什么是电气自动化?

发布时间:2023-11-13 15:47:43 来源:乐鱼体育最新官方网站

  玻璃熔窑中温度高达1530°C的粘稠玻璃液流到熔融的锡池中,由于玻璃液比锡轻很多,玻璃液在锡池中铺展开来形成平整的连续玻璃板带。玻璃板带被传送带拖拽着进入退火线。

  熔融锡池表面为避免氧化,一定要保持氮气气氛,于是这里就有氮气气压和氮气流量的控制;熔融的锡会被连续的玻璃板材带走,尽管数量极微,但锡池中的熔融锡的表面需要有液位控制,并要自动补充锡量。同时,为了确认和保证锡池中的锡为熔融态,必须配套温度控制。

  退火线的退火温度必须逐级下降,并且要有冷却压缩空气灌入。可见,这里存在温度控制和压缩空气的压强控制和流量控制。

  在传送带的近末端,连续的玻璃板带被机械手自动切割成一定的规格,玻璃板再被若干台机械手取下并包装成箱。这里,毫无疑问,我们正真看到了机械手的自动控制。

  在这里,锡池的液位控制很关键,它决定了玻璃板带的平整度,可见熔融的高温锡池液面必须稳定。锡池中的锡除了玻璃板带带走外,还有蒸发和氧化,所以锡池的温度必须恒定,锡池表面的氮气气压也必须稳定且要略大于大气气压。这里有液位控制、温度控制、气体的压力和流量控制。

  传动带的转速必须稳定。传送带的转速决定了玻璃板材的厚度,因此传送带的电机必须配套速度测控装置,一般采取变频控制来控制电机转速,早期也有采用滑差电机甚至直流电机来调速和稳速的。

  退火窑中安装了电热丝,以及热电偶测温装置。热电偶的信号送给温度测控仪表,温度测控仪表的输出是4~20mA信号,此信号送至晶闸管调功器,通过调控流过电热丝的电流波形(导通角和控制角)来调控温度。

  有些退火窑中通入压缩空气实现空气流动降温。压缩空气的压强、流量都是受控对象。

  可见,浮法玻璃生产线的退火工段,是电气自动化和智能化的典型代表,是各种自动控制措施和方法的集大成者。

  电气自动化是电气专业的一个分支。电气专业有两个方向,一个是电力和电网方向,另一个就是电气自动化方向。

  通过前面有关浮法玻璃退火工段自动控制的简介,我们正真看到了电气自动化所需要的知识面。这里有电机及变频拖动技术,有电力电子技术,有电力仪表和温度测控仪表的模电、数电及自动控制技术,有机器人控制技术等等。

  我们由此也看到了电气自动化必须学习的各项基础课程。有模电、数电和电力电子,有电机学,有自动控制原理,有传感器技术,有电气控制技术,有高低压配电电器原理及应用,有工业机械手测控技术,有通信管理和数据交换技术,还有电力监控SCADA和过程控制DCS技术,等等。

  我们知道,电气自动化研究的对象中最主要的就是电信号和电气控制,而电信号既有幅值变化,也有频率和相位变化,我们把它归纳为时域和频域变化,所需要的基础数学工具就是复变函数。

  为了解析电信号和电气参量在时域和频域中的变化规律,我们应该通过复变函数中的函数变换来实现,这就是拉普拉斯变换和傅里叶变换。

  我们采集到的受控对象参量信号减去控制量,得到控制偏差e,再把偏差e通过比例P、积分I和微分D调节后生成控制量,用以控制操控机构实施控制。这就是应用极其广泛的PID控制,PID实际上的意思就是用复变函数构建的自动控制最基本操控方法而已。它的方程如下:

  从图中我们大家可以看到PID调节的方程、特点和它的曲线特性。限于篇幅,具体原理我就不解释了。

  在电气控制中,电机占有相当大的比重。所以,电气自动化要学习电机学或者电机与拖动,要学习电气控制。

  为了采集各种电参量,我们一定要研究各类传感器的工作原理,于是我们要学习一门课,就是传感器技术和工程检验测试技术。

  在自动控制里,PLC扮演着重要角色。PLC不但要执行逻辑控制,还要实现自动调节的功能,以及担任通信和数据交换的角色。为此,我们要学习PLC编程技术,学习现场总线技术,以及数据交换技术。更进一步,我们要学习微机测控技术,以及数据库编程技术,学会分散式过程控制DCS的基本原理。

  PLC实际上的意思就是单片机系统,不过PLC独特的设计使得单片机系统的可靠性极大地提升,稳定性也十分良好。所以,我们要学习单片机测控技术。

  作为电气自动化的设计和使用者,除了学习上述这些课程外,必须学好机械设计以及工程制图。否则在职场是不可能有效地开展工作的。

  更为基础的知识还有大学数学、大学物理、电路分析等课程,而延展的知识则有电器学、工程电磁场,还有数学物理方法和MATLAB编程与仿真技术,这些也很重要。

  最重要的,就是身体条件。身体是我们将来的职场工作生涯以及个人生活的最基本保证,只有强健的身体,才能确保日后的各项发展。身体条件是重中之重,必须得到充分重视。

  其次就是把知识面融会贯通,这一点十分重要。为此,我们要重视试验课,并尽量做到自己动手。

  在职场中要做到这一点很不容易,它需要实践+慧眼。如果能做到这一点,我们就能在工作和学习中掌握主动。把所学知识落实到自己的工作中去,并从中有所感悟和理解,这本身也是一项重要个人技能。

  第三就是了解相关行业的国家标准和国际标准。要知道,入职后人们之间的技术交互和探讨,以及各种设计和维护,都是以国家标准和行业标准为基础来进行的。因此,在入职前的招聘和入职后的学习阶段,都要以学习国家标准及行业标准为主线。如果在即将离开校园或者实习期就做到这一点,我们就会掌握主动。

  自动控制在我们的日常工作和生活中比比皆是。例如我们的家用扫地机,它的运行规律以及扫地策略,可不就是自动控制的体现吗?

  我在ABB的工程设计部门工作多年,从成套开关设备的控制电路,到PLC,再到电力监控软件系统SCADA、过程控制管理系统DCS以及数据库,均有涉及。在这里电气自动化不再是空对空的概念,而是实对实的具体过程。我从中学到大量的知识,这些知识在课本中是不可能学到的。

  在工作中涉及到的问题往往很具体。例如PLC的内存分配混乱失灵,冗余系统的数据库处理和编程方法,再例如数据采集前向通道的失灵处理,以及自动控制曲线飞升突变和振荡消除对策等等。如果仔细分析这样一些问题,它们或多或少地都出现在我们的课程中,但却十分隐蔽,我们平时是不可能把这些知识融汇起来的。

  前周有两位客人来找我,其中一位居然是我多年前的同事,他当时在ABB从事于售后服务。由于事隔多年,他的面容我已经生疏了。但当他提及ABB第一次在北京地铁车站配电测控系统中的PLC程序是我设计的,他配合做现场调试,我立刻就回忆起他了,大家一起感叹时间的飞逝。我们谈到了电气设计,谈到了断路器备自投的测控技术,谈到了PLC测控程序,还有PLC的冗余控制技术和数据交换技术等等。最后,这位同事发出一声感叹:电气自动化,真的是一门综合技术,几乎把电气中的所有技术都汇总起来了。



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