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[2] 毕克伟。工业电气自动化的应用与发展。中小企业管理与科技，2010(36)。
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[4] 孙琥。科学发展观旗帜下的工业电气自动化发展。硅谷，2009(1)。
2.1 电网调度中的应用分析
电网调度体系中，组成部分有自动化电厂的信点通道、站端和控制中心三个环节，其中涉及到的主要元部件为电网调度工作站、大屏幕显示器以及中心服务器。借由电力系统局域网，把发电厂、电网调度中心、变电终端连接为一体，实施测量监控工作。同时，电气工程及其自动化技术应用在电气工程中，可以随时对电网工作状态进行数据监测，从而了解实时信息，并在对数据计算分析的基础上，进一步确认电力系统是否能够负荷当前用电量，真正实现了对电网调度的自动化控制。因此，电网调度中应加强电气自动化及相关技术使用，提升自身调度工作水平的同时确保电力系统运行稳定性。
1. 前言
用电系统是电厂发电中的重要组成部分，使发电机能有足够的电源保证。其中，电厂用电系统的安全、稳定、可靠是十分重要的因素，能够保证用电系统性能的有效发挥。电厂电气综合自动化技术是基于电厂的安全、稳定、可靠要求，是保证电厂正常运行的重要技术力量。电厂电气综合自动化技术通过对电厂用电系统的实时数据收集，对设备状态情况进行分析，在实时监视状态下实现电气系统的控制和管理。在不断改进和发展电气综合自动化技术时，该技术具有越来越广的应用空间。根据近年来电厂电气综合自动化技术的发展，我们可以预见该技术的发展方向是：向更为先进的控制技术、提高用电系统工作的质量和效率、降低能耗、环保节能、成本的进一步降低、优化、协调电厂的设备技术等方面。本文一方面回顾近年来电厂电气综合自动化技术的发展程度和发展水平，另一面来展示该技术发展的成果。
2. 电厂电气系统的监控设备
电气系统的监控区域的控制特点。以电气设备的数量和布置情况而言，电厂电气系统的各设备的分布较于分散，配电室和控制室的设备元件多，具有控制难度大、检修难度大。电气设备在操作频率相对较低的情况下，许多设备在较长的时间内操作次数很少。且其可靠程度要求高，设备运行速度较快。总之，电气综合自动化技术包括了各组成结构、保证可靠性的要求、保证正常的系统启动和关闭功能和运行状态，对急需维修的运行状态有预警，能应急的分析和处理各种系统内部问题，指导检修和维护工作。
3.电厂电气综合自动化技术的现状分析
自20世纪90年代起，我国确定火电厂电气系统使用接入DCS系统的计算机控制，由人工监控到计算机自动化的监控的过渡，这就是电厂电气综合自动化技术的开端。接入DCS系统的电厂系统设备，具有广阔的发展空间，研究方案、成果也较多。其中分为集中式和分层式的两种不同技术实现方式。集中式是通过硬接线方式，模拟电气量和开关量信号，并通过硬接线电缆各自分别接入DCS系统的输入、输出通道。分层式则是采用数字通信的总线技术，在DCS系统内接入各微机型智能保护测控装置来实现，这种方法是电厂电气综合自动化技术发展的总趋势，设备都采用分层式的实现方式，因其真正实现了电气系统监控自动化的功能。下面分别对集中式设计电气自动化方式与分层式自动化设计方式作个阐述。
3.1集中式电气自动化设计分析。集中式是通过硬接线的方式，相对较为传统、落后。通过转化了强电信号为弱电信号，在空接点和直流信号下，模拟电气量和开关量在硬接线电缆下，与DSC系统的输入、输出设备相连接，由此可发挥DCS系统监控电气设备的`功能。DCS系统的输入、输出设备的连接又可分为两种方式，即直接接入方式和远程接入方式。直接接入方式通过电缆连接电子间集中阻屏，远程接入方式则通过现场设远程采集柜实现数据集中处和设备相距较远情况下的连接，DCS控制系统的连接是在通信方式下完成。也就是，直接接入方式、远程接入方式是两种在本质上没有区别的连接方式。
3.2集中式的特点。电气量的的采集集中组屏，易于管理，设备运行环境好，硬接线方式简易，响应速度快等。但同时也有不完善的地方，由于通过电缆硬接线连接，电缆使用量较大，所占空间较大，长电缆容易相互干扰、电能损耗量大，又影响DCS系统的稳定性、可靠性。DCS系统的费用高，投资成本高，限制了接入DCS系统的设备数量，仅有几个重要的设备是连接DCS系统，而其他设备没能实现自动化，实际电厂内电气综合自动化的水平较低。再加上所有信息采集量都基于DCS系统下进行处理，工作量大会影响系统的风险系数，系统使用的可靠程度也随之降低。并且，DCS系统的调试环节靠后，而根据集中式的技术实现方式，难以满足倒送厂用电要求。缺少电气监控的主设备系统，稍微复杂的电气系统运行的管理较难把握，综合自动化监控技术尚未达到。
