函數信號發生器電氣自動化在生產中的實踐及維護研究專業：xxxxxx作者：xxxxxxx完成日期：xxxx年xx月xx日電氣自動化在生產中的實踐及維護研究論文頁數27頁表格0表插圖7幅電氣自動化在生產中的實踐及維護研究第一章緒論1.1研究的目的近些年來隨著電子技術領域的不斷發展與壯大，電器及其自動化的應用也正在不斷的走進人們的生活并逐步向著智能化的方向發展，同時也帶動著傳統檢測控制技術向著更簡潔、更便利的方向前進。隨著技術的不斷進步，電氣自動化控制取代傳統意義上的人工操作已經是必然的趨勢，許多企業使用先進的自動化技術進行轉型，一方面大大的節約了成本的消耗，另一方面它提高了企業未來發展的方向，讓企業能夠以更好的技術引導企業發展。電氣自動化已經是工業發展水平的重要指標，通過電氣自動化控制技術可以減少人員犯錯的可能性，提高企業施工的精確性，最終實現企業的效益提升，安全性能也得到較好的保證。1.2研究的意義隨著世界范圍內的工業化發展越來越迅速，自動化技術在許多領域得到了長足的發展，應用領域也比較廣泛，對于當前的高新技術產業而言，電氣自動化控制技術是當前企業實現效率與安全的重要保證。隨著技術的不斷進步，電氣自動化控制取代傳統意義上的人工操作已經是必然的趨勢，許多企業使用先進的自動化技術進行轉型，一方面大大的節約了成本的消耗，另一方面它提高了企業未來發展的方向，讓企業能夠以更好的技術引導企業發展。電氣自動化已經是工業發展水平的重要指標，通過電氣自動化控制技術可以減少人員犯錯的可能性，提高企業施工的精確性，最終實現企業的效益提升，安全性能也得到較好的保證。1.3國內外研究現狀1.3.1國外研究的現狀二十世紀20年代，隨著汽車、滾動軸承、小型電動機和縫紉機等工業發展，機械制造中開始出現自動線，最早出現的是組合機床自動線。在二十世紀20年代之前，首先是在汽車工業中出現了流水生產線和半自動生產線，隨后發展成為自動線。第二次世界大戰后，在工業發達國家的機械制造業中，自動線的數目急劇增加。采用自動線進行生產的產品應有足夠大的產量；產品設計和工藝應先進、穩定、可靠，并在較長時間內保持基本不變。在大批、大量生產中采用自動線能提高勞動生產率，穩定和提高產品質量，改善勞動條件，縮減生產占地面積，降低生產成本，縮短生產周期，保證生產均衡性，有顯著的經濟效益。自動生產線在無人干預的情況下按規定的程序或指令自動進行操作或控制的過程，其目標是“穩，準，快”。自動化技術廣泛用于工業、農業、軍事、科學研究、交通運輸、商業、醫療、服務和家庭等方面。采用自動生產線不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環境中解放出來，而且能擴展人的器官功能，極大地提高勞動生產率，增強人類認識世界和改造世界的能力。1.3.2國內研究的現狀近十年來，由于通信技術、計算機技術、電子應用技術和集成電路技術的快速發展，無線遙控技術也在其基礎上得到了長足的發展與應用。在系統的適應性能上，為滿足不同的需求由硬件決定性能的遙控系統發展成為可編程的遙控系統。在信息的處理方式上，采用哈佛結構與多路信號分時復用技術，提高了信息傳輸的速率與可靠性。在制作工藝上，由于集成電路技術的迅猛發展，提高了設備的集成度減小了體積與重量，并且由于結構的改善，穩定性明顯提高功耗也大大降低。在計算機、通信與傳感技術發展的基礎上，遙控技術也趨于多媒體、大容量、超時空、智能化的方向發展。目前國內的研究方向大體上與國際同步，主要研究的有聲控、光控、無線電控制、遠程實時同步控制等幾個方面。（1）聲控方面[2]聲控主要分為2種，一種是傳統的采用壓電陶瓷或者是駐極體俗稱咪頭作為傳感元件，通過放大電路與比較電路的處理來識別聲音的有無，控制被控對象的開關狀態。這種技術主要被應用在公共場所，如聲控燈、聲控開關、聲控計數等方面。另一種這是較為新興的語音識別技術，把傳感器采集到的音頻信號進行處理，比較波形的不同進行識別，主要的應用有智能家電、殘疾人護理用品等領域。（2）光控方面光控同樣分為兩種方式，一種是通過光敏二極管、光明三極管、光敏電阻等傳感器感知光照強度，由于光照強度的不同光敏電阻的阻值也發生相應的變化，光敏二極管則是通斷狀態的改變，從而實現控制的功能。這種方式主要應用于對光有無的識別功能上。另一種是紅外線遙控技術，可以實現遠程控制也是一種簡單的信息通信技術。