电气与自动化工程论文

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电气与自动化工程论文范文第1篇

关键词：电气自动化技术；变电站综合自动化；电力系统 ；发展前景；自动化控制

中图分类号： F407.61 文献标识码： A

一．引言

自动控制技术正趋向于智能化、最优化、协调化、适应化、区域化发展,在设计分析上日益要求面对多机系统模型来处理问题。在理论工具上越来越多地借助于现代控制理论。在控制手段上日益增多了微机、电力电子器件和远程通信的应用，保证了控制操作的高可靠性。在研究人员的构成上益需要多“兵种”的联合作战。。电气自动化让各个行业都走进了现代的、先进的生产方式与管理领域，走入了自动化发展阶段。电力系统的发展使对电力的生产、传输及计量等提出了更高的要求，因此，将自动化技术应用于电力系统是行业发展的必要，自动化技术也是电力行业的发展中发挥出越来越重要的作用。

二．变电站综合自动化研究的主要内容

对110kv及以上电压等级变电站，以服务于电力系统安全、经济运行为中心。通过先进的计算机技术、通信技术的应用，为新的保护和控制技术采用提供技术支持，解决过去能解决的变电站监视、控制问题，促进各专业在技术上、管理上配合协调，为电网自动化进一步发展提供基础，提高变电站安全、可靠和稳定运行水平。如，采集高压电器设备本身的监视信息，断路器、变压器和避雷器等的绝缘和状态等；采集继电保护和故障录波器等装置完成的各种故障前后瞬态电气量和状态量的记录数据，将这些信息传送给调度中心，以便为电气设备的监视和制定检修计划、事故分析提供原始数据。对新建变电站取消常规的保护、测量监视、控制屏，全面实现变电站综合自动化，实现少人值班逐步过渡到无人值班；对老变电站在控制、测量监视等进行技术改造，以达到少人和无人值班的目的。

对35KV及以下电压等级变电站，以提高供电安全与供电质量，改进和提高用户服务水平为重点。侧重于利用变电站综合自动化系统，对变电站的二次设备进行全面的改造，取消的保护、测量、监视和控制屏，全面实现变电站综合自动化，以提高变电站的监视和控制技术水平，改进管理，加强用户服务，实现变电站无人值班。

1. 变电站综合自动化要实现：

（1）随时在线监视电网运行参数、设备运行状态；自检、自诊断设备本身的异常运行，发现变电站设备异常变化或装置内部异常时，立即自动报警并闭锁相应的出口，以防止事态扩大。

（2）电网出现事故时，快速采样、判断、决策，迅速隔离和消除事故，将故障限制在最小范围。

（3）完成变电站运行参数在线计算、存储、统计、分析报表和远传，保证自动和遥控调整电能质量。

2. 变电站综合自动化应包括两个方面：

（1） 横向综合：利用计算机手段将不同厂家的设备连在一起，替代或升级老设备。

（2） 纵向综合：在变电站层这一级，提供信息、优化、综合处理分析信息和增加新的功能，增加变电站内部和各控制中心间的协调能力。如借用人工智能技术，在控制中心间的协调能力。如借用人工智能技术，在控制中心实现对变电站控制和保护系统进行在线诊断和事件分析，或在变电站当地自动化功能协调之下，完成电网故障后自动恢复。

变电站综合自动化与一般自动化区别在于：自动化系统是否作为一个整体执行保护、检测和控制功能。

三．变电站综合自动化系统的特点

变电站综合自动化系统具有功能综合化、系统结构微机化、测量显示数字化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。同传统变电站二次系统不同的是：各个保护、测控单元既保持相对独立，（如继电保护装置不依赖于通信或其他设备，可自主、可靠地完成保护控制功能，迅速切除和隔离故障），又通过计算机通信的形式，相互交换信息，实现数据共享，协调配合工作，减少了电缆和没备配置，增加了新的功能，提高了变电站整体运行控制的安全性和可靠性。

1. 功能综合化。

变电站综合自动化系统是各技术密集，多种专业技术相互交叉、相互配合的系统。它是建立在计算机硬件和软件技术、数据通信技术的基础上发展起来的。它综合了变电站内除一次设备和交、直流电源以外的全部二次设备。

2. 分级分布式微机化的系统结构。

综合自动化系统内各子系统和各功能模块由不同配置的单片机或微型计算机组成，采用分布式结构，通过网络、总线将微机保护、数据采集、控制等各子系统连接起来，构成一个分级分布式的系统。一个综合自动化系统可以有十几个甚至几十个微处理器同时并行工作，实现各种功能。

3. 测量显示数字化。

用CRT显示器上的数字显示代替了常规指针式仪表，直观、明了；而打印机打印报表代替了原来的人工抄表，这不仅减轻了值班员的劳动强度，而且提高了测量精度和管理的科学性。

4. 运行管理智能化。

智能化的含义不仅是能实现许多自动化的功能，例如：电压、无功自动调节，不完全接地系统单相接地自动选线，自动事故判别与事故记录，事件顺序记录，制表打印，自动报警等，更重要的是能实现故障分析和故障恢复操作智能化，实现自动化系统本身的故障自诊断、自闭锁和自恢复等功能，这对于提高变电站的运行管理水平和安全可靠性是非常重要的，也是常规的二次系统所无法实现的。

