答信号，普通抢答器只能采用优先编码电路对其中一个进行选择。或者它也可以把抢答之间的竞争变为电路电子元件的“竞争”，进而选择其中一个。而对于后者，常常因为抢答电路制作完毕后就固定了电子元件，那么各路抢答信号的“竞争””能力就也被近似地给固定了，这就使得其在抢答过程中先占有了具有优先权。这显然影响了普通抢答器的公平性。

而基于电气自动化技术的智能型抢答器以单片机为控制核心。在抢答时，它可以实现对采样获得的各路抢答信号进行分析和识别。对于超前违规信号以及有效抢答信号，可以实现对它们的分别处理，这就能使每一次抢答过程都有效，进而大大提升了抢答的效率。此外，利用存储器实现对多个违规信号的准确记忆，“漏洞”现象也得到克服。 在抢答过程中，如果同时出现多个抢答信号时，智能抢答器也能利用程序软件对其中一个进行随机选择，非常公平。还有，以单片机为控制核心的智能抢答器还具有多项功能，如倒计时、 验键、 违规显示等。 随着电气自动化技术的进步，单片机将会实现与串口通信的更多结合，这种新型技术也将被更多地应用到各个电子系统中。

3.4 环境探测与搜救机器人中电气自动化技术的应用

环境探测与搜救机器人主要是在煤矿井下环境中使用的机器人。该机器人采用仿生学原理，集中了先进的电子、信息、机械以及控制工程等技术。在它的设计中，体现了蛇形机器人、履带式机器人以及轮式机器人的综合优点。通过有机结合履带和轮胎、伸缩结构，崎岖不平的地形环境都不在话下。该机器人可以轻松攀爬较高楼梯、跨越壕沟，可用于探测检测井下环境以及搜索井下幸存者。在具体应用中，该机器人还具有很多优点，如体积小、成本低以及可控性强等。

环境探测与搜救机器人中电气自动化技术的具体应用主要体现为：

第一，机器人小车的数据处理核心采用 AT89C51 单片机。单片机AT89C51功能强大、结构简单，而且集成度高、可靠性高。其很适用于市场的是价格低廉 。AT89C51 单片机可提供许多高性价比的应用场合，可被灵活应用于各种控制领域。

第二，为测定矿井内的温度和湿度，采用了数字智能传感器DHT11，该传感器为温度、湿度一体式仪器。DHT11为智能数字式传感器。依靠它，能稳定可靠地检测出温度、湿度的环境参数，而且可以直接被单片机识别，因为其输出的信号是数字信号，且和单片机的通信简单，因此易于实现。为了确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性， DHT11应用专用的数字模块采集技术以及温湿度传感技术。传感器分别包括一个 NTC 测温元件、一个电阻式感湿元件。同时，传感器和一个高性能的8位单片机相连接。因为上述元件的组成，该传感器品质卓越，其抗干扰能力强、性价比极高以及响应超快。

第三，为了探测矿井内的瓦斯浓度，该机器人采用了红外气体传感器 MH-44OV/D 。MH-440V/D 红外气体传感器属于通用型、智能型、微型传感器。该传感器主要是通过对非色散红外（NDIR）原理的利用实现对空气中存在的CH 4 的探测。其性能稳定，无氧气依赖性，寿命长。此外，内置于MH-440V/D 传感器的温度传感器，可实现温度补偿。所谓温度补偿，指将微型机械加工、精良电路设计技术与成熟的红外吸收气体检测技术紧密结合，进而制作出小巧型的红外气体传感器。因为小巧，该传感器可直接用来替代催化燃烧元件，使用方便。

第四，采用了内部集成的nRF401 的无线数据传输模块PTR2000实现了单片机与 PC 机的通讯传输，实现了远距离通信。

无线传输模块PTR2000为超小型模块器件，是基于nRF401的无线收发数据传送Modem的模块。该器件功耗超低、速率高，具备（19.2kbit/s）无线收发数据传送功能，而且性能优异，使用方便，在无线数据传输产品的设计领域被广泛应用。所需外围元件少是芯片 PTR2000 芯片的显著特点。其内部集成了高频发射、高频接收等多种功能，此外，还兼具FSK 调制/解调、PLL合成、功率放大、参量放大以及频道切换等功能，设计方便，是目前集成度较高的无线数传产品。由于该器件调制解调方式抗干扰能力较强，具有稳定可靠的工作频率且功耗极低，这些特性都使得PTR2000 非常适合于单片机短距离的数据通信设计。

nRF401是射频收发芯片，在一个20脚的芯片中，其实现了高频发射/接收、PLL合成、FSK调制/解调和多频道切换等功能的集成。它无需进行初始化和配置，也不需要对数据进行曼切斯特编码，非常少的外围元件就已经能够完成使用。nRF401 有两个可选择的工作频道，最高数据传输速率可达20kbit/s。其工作频率为国际通用的数传频段，可满足低功耗设备的要求，而且基本无需调试 。

第五，为了控制机器人小车的前进、后退以及转向，方便其在矿井内的自由活动，该系统采用了L298 作为其直流电机驱动芯片。

4 电气自动化技术的影响因素

电气自动化发展的主要影响因素有：

（1）信息技术的影响。信息技术，广泛的讲就是指人类开发和利用信息的一切手段。这些手段包括计算机、通讯技术以及世界范围高速宽带计算机网络。现代电子信息技术建立在现代电子技术的基础上。在电气自动化的发展中，信息技术对其具有较大的支配性影响，电气自动化中众多学科领域的持续技术创新影响着信息技术的发展，信息技术的进步又为电气自动化领域的技术创新提供了更加先进的工具基础。

(2)物理科学的影响。物理科学推动了二十世纪后半叶电气工程的成长。由于三极管的发明以及大规模集成电路制造技术的发展，固体电子学才得以发展。今后，电气自动化与物理科学间会产生一如既往的紧密联系和交叉，这不但仍然是今后电气自动化的关键，而且会拓宽到微机电、生物系统以及光子学等多个系统。

(3)现代技术迅速发展的影响。电气自动化技术的发展必然会受到现代技术飞速进步及其分析方法的带动，依赖现代技术的电气自动化的设计方法也会因此迅速发展。

综上所述，电气技术的应用发展,是国家经济建设的重要环节。电气自动化技术的应用更是推动了可再生能源技术的深化应用, 实现了对风电技术、光伏技术及其氢能的有效应用,满足了国家经济的健康可持续发展。在未来电气工程的发展中,电气自动化要适应时代的变化，跟随着信息化的发展，要不断吸收高新技术的营养，并总结经验和教训，以开创电气自动化发展的新局面。

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