[3]出于對紅外，波長傳播特性好的研究，研制出一種只對紅外波長有反應的傳感器，通過不同的編碼與解碼方式實現信息的傳輸。由于紅外線不會對其他電器造成干擾，也不會影響到現有的無線電設備，以其功耗低、外圍電路簡單，在日常生活中得到了廣泛的應用。對于這種方式大家已然是司空見慣的了，我們所用的電視遙控器就是利用這種原理工作的。（3）無線電控制無線電技術是最早的遠程遙控技術，其傳輸距離理論上可無限延伸，實際應用上可遠達至太空，由發射電路與接收電路組成。當發射頻率與接收頻率相同時就實現通信功能，其發射頻率、幅值可調并具有等幅、脈沖、單通、雙通等模式。其應用更是涉及軍事與民用兩大陣營。（4）遠程實時同步控制這是目前最新的研究動態，集合多種控制、通信與處理技術，實現遠程的聲、影、動作實時同步的功能。計劃應用在軍事、航空、特種作業等方面，具體的研究為遠程實驗室監控系統、深井作業控制系統。第二章電氣自動化設計方式2.1遠程監控式遠程監控系統是一項高技術、高難度的新技術，是指利用電腦終端對其他各個地方的設備進行集中控制的技術。在電氣工程中運用這項技術，可以大幅度減少電纜使用量，節省安裝支出和材料使用的成本，還可以實現系統之間的組態靈活性和可靠性，獲取更高效益。但監控式對傳輸信號強度依賴性較高，電氣工程的通訊量通常較大，加之現場通訊速度較低，在信號較差時遠程監控式便會受到較大的限制。因此，遠程監控式設計更適合于系統控制范圍較小的情況，在全自動化電氣工程控制系統中并不適用。集中監控式設計所謂集中化即指將所有的系統運行項目控制在一個系統中集中管理、運行，這種設計理念操作簡單、對控制站的要求較低、在系統運行與維護方面較為簡潔。單一分散的監控不管是在處理器安裝方面還是在電纜鋪設連接方面，都十分繁瑣，而且大量的單一電纜攪合在一起，處理器增多就會影響處理速度，使處理速度大為降低，這將導致投資成本增加，除此以外，系統的安全可靠性能也會受到影響。2.2現場總線監控式設計現場總線監控式技術在當前的電氣工程中應用最為廣泛，究其原因不外乎其高效性的特征。這項技術具有實踐性特點，是在大量應用實踐經驗基礎上不斷發展起來的，不同間隔采取不同的技術措施是這項技術能夠廣泛應用的重要原因。在具體的操作實踐中，主要的工作方式是現場安裝，同時不斷優化電纜連接技術，以能夠有效降低電氣工程中設備的投入成本。在優化電纜連接技術、降低設備成本的同時，還要盡量減少設備的隔離和端子柜的使用量，不僅可以降低成本，提高電氣工程的安全性、可靠性和有效運行，還可以增加運營效益。2.3系統核心介紹2.3.1PLC簡介可編程邏輯控制器，是一種采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程邏輯控制器實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同。一、基本構成1、電源可編程邏輯控制器的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去2、中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構成冗余系統，或采用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統仍能正常運行。3、存儲器存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。4、輸入輸出接口電路（1）現場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現場控制的接口界面的輸入通道。（2）現場輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現場輸出接口電路向現場的執行部件輸出相應的控制信號。5、功能模塊如計數、定位等功能模塊、通信模塊。二、可編程邏輯控制器的特點1.使用方便，編程簡單采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統開發周期短，現場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。2.