四．发展前景

1. 电气自动化工程系统的统一化。统一电气自动化工程系统对电气自动化产品的设计、测试、开机、维护都有重要意义。

2. 电气自动化工程控制系统的市场化。产品想长久的发展，就要深化制造部门的体制改革，还要关注市场化的影响，以便保证产品能够满足市场的需要。同时，企业不仅要在技术的开发上投入，还要使零件的配套生产市场化、专业化。

3. 电气自动化控制系统的标准化接口。采用微软公司的标准化技术后，工程的成本大大降低了，成功地实现了数据资源的共享。

4. 电气自动化工程的生产将更加的安全。安全防范技术的集成化是电气自动化工程控制系统的一个发展方向，重点就是保证系统的安全。

5. 电气自动化工程控制系统的创新技术。在我国电气自动化发展计划的指导之下，随着市场化的环境，不断提升电气自动化工程控制系统的创新能力。电气自动化可以与地球数字化互相结合。

五．结束语

变电站自动化控制是一个多目标、多约束的复杂的非线性控制问题。它受到电压、无功、 时间、负荷率、负荷电压静态特性、运行方式、有载调压变压器分接头档位和电容器组状态等多种因素的影响，其控制规律难以用精确的数学模型表达。综上所述，变电站自动化系统的控制与操作是可靠的，它的成熟和进步还需在变电站的实际运行中不断得到完善。

参考文献：

[1] 周波.探讨电力系统及其自动化发展方向 [J].中国电子商务,2011年5期.

[2] 王希.浅谈电力系统中变电站的自动化控制[J].科技创新与应用,2013年17期.

[3] 鲁明.电力系统及其自动化技术的应用探析[J].中国化工贸易,2013年1期.

[4] 李晓伟.包钢78＃变电站综合自动化系统的研究与实现 [学位论文].2008 - 华北电力大学(保定) 华北电力大学:电气工程 .

[5] 赵小强浅谈电力系统中变电站的自动化控制[J].轻工设计, 2011年5期.

电气与自动化工程论文范文第2篇

关键词：自动化控制；信息技术；有效结合；工业技术；技术应用

自动化控制技术对于现代工业发展起到了重要的推动作用，成为工业发展的基础条件。而自动化控制则是借助于自动化设备或者装置来实现操作的，包括机器、仪器以及仪表等装置，从而代替人工操作[1]。信息技术则是现代化的信息传输方式，借助于计算机以及通信设备等来实现信息的快速传播。在现代化工业生产过程中，综合运用了自动化控制技术和信息技术，使其成为促进现代工业发展的重要推动力[2]。该论文主要是从研究自动化控制和信息技术综合运用的角度出发，通过其技术发展探索，从而找出其未来发展趋势，为技术的进步提供参考性意见。

1自动化控制与信息技术分析

工业自动化控制技术对工业发展，社会进步都起到了重要作用，成为重要的推动力。分析整个工业发展进程可知，我国的传统制造业自动化水平较低，对于技术的应用和融合不足，在现代化工业进程中发展较为缓慢；在社会发展变化的影响之下，我国工业也开始运用自动化控制技术，逐步实现了自动化进程。自动化控制技术在国民经济发展方面做出了较大贡献，尤其是信号制式改进技术，促进了现代化控制技术和信息化技术的进一步运用。有统计数据表明，工业自动化技术主要应用于现代化的工业设备预测诊断，设备资产管理和操作技术等方面，还具有广阔的发展空间，需要进一步完善自动化技术的深广应用。自动化仪表的阐释，将自动化技术的应用推到了一个新的高度，目前的发展应用水平还较低，需要进一步加强应用[3]。PLC技术是较为常用的工业自动化控制技术之一，通过编订程序的方式实现对于电子系统的控制和操作，让整个工业生产的过程都能够处于自动化控制当中。这一技术的运作流程是，在编程存储器内进行逻辑运算，以此实现对用户进行计数，定时或者计算等方面的操作指令，而操作指令采用的是数字模拟来进行输入和输出的，进而实现现代工业控制操作。另外，还运用到了DCS技术，也可以称之为集散控制系统，采用网络通信技术进行过程全面管控，促进现代化控制技术的升级运用。还应当注意的是，这些技术的运用还需要其他现代化高新技术的配合运用，综合发挥作用才能够确保自动化控制技术的有效运用，确保工业自动化控制能够高效、开放运行，实现工业生产的分散控制，集中操作和分级管理以及灵活配置的功能。例如：工业PC，这是一种分布式的系统基础技术，比原有的PLC，DCS系统更加先进，具有很强的替代性。具体来说，工业PC能够实现私人定制，提供更具有针对性的服务器模式，兼容客户机，服务器机，以通信网络为基础从而实现管控融合的自动化控制操作。这些技术的推广应用，促进了现代化工业水平的提升，实现了工业企业内部的资源共享和信息交流，使得信息的作用得到了有效发挥[4]。信息技术对于工业发展具有重要的推动作用，在现代化社会当中，更是必不可少的技术手段。但是，传统工业也具有自身的优势，在某些方面是自动化技术所不能取代的。国家的发展，尤其是工业的发展，代表着一个国家经济发展的水平，在信息化时代，要充分运用信息化技术的手段来促进工业发展，提升工业的质量和水平，促进传统工业与现代化技术的融合运用。

