陳家文

（云南國土資源職業(yè)學院,云南昆明,650217）

1 電氣自動化技術概述

電氣自動化技術是電氣工程及其自動化專業(yè)需要掌握的一門技術。電氣工程及其自動化專業(yè)是電氣信息領域的一門新興學科。近年來，由于工業(yè)生產(chǎn)及人們的日常生活都廣泛用到了電氣自動化技術，在各行各業(yè)中，大到宇航飛機的研究，小到一個開關的設計，都離不開電氣自動化技術的參與。如工業(yè)電氣自動化技術就有助于提高運行的經(jīng)濟性，提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件以及提高工作的可靠性。目前，在全面實現(xiàn)高科技化、工業(yè)化以及信息化的我國，工業(yè)電氣自動化技術將會有利于提高現(xiàn)代化生產(chǎn)效率，有利于實現(xiàn)社會發(fā)展的穩(wěn)定與進步。因此，其發(fā)展迅速，已經(jīng)成為高新技術產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，而且現(xiàn)在已經(jīng)相對比較成熟。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等領域，電氣自動化技術已經(jīng)被廣泛應用，在我國國民經(jīng)濟的發(fā)展中，正在發(fā)揮著越來越重要的作用。

電氣自動化技術包括電氣技術、電力自動化技術以及各種電氣設備、自動化設備的基本原理和分析方法，掌握電氣自動化技術能夠進行設計、調(diào)試、維護各類電氣設備、電氣控制及自動化系統(tǒng)的安裝和改造，也可以對供用電進行產(chǎn)品開發(fā)以及技術管理。說到底，電氣自動化技術的核心能力是電氣控制設備和供配電系統(tǒng)的運行、維護及其管理。

電氣自動化技術應用甚廣，因此其所適應的職業(yè)范圍也很寬泛，包括企事業(yè)單位的供電系統(tǒng)、發(fā)電廠、電氣工程及自動化領域都是其適用的職業(yè)范圍。此外，用戶單位、服務部門、銷售部門中從事供用電工程、自動化儀表以及電氣控制系統(tǒng)的設備運行、維護、維修、調(diào)試、技術改造以及工程施工、銷售等工作也是電氣自動化技術可應用到的范圍。

2 電氣自動化技術的發(fā)展歷程

電氣自動化技術走進人們的視野直到今天，電氣自動化經(jīng)歷了從無到有、到發(fā)展直到成熟的一個過程?？梢哉f，電氣自動化技術的發(fā)展，同時也伴隨著智能控制、信息網(wǎng)絡以及電子技術的飛速發(fā)展。簡而言之，電氣自動化技術就是一門將電子和信息技術緊密結合在一起的電氣工程應用技術。

上世紀五十年代，電機電力等產(chǎn)品出現(xiàn)，從而也催生了“電氣自動化”一詞的出現(xiàn)。后來，通過繼電器和接觸器的設定實現(xiàn)對事先安排好的判斷和邏輯功能得到實現(xiàn)，這也使得機器可以按照人的意志實現(xiàn)事先安排好的一些功能，從而促進了電氣自動化的發(fā)展變革。

到了上世紀六十年代，一種新型理論即現(xiàn)代控制理論出現(xiàn)了。同時，各個行業(yè)中微型計算機在得到不斷的推廣，并且實際應用于專業(yè)上。伴隨著這些的發(fā)展，對生產(chǎn)的過程最優(yōu)化也實現(xiàn)了很好的控制與管理。上述因素都使得自動化進入到了一個全新的自動化階段。由于自動控制與信息處理結合與之相適應，電氣專業(yè)的自動化技術也得到了飛速地發(fā)展的同時，也發(fā)生了質(zhì)的變化。

到了上個世紀七十年代，隨著通訊中大量現(xiàn)代化技術的應用，微電子也用到了許多科學技術，還有IT電腦技術對象大大發(fā)展，這些都使電氣自動化系統(tǒng)變?yōu)榱艘?guī)模龐大、十分復雜的電氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)中大量難以解決的問題也主要集中在了現(xiàn)代控制理論的范疇。與此同時，關于大規(guī)模的系統(tǒng)控制以及復雜系統(tǒng)智能控制的自動化理論、方法以及手段也得到了大量研究，這些研究促進了電氣自動化技術的全面革新，進而發(fā)展到了電氣自動化技術的高級階段。從這個意義來說，高級自動化系統(tǒng)正是微型計算機技術、現(xiàn)代通信科學技術和人工智能技術所結合的成果體現(xiàn)。該系統(tǒng)的發(fā)展同時也大大推動了電氣自動化的進一步發(fā)展。