功能強，性能價格比高一臺小型PLC內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現非常復雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯網，實現分散控制，集中管理。3.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強PLC產品已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統配置，組成不同功能、不同規模的系統。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和小型交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應工藝條件的變化。4.可靠性高，抗干擾能力強傳統的繼電器控制系統使用了大量的中間繼電器、時間繼電器，由于觸點接觸不良，容易出現故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業控制設備之一。5.系統的設計、安裝、調試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法來設計。這種編程方法很有規律，很容易掌握。對于復雜的控制系統，設計梯形圖的時間比設計相同功能的繼電器系統電路圖的時間要少得多。PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，通過PLC上的發光二極管可觀察輸出信號的狀態。完成了系統的安裝和接線后，在現場的統調過程中發現的問題一般通過修改程序就可以解決，系統的調試時間比繼電器系統少得多。6.維修工作量小，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執行機構發生故障時，可以根據PLC上的發光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故。2.3.2組態軟件簡介“組態(Configure)”的含義是“配置”、“設定”、“設置”等意思，是指用戶通過類似“搭積木”的簡單方式來完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫計算機程序，也就是所謂的“組態”。它有時候也稱為“二次開發”，組態軟件就稱為“二次開發平臺”?！氨O控（SupervisoryControl）”，即“監視和控制”，是指通過計算機信號對自動化設備或過程進行監視、控制和管理。簡單地說，組態軟件能夠實現對自動化過程和裝備的監視和控制。它能從自動化過程和裝備中采集各種信息，并將信息以圖形化等更易于理解的方式進行顯示，將重要的信息以各種手段傳送到相關人員，對信息執行必要分析處理和存儲，發出控制指令等等。在組態概念出現之前，要實現某一任務，都是通過編寫程序（如使用BASIC,C,FORTRAN等）來實現的。編寫程序不但工作量大、周期長，而且容易犯錯誤，不能保證工期。組態軟件的出現，解決了這個問題。對于過去需要幾個月的工作，通過組態幾天就可以完成。組態軟件是有專業性的。一種組態軟件只能適合某種領域的應用。組態的概念最早出現在工業計算機控制中。如DCS(集散控制系統)組態，PLC（可編程控制器）梯形圖組態。人機界面生成軟件就叫工控組態軟件。其實在其他行業也有組態的概念，人們只是不這么叫而已。如AutoCAD，PhotoShop，辦公軟件(PowerPoint)都存在相似的操作，即用軟件提供的工具來形成自己的作品，并以數據文件保存作品，而不是執行程序。組態形成的數據只有其制造工具或其他專用工具才能識別。但是不同之處在于，工業控制中形成的組態結果是用在實時監控的。組態工具的解釋引擎，要根據這些組態結果實時運行。從表面上看，組態工具的運行程序就是執行自己特定的任務。雖然說組態就是不需要編寫程序就能完成特定的應用。但是為了提供一些靈活性，組態軟件也提供了編程手段，一般都是內置編譯系統，提供類BASIC語言，有的甚至支持VB。在當今工控領域，一些常用的大型組態軟件主要有：羅克韋爾（Rockwell)-SE,ABB-OptiMax，艾默生DeltaV,WinCC，ChinPMC，iCentroView,iFix，WonderwareIntouch，積成電子（E1000）組態王（KINGVIEW），紫金橋（RealInfo），力控，易控，華富開物（controX），[1]