2自动化控制与信息技术的有效结合应用研究

2.1自动化控制与信息技术的有效结合在工程机械应用分析

(1)高精度GPS系统的应用。这一系统的技术优势在于高精度，可以精细化到厘米级别，其技术应用基础是GPS差分技术，并与其他多种技术相结合使用，包括全站仪，多传感技术，激光以及超声波等技术，同时，系统中的虚拟仪表又可以帮助实现对于施工工地的信息模拟功能，能够在施工前提供工地的三维图形，机器三维坐标等内容。因此，施工工地应用这一系统能够提高施工效率和精准度，在大型施工现场中的多种机器同时作业过程中成效显著。这也就带来了施工管理方面的提升，促进了施工效率的有效提高[5]。(2)闭路监视系统以及超声波后障碍探测系统应用。这主要应用于大型工程机械中的系统，主要功能是：保证司机的安全高效作业，其工作原理是：随时为司机提供音频和视频信号，与此同时，微机监控和自动报警集中系统这两大系统，对于机器的故障处理方面具有明显效果，主要表现在：缩短维修程序，提高效率。(3)自动化控制的应用。中央微处理机是进行自动化控制的枢纽，其重要功能主要表现在：一方面，接收司机室中的所有操纵装置的相关指令信息，这些信息的传递是通过电位计以电流的形式来传送给中央微处理机的；另一方面，微处理机将所接收到的信号又进行了转发，转给各自对应的阀，从而利用这些信号来开启阀。微处理机的功能实现依赖的是既定程序的芯片，通过芯片程序的启动可以保证泵能够具有足够的功率。

2.2自动化控制与信息技术的有效结合在电气工程应用

(1)地球数字化技术。地球数字化技术是一种综合运用的技术类型，表现为电气自动化工程和信息技术两大技术的结合，其功能实现途径是：基于电气自动化技术，可以实现将地球所有的数据信息都能够以坐标的形式来呈现，这些信息的精准度非常高，这是基于信息技术来实现海量精准信息的动态多维呈现，最终使得地球通过技术形式转化为电气自动化数字的形式。这些信息在集中之后存储进计算机网络当中，那么，通过信息的调取和系统运行就可以获取任何人的精准地理坐标，从而获取详细的数据信息内容。(2)现场总线技术。这一技术的产生背景是，现场总线和以太网主导的计算机网络技术是电气自动化工程控制系统基础应用，在不断地应用处理过程中，促进了电气设备的自动化和智能化发展趋势，从而进一步产生了现场总线技术。因此，这一系统属于经验积累性的应用，相当于连接了企业基层设施的通信互联，促进了上下沟通实现。

2.3自动化控制与信息技术的有效结合在工业生产控制应用

(1)信息化技术呈现出过程检测仪表和执行器往数字化，智能化和柔性智能化以及网络化的发展趋势。该技术的发展依托于人工智能理论和方法，通过拟人智能功能向固态传感器以及智能传送器发出信号，促进其精准化操作。智能阀门定位器由于是由微控制器所控制的，而这种控制器的精准度极高，可以实现的功能有：组态控制参数，线性分程控制和等百分比等特性修正，表现出极强的智能化操作特性。(2)有很多控制软件和控制系统都在进一步的完善和强化之中，主要包括：生产执行系统(MEC)，供应链管理系统(SCM)，企业资源计划系统(ERP)，CAD、CAM、CAP等,这些系统和技术的升级都不是单独进行的，而是与其他系统相连同步升级的。

3结语

自动化控制与信息技术的有效结合对于工业技术发展有着重要的促进作用，是现代工业发展的必要条件。在未来自动化控制与信息技术的有效结合需要进一步智能化水平，借助大数据和云网络，提升信息控制能力，从而让工业自动化获得新发展。

参考文献

[1]赵杨,丁宝峰,杜翠女,等.浅谈电气自动化技术在火力发电中的创新与应用[J].硅谷,2011(3):93-94.

[2]唐华国.工业自动化控制的现状和发展趋势分析[J].才智,2011(23):69.

[3]王晓光,王厉,厉励.石油化学工业信息化和自动化控制技术的现状及发展[J].河南化工,2004(3):1-4.

[4]杨成睿.浅谈自动化控制技术在智能建筑中的应用[J].电脑知识与技术,2010(27):7711-7712.

电气与自动化工程论文范文第3篇

关键词：电气工程；自动化控制；智能化技术

0引言

随着信息技术的发展，网络技术与通信技术都与信息技术相结合，特别是智能化技术的运用，使电气自动化控制实现了智能化运行。特别是目前的企业中普遍使用了自动化技术，使电气工程的运行效率有所提高，而且运行质量明显改善。实施了智能化管理，电气自动化控制工作效率有所提高，不仅确保企业运营的稳定，而且还可以发挥智能远程控制的作用，保证了生产安全。智能化技术使得电气自动化控制功能得以充分发挥，使得电气设备处于良性的运行状态。