十年以后，即上世紀八十年代以來，電氣自動化技術更是獲得了極其迅速的發(fā)展，并日臻成熟。如今，電氣自動化技術已經(jīng)成為高新技術產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，極大地促進了各項技術的發(fā)展，這些技術包括交通、醫(yī)學、航空航天、人工智能以及現(xiàn)代制造技術等。在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防等領域，電氣自動化技術也被廣泛應用。如今，在我國國民經(jīng)濟的發(fā)展中，電氣自動化技術已經(jīng)顯示出越來越重要的作用。

3 電氣自動化技術的應用

如今，電氣自動化技術已經(jīng)成為我國高新技術產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，在多個領域都得到了廣泛的應用。下面以其在凈化空調(diào)設備、建筑行業(yè)、智能搶答器和環(huán)境探測與搜救機器人中的應用試做淺談。

3.1 電氣自動化技術在凈化空調(diào)設備中的應用

電氣自動化技術在凈化空調(diào)設備中的應用主要表現(xiàn)在兩個方面，即對溫度和濕度的控制以及對溫度的控制。

在控制凈化空調(diào)設備的溫度與濕度時，裝設在通風管的回風濕度與潔凈室的溫濕度傳感器非常類似。其檢測到溫度與濕度，并通過比例加積分運算控制，把輸出的電JK信號送到控制器和設定濕度進行比較。然后為了使?jié)崈羰业臐穸葷M足GMP的要求，將控制回風的濕度保持在45%，同時，將蒸汽電動調(diào)節(jié)閥的動作控制在65%。

對溫度的控制主要體現(xiàn)為：凈化空調(diào)系統(tǒng)裝設在回風管中，采用DDC控制其溫度傳感器，然后將其所檢測到的溫度送往DX－9100輸出相應電壓信號并和設定點進行比較。為了控制回風溫度，使其保持在12℃～26℃之間，要控制加熱電動調(diào)節(jié)閥或者冷水電動調(diào)節(jié)閥的動作，以使?jié)崈羰覝囟饶芊螱MP的要求。

3.2 電氣自動化技術在建筑行業(yè)中的應用

隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，建筑領域也在獲得飛速發(fā)展。現(xiàn)實情況下，土地資源越來越緊張，城市的容量則需要不斷擴大。這種情況下，高層建筑就進入了人們的視線并受到青睞。而在城市規(guī)劃環(huán)節(jié)不夠合理的城市，只有對高層建筑實現(xiàn)現(xiàn)代化設計才能實現(xiàn)其更好的發(fā)展。如果說高層建筑是時代發(fā)展的必然選擇，那么高層建筑的消防電氣化又正是社會進步的表現(xiàn)。做好高層建筑的消防電氣化設計，是實現(xiàn)整個高層建筑安全的重要內(nèi)容。高層建筑電氣自動化技術的應用有利于高層建筑的發(fā)展，有利于實現(xiàn)國家的持續(xù)良好發(fā)展。

此外，在新建筑的進程中，智能化建筑勢必要大量引入電氣自動化的成分。智能化建筑內(nèi)有大量的辦公自動化系統(tǒng)、通信自動化系統(tǒng)樓宇自動化系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、電子設備與布線系統(tǒng)以及火災報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)，還有保安監(jiān)控系統(tǒng)等以及與其相應的布線系統(tǒng)。在當今建筑界的智能化建筑中，數(shù)字電子化科技發(fā)展智能化已經(jīng)成為了其主流方向。建筑設備的自動化控制系統(tǒng)能大量節(jié)省資源以及人的勞動能力，還能實現(xiàn)設備的合理利用。

3.3 電氣自動化技術在搶答器中的應用

在各種知識競賽、 文娛活動等場合中經(jīng)常要用到搶答器。搶答器又被稱為第一信號鑒別器。

普通搶答器也存在自己的缺陷，其主要表現(xiàn)在：

第一，比如在搶答過程中，當有人超前違規(guī)搶答時，普通搶答器只能處理違規(guī)搶答的信號。但是，對于沒有違規(guī)的有效搶答信號卻不能進行處理。這樣就使該次搶答過程變?yōu)闊o效，進而影響了搶答的效率。