巨控組態（giantview），天工組態，Advantrol，[2]

VisualField，QTouch2跨平臺HMI/SCDA組態軟件等。免費的組態軟件有uScada。圖2-1組態軟件控制界面示意圖第三章電氣自動化在電氣工程中的實踐應用和維護3.1在變電站中的應用傳統變電站為實現自動化實時監測功能，主要采用電磁裝置，而當今的全微機設備，技術先進使得電氣自動化裝置可以自動進行監視操作。在變電站中使用電氣自動化技術不僅可以加強變電站的監控功能，還能夠大幅度提高變電站的運行水平和效率。全微機設備的應用不僅可以實現監視畫面的屏幕化，還能夠使管理自動化。變電站綜合自動化系統是利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備(包括繼電保護、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠動裝置等)的功能進行重新組合、優化設計，對變電站全部設備的運行情況執行監視、測量、控制和協調的一種綜合性的自動化系統。通過變電站綜合自動化系統內各設備間相互交換信息、數據共享，完成變電站運行監視和控制任務。變電站綜合自動化替代了變電站常規二次設備，簡化了變電站二次接線。變電站綜合自動化是提高變電站安全穩定運行水平、降低運行維護成本、提高經濟效益、向用戶提供高質量電能的一項重要技術措施。3.2在電網調度中的應用電網調度自動化系統是確保電網安全、優質、經濟運行和電力市場運營的基礎設施，是提高電網調度管理水平的重要技術手段。為使自動化系統安全、穩定、可靠地運行，特制定此制度。調度自動化是利用以電子計算機為核心的控制系統和遠動技術實現電力系統調度的自動化，它包括安全監控、安全分析、狀態估計、在線負荷預測、自動發電控制、自動經濟調度等項內容。調度自動化是電力系統綜合自動化的重要部分，它可幫助值班調度人員提高運行管理水平，使電力系統隨時處于安全、經濟運行狀態，保證向用戶提供優質電能。電力系統調度自動化是一項復雜的系統工程，它包括了數據收集、通信、人機對話、主計算機及高級應用軟件等部分。各部分之間密切結合，相互制約。在此系統中調度運行人員成為整個系統調度自動化的有機組成部分。這個自動控制系統不僅能完整地掌握全系統的情況，同時在正常運行和事故的情況下能及時而正確地作出控制的決策。對于電網調度中電氣自動化的應用來說，其技術主要表現在應用性領域的界定，即指實現電氣系統局域網中電廠、變電站終端和下級調度中心三者之間的有效連接。在應用領域中，由網絡實現連接中心服務器、電網調度、打印設備、大屏顯示器等設備。在電網調度中，電氣自動化的實際應用不僅可以實時性評估電力系統的運行狀態，還可以對以電力負荷為基礎的預測采取及時調度策略。不僅可以保證電力系統的安全可靠運行，還可以對數據及時的收集整理分析和監控，以適應現代化市場的營銷需求。3.3在電氣管理中的應用在電氣工程領域實現電氣自動化是高新技術走入各行各業的顯著表現，是高科技發展的代表，這一應用過程注重編程調試。在應用時采集相關流量、溫度、壓力等數據，并對這些數據分析檢測，發揮電氣自動化的輸出控制功能、技術處理功能，使設備的使用量和投資額大大降低，有效實現了設備控制的精度。對于電氣工程來說，在施工中應用電氣自動化技術能夠有效遏制工作人員弄虛作假、敷衍了事的情況發生。3.4現場總線的應用現場總線是一種用于底層工業控制和測量設備，如變送器（transducers）、執行器（actuators）和本地控制器（localcontrollers）之間的數據總線?，F場總線（fieldbus）的定義是：安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線稱為現場總線。其硬件組成包括：總線電纜，又稱為通信線、通信介質（媒體/媒介/介體）。連接在通信線上的設備稱為總線設備，亦稱為總線裝置、節點（主節點、從節點）、站點（主站、從站）。