1目前电气工程自动化控制技术的应用情况

中国电气工程自动化控制所发挥的作用是有目共睹的，很多企业都采用这种控制方式，可以提高自动化控制质量，控制效率也得以提高[1]。设备的自动化运行是目前的技术发展趋势，而且随着自动化技术的不断升级，自动化控制作用的充分发挥，使得产品的性能得以充分发挥。中国的电子工程发展中，自动化技术起到了引领作用，多年的发展进程中，电气工程自动化技术适应应用领域的需求不断地升级，也使得该技术应用越来越得广泛。从目前的电气自动化工程的应用情况来看，广泛应用的系统包括分布式控制系统（distributedcontrolsystem），简称“DCS”、IE语言系统、WindowsNT系统，电气自动化控制系统以及自动控制系统[2]。这些系统处于自动化运行状态，其中，电气自动化控制系统为集中控制，自动控制系统为信息集成化控制。分布式控制系统的优点是具有良好的扩充性，而且具有实时性。但是，运行分布式控制系统，所使用的是传统的仪表设备。要保证系统安全稳定地运行，就需要重视后期的运维工作，即便如此，也会由于技术维护不到位而导致系统运行故障，特别是设备的维修难度比较高，就更增加了系统运行故障的发生率。IE语言系统是可视化的语音控制系统。该系统的运行中，如果语言有多个，就需要对语言按照顺序排列。通过操作“上移”“下移”按钮，就可以对语言有效排雷。在对语言编码进行选择的过程中，要参考网页内容，让浏览器自动选取需要的语言以及字元集。在具体点操作中，首先是开启InternetExplorer浏览网页，之后在网页上点击鼠标的右键，就可以弹出列表，点击其中的“编码”项，之后点击“自动选择”[3]。如果通过“自动选择”不能够自己所需要的语言编码，就可以采用将手动的方式进行操作，就可以按照自己的要求调整语言编码。具体的操作方式是，在网页上按一下鼠标右键，选择“[编码”，用手动操作的方式选择相应的语言编码。如果在选项中没有自己所需要的编码，就可以点击“其他”，选择语言编码。WindowsNT是可视化的控制系统，可以使得电气工程设备运行中进行可视化操作。WindowsNT（WindowsNewTechnology），是可以进行PC操作的系统，主要是用于计算机网络操作、网络服务器等等。WindowsNT与通信服务集成。微软公司给予原有的系统开发了“新技术”，此即为“NewTechnology”，即为“NT”。所谓的“NT”还有另一个解释，就是指模拟器“N10”，即“N-Ten”。WindowsNT在电气工程中的应用，可以通过可视化操作起到了智能控制的作用。WindowsNT的操作是非常容易的，而且具有集成化的特点，可以实施一体化操作。当进入到后期的技术维护阶段的时候，也是非常容易的。集中控制下的自动控制系统在运行中，不仅运行的速度非常慢，而且所有的运行都是在远程监控下运行的，这样就会导致主机的运行空间减小了，自动控制系统所具备的性能也会受到影响。这就必然会导致系统在运行中可靠性比较低，很容易产生故障[4]。信息集成化的电气自动化控制系统在运行中，是通过操作可视化的浏览器进行操作信息的，这样就可以及时地了解系统运行情况，对于故障发生点以及故障的原因都能够及时掌握。对于信息处理的过程中，系统还可以在运行的过程中对信息进行整理，还可以对信息进行智能化分析，提高信息的准确率。

2电气工程自动化控制应用智能化技术所具备的特点

2.1智能化技术可以实现无人化超控

智能化技术的优势在于，任何情况下都能够得到认可。在对电气工程自动化控制系统的调节中，所调节的是鲁棒性（Robustness）、下降的时间和系统响应的时间。通过对各项参数的调整，就可以将自动化控制工作调整到自己所需要的状态[5]。智能化技术环境下，电气设备得到调节，就可以实行自我控制的作用，由此，实现无人化操作控制，人力成本得以降低。

2.2智能化技术并不需要控制模型

智能化技术的优势在于，使得自动化控制器的安全系数有所提高，面对复杂的动态方程，不会产生难以控制的现象。与传统的控制模型相比，自动化控制器应用智能化技术，工作效率都会有所提高，而且还能够对未来的运行情况作出预测。

2.3使用智能化技术对于不同数据的处理存在着一致性

智能化技术对于不同数据的处理，所使用的是智能化控制器，无论是输入任何的的数据，都可以做出准确的评估。即便是一些数据不属于是常用数据，通过运行智能化控制器也会获得准确的结果，而且还可以自动启动评估功能。智能化控制器的控制对象具有较强的变更性，对于控制对象就会产生不同的控制效果，要实现全面控制是难以实现的，所以，需要对该技术进一步完善。

3电气工程自动化控制中智能化技术的应用

3.1诊断电气工程自动化控制中所存在的问题解决

电气工程系统运行中，如果存在故障，就需要进行诊断。如果采用传统的诊断方式，就是通过人工操作来完成的。这种诊断方法不仅诊断的准确率不高，而且很难得到正确的病因[6]。但是，这种技术对于专业技术人员的技术要求是非常高的。如果电气工程自动化设备存在问题，特别是在数据上存在误差，就必然会对电气工程自动化控制的效果产生不良影响，但是这种失误是难以避免的。人工诊断的效率必然会很低，导致故障不能够及时发现，更是难以查找到故障原因，所以，对于故障难以及时处理，必然是后果非常严重。将智能化技术应用于电气工程自动化控制中，可以对系统进行智能化管理，而且还可以远程控制和监督，通过实时跟踪进行检测诊断，由此可以避免系统运行中存在潜在的问题。