第二，在搶答過程中，如果出現(xiàn)多個違規(guī)搶答，普通搶答器則只能“抓住” 其中一個，自然會出現(xiàn)“漏洞”。

第三，在搶答過程中，如果同時出現(xiàn)多個有效的搶答信號，普通搶答器只能采用優(yōu)先編碼電路對其中一個進行選擇?；蛘咚部梢园褤尨鹬g的競爭變?yōu)殡娐冯娮釉摹案偁帯?，進而選擇其中一個。而對于后者，常常因為搶答電路制作完畢后就固定了電子元件，那么各路搶答信號的“競爭””能力就也被近似地給固定了，這就使得其在搶答過程中先占有了具有優(yōu)先權。這顯然影響了普通搶答器的公平性。

而基于電氣自動化技術的智能型搶答器以單片機為控制核心。在搶答時，它可以實現(xiàn)對采樣獲得的各路搶答信號進行分析和識別。對于超前違規(guī)信號以及有效搶答信號，可以實現(xiàn)對它們的分別處理，這就能使每一次搶答過程都有效，進而大大提升了搶答的效率。此外，利用存儲器實現(xiàn)對多個違規(guī)信號的準確記憶，“漏洞”現(xiàn)象也得到克服。 在搶答過程中，如果同時出現(xiàn)多個搶答信號時，智能搶答器也能利用程序軟件對其中一個進行隨機選擇，非常公平。還有，以單片機為控制核心的智能搶答器還具有多項功能，如倒計時、 驗鍵、 違規(guī)顯示等。 隨著電氣自動化技術的進步，單片機將會實現(xiàn)與串口通信的更多結合，這種新型技術也將被更多地應用到各個電子系統(tǒng)中。

3.4 環(huán)境探測與搜救機器人中電氣自動化技術的應用

環(huán)境探測與搜救機器人主要是在煤礦井下環(huán)境中使用的機器人。該機器人采用仿生學原理，集中了先進的電子、信息、機械以及控制工程等技術。在它的設計中，體現(xiàn)了蛇形機器人、履帶式機器人以及輪式機器人的綜合優(yōu)點。通過有機結合履帶和輪胎、伸縮結構，崎嶇不平的地形環(huán)境都不在話下。該機器人可以輕松攀爬較高樓梯、跨越壕溝，可用于探測檢測井下環(huán)境以及搜索井下幸存者。在具體應用中，該機器人還具有很多優(yōu)點，如體積小、成本低以及可控性強等。

環(huán)境探測與搜救機器人中電氣自動化技術的具體應用主要體現(xiàn)為：

第一，機器人小車的數(shù)據(jù)處理核心采用 AT89C51 單片機。單片機AT89C51功能強大、結構簡單，而且集成度高、可靠性高。其很適用于市場的是價格低廉 。AT89C51 單片機可提供許多高性價比的應用場合，可被靈活應用于各種控制領域。

第二，為測定礦井內(nèi)的溫度和濕度，采用了數(shù)字智能傳感器DHT11，該傳感器為溫度、濕度一體式儀器。DHT11為智能數(shù)字式傳感器。依靠它，能穩(wěn)定可靠地檢測出溫度、濕度的環(huán)境參數(shù)，而且可以直接被單片機識別，因為其輸出的信號是數(shù)字信號，且和單片機的通信簡單，因此易于實現(xiàn)。為了確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性， DHT11應用專用的數(shù)字模塊采集技術以及溫濕度傳感技術。傳感器分別包括一個 NTC 測溫元件、一個電阻式感濕元件。同時，傳感器和一個高性能的8位單片機相連接。因為上述元件的組成，該傳感器品質(zhì)卓越，其抗干擾能力強、性價比極高以及響應超快。

第三，為了探測礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛?，該機器人采用了紅外氣體傳感器 MH-44OV/D 。MH-440V/D 紅外氣體傳感器屬于通用型、智能型、微型傳感器。該傳感器主要是通過對非色散紅外（NDIR）原理的利用實現(xiàn)對空氣中存在的CH 4 的探測。其性能穩(wěn)定，無氧氣依賴性，壽命長。此外，內(nèi)置于MH-440V/D 傳感器的溫度傳感器，可實現(xiàn)溫度補償。所謂溫度補償，指將微型機械加工、精良電路設計技術與成熟的紅外吸收氣體檢測技術緊密結合，進而制作出小巧型的紅外氣體傳感器。因為小巧，該傳感器可直接用來替代催化燃燒元件，使用方便。