軟件包括：系統平臺軟件：為系統構建、運行以及為系統應用軟件編程而提供環境、條件或工具的基礎軟件。包括組態工具軟件、組態通信軟件、監控組態軟件和設備編程軟件。系統應用軟件：為實現系統以及設備的各種功能而編寫的軟件，包括系統用戶程序軟件、設備接口通信軟件和設備功能軟件。組態工具軟件——為用計算機進行設備配置、網絡組態提供平臺并按現場總線協議/規范（Protocol／Specification）與組態通信軟件交換信息的工具軟件，如RSNetWorxforDeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP。組態通信軟件——為計算機與總線設備進行通信，讀取總線設備參數或將總線設備配置、網絡組態信息傳送至總線設備而使用的軟件，如RSLinx?，F場總線是當今3C技術，即通信（Communication）、計算機（Computer）、控制（Control）技術發展的結合點?，F場總線是過程控制技術、自動化儀表技術、計算機網絡技術三大技術發展的交匯點?，F場總線是信息技術、網絡技術的發展在控制領域的體現?，F場總線是信息技術、網絡技術發展到現場的結果。現場總線即連接現場的智能設備及自動化的系統的一種通信系統，其的任務主要是解決系統間信息在傳遞過程中出現的一些問題。現場總線的出現為工業領域的發展提供了新興的血液，其對工業的生產有著重要的意義，其帶來的成效也比較顯著，因此被廣泛的應用到了工業領域中。現場總線與其他的控制系統相比，其控制系統更為完善和全面，也更系統化，優勢也比較多，包括：全數字化、智能化、互用性和開放性等，所以現場總線成為了工業生產的自動化的發展方向。同時，現場總線的控制系統對節約相關企業的生產成本有著極為積極的作用，且現場總線在設置方面相對簡單，所使用到的設備也比較少，因此節約了設備投資的費用。此外，現場總線還能夠減少后期使用電纜的次數，這有利于相關施工費用的節約，所以現場總線對相關工業企業能夠實現經濟效益的最大化有著重要意義。但是就目前來說，我國現場總線的控制系統還未發展成熟，其與分散的控制系統兩者共同存于工業的生產中。圖3-1現場總線系統的組成3.5在分散測控系統中的應用在這方面的應用主要以分層的結構實現，包括太網、工作站、數據通訊網和過程控制單元等四部分組成。工作站主要包括兩類，分別是工程師和運行員，是人機接口的主要負責人。過程控制單元是直接應用于生產的，其運行狀態主要通過設備的檢測實現，并能夠有效控制設備，以實現整個生產過程的連續性和過程的檢測、保護和控制。過程控制單元和工作站輸出的所有信息，發出的所有指令，都必須經由工作站運行員接受。工程師工作站的主要職能是負責實行必要的診斷與維護工作。綜上所述，操作站、工程師站和監控計算機構成了DCS的人機接口，用以完成集中監視、操作、組態和信息綜合管理等任務?，F場控制站和數據采集站構成DCS的過程接口，用以完成數據采集與處理和分散控制任務。通信系統是連接DCS各部分的紐帶，是實現集中管理、分散控制目標的關鍵。通信系統連接DCS的各操作站、工程師站、監控計算機、控制站、數據采集站等部分，傳遞各工作站之間的數據、指令及其他信息，使整個系統協調一致地工作，從而實現數據和信息資源的共享。圖3-2DCS控制系統的應用第四章自動化設備維修與管理4.1自動化生產線的特點及要求隨著自動化技術的不斷發展及進口設備的不斷采用，在國內企業中，自動化設備已經大量應用于生產、維修及管理，因此做好設備的預防性維修工作，對生產安全的保障和企業的經濟效益具有十分重要的意義。自動化生產線設備復雜、自動化程度高，維修已不是單純的機械維修，而是機電一體化的維修，這要求維修組織是一個機械、電氣、自動化及儀表專業人員融為一體的團體，因此對維修人員技術素質要求很高；任何一個工序出現問題都會影響全體生產，因此要求對故障快速及時的維修十分重要，維修信息的傳遞與維修決策要求建立統一協調的管理機構，應盡最大可能防止故障發生，保證設備安全運行不因某一工序而引發事故，維修體制重點采用預防性維修方式；停工時間短，排除故障迅速、準確。由于所屬企業的特點，需要多班次多地運行生產，要求維修人員多班次配合生產，建立以站為單位的“全員預防性維修”體制，使維修主體得以有效統一。4.2預防性維修的工作內容首先強調維修人員的組成由維修技術人員與生產人員參加，同時把機械、電氣、自動