3.2应用智能化技术对电气工程的设计进行优化

电气工程的设计中，如果采用传统的技术，就会导致不断地重复劳动，设计人员还要对设计方案进行改良，还要通过实验试验。很多时候，一些设计中所存在的问题，设计人员还没有考虑到，如果涉及应用中出现了问题，要将问题的原因查找出来也是非常难的，导致很多的问题都不能够在有效的时间内解决。通常从事设计工作的人员要具有非常高的专业水准，不仅要精通专业知识，还要懂得相关的业务知识，对于理论知识的应用能力是非常强的。将智能化技术应用于电气工程自动化控制中，就会使得原有的工作状态发生了改变。设计工作通过运行设计软件就可以完成，而且所有的设计信息都可以在网络平台上传递，由此提高了设计效率，而且设计的精准性也有所提高。由于设计软件都有修改功能，可以在保存原图的情况下进行修改，就可以节省大量的设计时间，而且设计样式也更为丰富了。

3.3整个的电气工程对采用智能技术控制

电气工程控制系统的运行中，有很多的环节都处于控制之中。要实现控制的系统化和集成化，就要采用智能技术。智能化技术主要运行的是专家系统控制对电气工程进行控制，使得自动化运行效率更高。另外还会采用神经网络控制和模糊控制，可以对电气工程实施多层次控制、神经网络控制不仅层次结构多，还可以运行反向学习算法，特别是其子系统中，通过判断系统参数，对参数进行调控，就可以判断转子的速度。正是由于神经网络控制的优势性能，才能够对运行识别模式，使得信息的处理更为及时准确。

4结束语

综上所述，科学技术的发展进程中，信息技术起到了重要的推动作用。电气自动化控制中，信息技术发挥着重要的作用，特别是智能化技术的应用，实现了自动化控制的智能化运行。目前的电气自动化控制设备得以广泛应用，主要是智能技术发挥着远程监督控制的作用，可以提高电气工程自动化控制效率设备的应用价值，电气工程自动化控制所具备的价值都充分发挥出来。

参考文献：

[1]李玲玲，张志全.智能化技术在电气工程自动化控制中的应用漫谈[J].城市建设理论研究，2014（10）：2095-2104.

[2]蒋敦旗.浅议在电气工程自动化控制中智能技术的应用[J].科技创新导报，2014（32）：106.

[3]赵晓乐.浅谈在电气工程自动化控制中智能化技术的运用[J].建筑工程技术与设计，2014（34）：849.

[4]张书春.探讨基于电气工程自动化智能化技术的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013（03）：2095-2104.

[5]史东旭.电气工程自动化控制中智能化技术的应用探究[J].民营科技，2014（07）：1673-4033.

电气与自动化工程论文范文第4篇

关键词：电气自动控制；高校实验室；排放废气净化系统；改造工程设计；排放标准 文献标识码：A

中图分类号：X701 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.

随着现代科技不断发展，科学技术的不断创新进步，对于高校科研实验室的各项要求也不断提高，实验室内温度、湿度、洁净度，要求越来越高，特别是对实验室的排放有害废气净化处理更为重视，应用范围也越来越广。许多的科学研究、空气环境的标准好坏对现代科学的发展，生产技术的进步有着密切的关系，论文就某高校科研实验室系列排放有害废气净化处理系统进行探讨。

1 工程概况

某高校科研楼承担（教学科研的实验）的场所。该建筑设计根据不同楼层和区域功能特点来配置相应实验室区域，本实验楼共13层，每层面积约3000m2，分两大区域实验室，由两套排放废气净化处理系统担任实验室排风废气净化任务，两套排放系统安装在本楼层的天面平台。这次改造主要针对滞后缺陷控制系统线路，重新设计采用PLC模块自动控制系统，提高系统运行效能，确保安全运行。

2 实验室排放废气净化系统改造工程设计

设计流程图如图1所示：

3 控制系统的改造工程设计

3.1 系统控制方框流程图

系统控制方框流程图如图2所示：

3.2 控制系统的改造工程设计

我们在制订改造实验室排放废气净化系统建设方案中，采取新思路和新的方法，既在原来的设备基础组合上，以补配置、以排风废气净化系统为主，配以各单元实验室的排风通风柜辅助设备。

为保证控制达到国家环境标准的要求，我们选择采用PLC模块与人机界面自动控制系统，结合网络远程监控系统，全天候全区域监控、及时发现问题及时解决，针对高校实验室各单元，使用排风-通风柜无规律和频繁启动的特点，自动控制系统识别实验室单元使用通风柜时，排风废气净化系统才启动运行，反之实验室实验结束系统也自动结束，达到智能控制，从根本上解决系统故障率高、运行成本高、不节能、操作使用繁琐等问题，克服了过去传统的控制原理中存在系统设备安全无保护滞后的缺陷；

3.3 控制原理

采用PLC模块与人机界面以及二次回路结合的控制系统，编写完善的运行PLC程序，把PLC控制程序写入模块。当各单元实验室要启动排风通风柜时，系统会自动识别到各单元操作触发启动信号后，根据单元启动系统顺序要求，打开单元排风通风柜电动风阀，系统确认通风电动风阀已经打开后，系统自动启动单元通风柜排风电机、系统变频器（主要控制输出）主排风电机、附塔自吸泵、排放废气紫外线灯管以及系统保护系统，其他实验室单元若使用排风通风柜时，主系统会自动保持运行状态，直至最后单元使用结束，系统根据关闭顺序才会自动关闭。