第四，采用了內(nèi)部集成的nRF401 的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊PTR2000實現(xiàn)了單片機與 PC 機的通訊傳輸，實現(xiàn)了遠距離通信。

無線傳輸模塊PTR2000為超小型模塊器件，是基于nRF401的無線收發(fā)數(shù)據(jù)傳送Modem的模塊。該器件功耗超低、速率高，具備（19.2kbit/s）無線收發(fā)數(shù)據(jù)傳送功能，而且性能優(yōu)異，使用方便，在無線數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品的設計領域被廣泛應用。所需外圍元件少是芯片 PTR2000 芯片的顯著特點。其內(nèi)部集成了高頻發(fā)射、高頻接收等多種功能，此外，還兼具FSK 調(diào)制/解調(diào)、PLL合成、功率放大、參量放大以及頻道切換等功能，設計方便，是目前集成度較高的無線數(shù)傳產(chǎn)品。由于該器件調(diào)制解調(diào)方式抗干擾能力較強，具有穩(wěn)定可靠的工作頻率且功耗極低，這些特性都使得PTR2000 非常適合于單片機短距離的數(shù)據(jù)通信設計。

nRF401是射頻收發(fā)芯片，在一個20腳的芯片中，其實現(xiàn)了高頻發(fā)射/接收、PLL合成、FSK調(diào)制/解調(diào)和多頻道切換等功能的集成。它無需進行初始化和配置，也不需要對數(shù)據(jù)進行曼切斯特編碼，非常少的外圍元件就已經(jīng)能夠完成使用。nRF401 有兩個可選擇的工作頻道，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達20kbit/s。其工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段，可滿足低功耗設備的要求，而且基本無需調(diào)試 。

第五，為了控制機器人小車的前進、后退以及轉向，方便其在礦井內(nèi)的自由活動，該系統(tǒng)采用了L298 作為其直流電機驅(qū)動芯片。

4 電氣自動化技術的影響因素

電氣自動化發(fā)展的主要影響因素有：

（1）信息技術的影響。信息技術，廣泛的講就是指人類開發(fā)和利用信息的一切手段。這些手段包括計算機、通訊技術以及世界范圍高速寬帶計算機網(wǎng)絡?，F(xiàn)代電子信息技術建立在現(xiàn)代電子技術的基礎上。在電氣自動化的發(fā)展中，信息技術對其具有較大的支配性影響，電氣自動化中眾多學科領域的持續(xù)技術創(chuàng)新影響著信息技術的發(fā)展，信息技術的進步又為電氣自動化領域的技術創(chuàng)新提供了更加先進的工具基礎。

(2)物理科學的影響。物理科學推動了二十世紀后半葉電氣工程的成長。由于三極管的發(fā)明以及大規(guī)模集成電路制造技術的發(fā)展，固體電子學才得以發(fā)展。今后，電氣自動化與物理科學間會產(chǎn)生一如既往的緊密聯(lián)系和交叉，這不但仍然是今后電氣自動化的關鍵，而且會拓寬到微機電、生物系統(tǒng)以及光子學等多個系統(tǒng)。

(3)現(xiàn)代技術迅速發(fā)展的影響。電氣自動化技術的發(fā)展必然會受到現(xiàn)代技術飛速進步及其分析方法的帶動，依賴現(xiàn)代技術的電氣自動化的設計方法也會因此迅速發(fā)展。

綜上所述，電氣技術的應用發(fā)展,是國家經(jīng)濟建設的重要環(huán)節(jié)。電氣自動化技術的應用更是推動了可再生能源技術的深化應用, 實現(xiàn)了對風電技術、光伏技術及其氫能的有效應用,滿足了國家經(jīng)濟的健康可持續(xù)發(fā)展。在未來電氣工程的發(fā)展中,電氣自動化要適應時代的變化，跟隨著信息化的發(fā)展，要不斷吸收高新技術的營養(yǎng)，并總結經(jīng)驗和教訓，以開創(chuàng)電氣自動化發(fā)展的新局面。

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