保护系统会自动识别各单元电动风阀是否有打开或关闭、单元通风柜排风电机、主系统附塔的自吸泵、主变频器-排风主电机、紫外线灯管、配电系统、等电位系统以及其他设备的运行情况是否正常，模块系统会自动检测到某一电气设施正常或不正常时，系统会自动采取相应的保护措施后，并在系统人机界面，显示文字告知故障点，有利于快速解决故障隐患，达到系统安全

运行。

3.4 保护系统原理

保护系统的监控信号，采用电流变送器，安装在配电单元输出端，拾起系统设置的信号参数，反馈给PLC模块程序，由系统程序识别某个单元电气设备是否执行保护，达到保护目的。

3.5 系统的防雷、电网脉冲电压、保护接零

采用等电位接法与PLC程序配合进行保护，用电流变送器接入用电零线单元，拾取零线漏电信号反馈到系统程序，根据系统设置的允许漏电电流大小，从而启动保护指令。

系统采用等电位保护系统和防雷器的配合，可以根本上解决低压配电网中的脉冲电压干扰、漏电保护、过负载保护以及防直击雷、闪电雷、感应雷、电气设备零线过载保护等，具有针对排放废气净化系统安装在楼层顶层的特点，使系统设备和用电安全具有可靠防护措施和保护系统。

等电位系统指电源端零线与接地线直接连接，电网端零线与接地线形成等电位，当配电系统在零线和接地线上有任何的高脉冲电压，等电位保护系统就会根据我们设置的所需保护参数，自动切断故障配电设备，并配合PLC程序-人机界面，显示文字报警区域，可以快速自动排查故障区域，不影响其他区域运行，达到保护电气设备。

等电位保护系统设计原理：系统采用PLC模块，编写自动控制程序，在各支路配电支路网电源总零线、总接地线上，安装低读数-高灵敏度的电流变送器，拾取等电位电流和电位差的信号，反馈给PLC控制系统程序，自动参数比较后，进行各自指令动作保护。

3.6 遗忘关闭/时间预设功能

利用PLC系统程序的时间指令，把我们所需要的设置时间指令，编写在各单元的控制回路中，配合运行指令结合，形成预设置的遗忘功能指令，当启动了单元通风柜运行时，而忘记关闭单元通风柜、系统预设最长运行时间立即启动计时，各单元实验室操作启动通风柜运行所需要时间功能。当某个单元操作忘记关闭通风柜时，系统可事先设置最长使用时间，当时间到了，系统自动会关闭，防止系统长时间不停运行以及不安全

隐患。

预设功能：单元操作可以预设所需要使用时间，这样可以掌握做实验的控制时间，有利于实验的完整性、兼容性。把系统运行提高到较先进的智能控制操作，充分利用系统运行效率，安全稳定、节能。

3.7 网络远程监控系统

利用网络建立PLC控制系统-人机界面的远程网络平台，实现全网络全天候的监控系统，可以实时远程监控处理系统运行状态，及时解决故障，确保系统安全

运行。

3.8 系统变频器

主要控制排放废气净化系统的主排风机运行的变频，可以实现排风机的最佳运行效能，变频器的控制参数，采用电流变送器拾取在各单元实验室的通风柜排风电机的运行电流的信号参数，由电流变送器拾取信号-反馈PLC系统程序，进行比较后，指令变频器所需要变频参数，达到控制变频节能效果。

4 结语

该科技楼实验室排放废气净化系统经过两年多的实际运行，从实际运行效果上看，各个实验室的排风通风柜使用排放参数、智能控制以及主系统的排放标准、控制系统，在设计要求范围内，系统安全稳定、节能、效果良好，达到了设计要求，为我国类似高校实验室的建设提供参考和借鉴。

参考文献

[1] 室内环境健康消费指导手册[M].

电气与自动化工程论文范文第5篇

关键词：机器人竞赛；创新实践；项目教学法

作者简介：毛丽民（1981-），男，江苏常熟人，常熟理工学院电气与自动化工程学院，讲师；刘叔军（1962-），男，黑龙江宝清人，常熟理工学院电气与自动化工程学院，教授。（江苏 常熟 215500）

基金项目：本文系国家自然科学基金（项目编号：61273312）、江苏省自然科学基金（项目编号：BK2010261）的研究成果。

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）01-0148-03

在国外院校，学生本科阶段就开设了机器人启蒙课程，使学生对机器人能够有普遍地了解，研究生阶段开设关于机器人的更深层次的课程，而国内高校本科阶段开设机器人课程的相对较少。

机器人教学与其他学科教学的最大不同之处在于，机器人教学在学习上充分渗透了研究性学习的思想，而且机器人教学实践性非常强。实践教学是培养学生实践能力，培养创新创业人才的重要教学环节。高校要把实践教学和理论教学摆在同等重要的位置，要不断改革实践教学内容，改进实践教学方法。以机器人竞赛、创新实践为导向的项目教学法研究，对大学生创新素质教育具有重要的现实意义。

一、项目教学方法

“给你55分钟，你可以造一座桥吗？”这是德国教育专家弗雷德·海因里希教授在“德国及欧美国家素质教育报告演示会”上介绍“项目教学法”的一个实例。首先由学生或教师在现实中选取一个“造一座桥”的项目，学生分组对项目进行讨论，并写出各自的计划书；接着正式实施项目——利用一种被称为“造就一代工程师伟业”的“慧鱼”模型拼装桥梁；然后演示项目结果，由学生阐述设计思想和构造机理；最后由教师对学生的作品进行评估。通过以上步骤，可以充分发掘学生的创造潜能，培养和提高他们的动手能力、实践能力、分析能力和综合能力。

以机器人竞赛、创新实践为导向的项目教学法研究，就是要将项目教学法应用到机器人的创新实践中，把各项理论知识和实践技能有机地结合，将机器人的项目分解成多个明确的目标任务，让学生在规定的时间里独立完成相应的任务，其目的在于充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。通过实践探索出一种能提高学生创新和实践能力，全方位调动学生学习的积极性的机器人教学模式。在实施“机器人竞赛、创新实践为导向的项目教学法”时，重视机器人项目的选择、机器人具体成果展示、教师的评估与总结、充分利用创新实验室的现有资源并使之与现代化教学相结合，这是搞好“项目教学法”的关键。

二、机器人竞赛

机器人竞赛是一项很好的科技创新活动，形式繁多，内容丰富。设计方案的开放性，也为学生的创新奠定了基础。参赛者可以用不同的方法实现同一个项目，通过比赛，激发其对机器人的学习兴趣，引导他们积极探索机器人新科技，为其自主创新能力的培养提供良好的平台。

中国机器人大赛暨RoboCup 公开赛：1999年，在RoboCup 国际委员的支持和授权下，首届中国机器人大赛暨RoboCup 公开赛在中国重庆举办，目前是中国机器人最具影响力的赛事，比赛共设立12类65项赛事。机器人竞赛种类多、规模大、水平高，为大学生进行创新实践活动提供了很好的平台。

“未来伙伴”杯中国智能机器人大赛（暨国际机器人灭火比赛中国赛区选拔赛），是中国人工智能机器人专业委员会等多个单位主办的一项全国性赛事。大赛包含机器人救火大赛、机器人足球比赛、机器人创新大赛、机器人搜救大赛、机器人擂台赛和机器人舞蹈戏剧大赛等6个主题项目。其中机器人救火大赛是国际赛制机器人灭火比赛（暨国际机器人灭火比赛中国赛区选拔赛）。

“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛，由教育部委托高等学校自动化专业教学指导分委员会主办。竞赛分竞速赛与创意赛两类比赛。自2006年首次举办以来，“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛已经成功举办了6届。

三、机器人实践教学的具体实施

机器人竞赛、创新实践是一项很好的科技创新活动，机器人的趣味性易于激发学生学习和研究的兴趣，同时将创新实践、竞赛引入教学过程，使学生变被动学习为主动学习和研究。

“机器人项目教学法”的一般教学结构如图1所示：

“项目教学法”最显著的特点是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”，改变了以往“教师讲，学生听”被动的教学模式，创造了学生主动参与、自主协作、探索创新的新型教学模式。

本文以参加2012年中国机器人大赛暨RoboCup 公开赛的医疗与服务机器人组的项目为例，在比赛初期确定人员，将不同专业和不同年级的学生组成一个竞赛小组，研究竞赛规则、制定项目方案、机器人结构设计、电路设计、程序调试，学生分工合作，过程中集思广益、取长补短、团结协作。这种在探索中学习的过程是其他教学环节无法实现的，对于培养学生的实践创新能力非常重要。本文以一种医疗与服务机器人设计为导向的项目教学法，按照以下六个教学步骤进行：

1.项目的申请

根据学院参加机器人竞赛的实际情况，中国机器人大赛暨RoboCup公开赛，作为全国最具影响力的机器人比赛。本学院主要参加了医疗服务机器人、机器人游中国、擂台等机器人项目，学生可以针对感兴趣的比赛项目，或者根据江苏省高等学校大学生实践创新训练计划，申报项目，填写申请书。教师针对学生申报的项目，分析学生的实际情况，建议选择项目规模和难度适中的项目。

中国已经进入了老龄化社会，而且在今后几年内老龄人口数量将会呈上升趋势，老龄化将更加严重。老龄化使社会的劳动力减少，一些老年人不仅不能参加劳动，而且有的甚至失去了自理能力，需要人照顾，这就增加了他们的子女以及社会的负担。年轻人为了工作日益繁忙，在目前服务行业工作者稀缺的背景下，在医院时不时会有行动不便的病人需要护士和家人的搀扶。而在没有人帮助的情况下，行动不便的病人寸步难行，稍有不慎就有可能摔倒受伤。所以笔者建议学生选择参加医疗与服务机器人创新设计与制作赛项，设计一种医疗服务机器人更好的服务病人。

2.项目团队的建立

建立学生团队，营造互相竞争、互相帮助的学习氛围，学生在做项目过程中携手合作，弥补相互间的不足，遇到问题大家一起讨论解决，这让学生体会到团队的重要性，做到共同进步。同时，团队的学生分工明确，每人负责项目的某一部分，使学生真正参与到项目中，整个项目的完成，离不开每一个学生，学生为使项目不会因为自己负责的部分没有完成而主动学习，主动查资料，可以培养和提高学生的自主学习能力。学生团队的建立，应考虑学生的专业，年纪，特长等因素。教师确定一名队长，根据项目的特点，队长可以自己招学生，实现学生管理学生。

参加医疗与服务机器人创新设计与制作赛项，笔者选择了5名学生，队长由09级的一名学生担任，该生组织能力比较强，专业能力也比较脱出，由他负责整个项目的进展，汇报工作。其他学生分别是1名2009级的，2名2010级的，1名2011级的，专业分别是自动化、测控、电气。

3.项目任务、计划的制定

团队负责人制定机器人项目工作计划，确定工作步骤。机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的智能仪器。本次设计的医疗服务机器人由小组讨论决定，医疗服务机器人外形像轮椅，病人能够独自驾驶去化验室拿取报告，去门诊找医生复诊，降低护士工作量及病人家属的负担。为使医疗服务机器人更好的服务病人，该团队为机器人设置了两种模式：座椅模式和病床模式，免去了病人就诊、休息时需要被移动到病床上的麻烦。机器人将现场键盘控制和远程控制相结合，实现护士对病人的远程监护，机器人在前进过程中，检测到前方有障碍物时就会立刻停下，减少不必要的事故。同时机器人配备了机械手，可以帮助病人取物品，最大程度帮助病人。

根据团队中学生的专业、特长等分配任务，负责机器人机械结构设计的学生需要画图纸、电焊等来完成机器人结构的设计、机械手的设计；电路设计的学生制作包括单片机电路、电源稳压电路、电机驱动电路、红外避障电路、键盘输入电路；测控专业的学生负责电路的测试、场地的制作等工作；程序编写的学生，完成程序的设计、调试；控制界面的设计由另外一个学生负责，主要是VB编写上位机、WIFI摄像头的调试、蓝牙通信的调试。

根据机器人项目的特点，学生在制作过程中可适当地作一些调整。根据项目完成的时间确定工作步骤，进行时间分配。最终得到教师的认可才能执行。

4.项目制作

学生自己确定各自在小组中的分工，然后按照已确立的工作步骤和程序工作。基于机器人项目的作品成果形式多种多样，可以是调查报告、实物模型、演讲稿、论文等。通过展示作品成果，可反映学生在项目完成过程中所掌握的技能。本次设计的医疗服务机器人成果包括机器人模型一个、机器人设计与使用说明书一份、演讲稿一份。在本项目比赛结束后，指导学生按照他们设计的医疗服务机器人撰写论文、申请专利。

5.项目检查评估

整个项目检查评估采用答辩的形式向教师汇报，首先由队长对整个项目进行汇报总结，再由队员对自己负责的工作进行汇报和自我评估，并且对设计的医疗服务机器人进行展示，教师根据团队成员的表现、研究成果表述和作品的展示进行检查，为到现场比赛作准备。

针对项目中出现的问题，师生共同讨论，教师引导学生独立思考问题，解决问题。学生通过对比师生评价结果，找出造成结果差异的原因

6.项目资料归档或应用

为使学生养成良好的习惯，项目结束后，教师监督学生将项目工作资料整理归档，材料包括项目申报书、进度表、机器人机械结构图、程序设计流程、机器人控制程序、项目结项书、项目报告讲义等。

四、机器人项目教学的成果

机器人创新实践是一个综合性、高难度的科技制作过程，有利于提高学生的动手能力和创新能力。在教师指导下，学生通过自己查阅资料、提出有创意的设计方案，选择合适的元件，设计、焊接电路，编程、测试程序等，充分调动了学生的积极性，发挥学生的创造力，使学生在实践中进一步提高自己的综合能力。有助于将学生的兴趣应用到教师的科研中，使学生们热爱科技，投身科技，在学校形成良好的科技学术气氛。

本校参加机器人竞赛源于2010年，当时参赛的赛事为“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛、中国机器人大赛暨RoboCup公开赛、江苏省机器人大赛、“未来伙伴”杯机器人竞赛，并因此开设了机器人技术、机器人创新实践与竞赛等公共选修课；制定了《大学生创新实验室项目负责制实施办法》，针对项目采取一系列措施，保证学生能在项目的过程中锻炼自己的能力，同时能保证创新实验室项目的创新性。实践教学效果显著，本校代表队在2012年第七届“飞思卡尔”杯华东赛区比赛中，获得摄像头组第一名，晋级参加全国决赛的队伍，获得全国摄像头组特等奖。2012年中国机器人大赛暨RoboCup公开赛获得3项季军，2010年“未来伙伴杯”获得灭火比赛冠军，受邀参加在美国举办的国际机器人灭火比赛。

五、结论

实践教学的目标是培养学生通过实践发现、分析和解决问题的能力，培养创新精神和初步的科学研究能力。机器人创新实践活动以其高度的实践性被越来越多的高校引入实践教学。本校自动化学院机器人实践教学的具体实施，促进了学院各学科综合发展，提高了教师的理论、实践教学水平和科研水平，使学生对机器人相关课程融会贯通，提高了学生自主学习、创新和团队合作等综合能力，推动了学院实践教学体系的发展和完善。

参考文献：

[1]战强，闫彩霞.机器人教学改革的探索与实践[J].现代教育技术，2010，（3）：144-146.

[2]刘景福，钟志贤.基于项目的学习模式（PBL）研究[J].外国教育研究，2002，（11）：18-22.

[3]王旭仁，何花，等.深入完善“智能机器人”实践课程体系促进教学实践[J].计算机教育，2009，（11）：116-118.