3.3分层式电气自动化设计分析。电气综合自动化技术的分层式技术使用，由3层组成，分别是站级监控层、通信层、间隔层。其中，站级监控层则是在通信技术，实现对间隔层的数据管理及信息交换。信管理机、光纤或电缆网络构成网络层，在现场总线技术下实现了各种功能，如数据汇总、规约转换、转送数据及传控制命令等。终端保护测控单元组成间隔层，设计时使用电气一次回路或电气间隔方法完成，在各个开关柜或其他一次设备附近分布安装各测控单元和保护单元。
3.4分层式技术的特点。就地安装间隔层测控终端，在较少的占地面上，提高各装置的独立性、灵活性、可靠性。交流采样的方式得到的模拟量数据，节约电缆使用，从而减少了成本支出。又由于分层技术较好的抗干扰能力，使得采集数据的精确性上升。这样，有较广的空间采集更多数据，监测的分析数据较为完善，远距离修改保护定值和复归信号得以实现，检修维护工作较为简单。分层式技术在原有的基础
上，具有较为广阔的发展空间，体现在对系统的扩展和维护上。依据分层式技术特点，单个故障不影响周边设备的运行，维修成本降低。电气监控主站的设立，能独立的进行调试和投运工作，就能实现倒送电，同时还具备其他的有利条件，提高了系统的监测规模和水平。
3.5分层式技术的关键。
（1）间隔层终端测控保护单元。以间隔层一次设备为单位，分层式技术得以发挥，设立配置测控保护单元。配置测控保护单元是用于保障电厂的用电系统发挥的关键技术，该单元有较高的灵敏性、可靠性、速动性和选择性要求，而集中式所使用的DCS系统操作不适用，而一般采用专用保护装置。电厂用电系统的保护装置由线路、电厂中的电动机综合保护测控装置和其他装置构成。能提高实时数据采集、计算机保护、远程数据控制和故障的记录功能。
（2）通信网络。基于ECS系统的操作环境较差，所以通信网络是一项关键技术，能直接影响电气自动化监控系统的整体发挥。现阶段使用较多仍是电缆现场总线网络方式，而光纤通信则逐渐被使用。通信网络通过通信管理机双机热备用或双通道备用原则配置，一旦数据通信网络有问题出现，系统能自动切换至冗余装置或通道，增强系统的可靠性。
（3）设立监控主站。监控主站能监控和管理将电厂用电系统，配置成单机或双机或多机系统，由发电机机组的容量和运行管理要求而定。配置的软件有前置机软件、实时数据库软件、人机界面软件和图形建模软件等组成，实现了监控系统、管理系统、管理数据、应用及分析等功能。
3.6电厂电气综合自动化技术的发展趋势。以太网能快速传输数据、成本低廉、容量大、网络技术灵活等优势成为电气综合自动化的网络通信技术的最佳选择。嵌入式技术实现工业化的以太网，具有强大的功能和广阔的发展空间，因此嵌入式以太网是电气综合自动化系统络通信的主要发展方向。
在电力系统中，无功功率占有供配电设备的很大一部分容量，因此增大了线路的损耗，从而造成电网的电压下降，也因此影响了电能质量和电网的经济运行。而对于用户而言，无功功率的直观表现为功率因数偏低，而当功率因数小于0.9时，用户就会向供电部门缴纳一定比率的罚款，因此用户用电的成本也增高，经济效益就会下降。但是我们若选用恰当的无功补偿设备的话就可以实现无功就地平衡，提高功率因数，从而事项节能减耗、提高电能质量、稳定系统电压的目的，而且能够提高经济效益和社会效益。
比如，在受导电抗的作用下，电机发出的交流电流和交流电压的相位角不为零，因此电机发出的电能不能完全被用电器吸收，不能被吸收的部分则在电机和用电器之间往返变化而不会释放出来。又因为电容器产生的是超前的无功，因此采用电容器补偿可以与无功率的电能进行抵消，即Q=QL-QC。
电气自动化毕业论文
基于plc的电气自动化毕业论文
数控机床电气控制简析
摘要：对数控机床电气控制系统的控制方式、系统功能、主要实现部件，进行了选择和分析，然后给出一个完整的基于plc的数控机
床电气控制系统工作原理方案。
关键词：plc；数控机床；电气控制
目前数控机床相关技术的发展，不仅要对各机床各个坐
标轴的位置进行连续控制外，而且需要对机床主轴停止、转向
和进给运动的启动和停止、刀库及换刀机械手控制、切削液开
关、夹具定位等动作，进行特性次序控制。特定次序的控制信
息，由输入/输出控制，如控制开关、行程开关、压力开关、温
度开关等输入元件，继电器、接触器和电磁阀等输出元件控
制，同时还包括主轴驱动和进给伺服驱动的使能控制和机床
报警处理等[1~5]。
随着可编程序控制器（plc）技术的发展，上述综合功能是
可以由数控机床中的可编程序控制器来完成的[1~2]。它是由输
入部分，逻辑部分和输出部分组成，输入部分收集并保存被控
制部分实际运行的数据，逻辑部分处理输入部分所取得的信
息，并判断哪些功能需做出输出反应。输出部分提供正在被控
制的许多装置中，哪几个设备需要实时操作处理。笔者基于
plc控制来分析对一类数控机床的电气控制设计，主要包括
对控制方式的选择和分析；对电气控制系统中的主要实现部
件进行分析和选用，以及提出完整的基于plc的数控机床电
气控制系统工作原理方案。
1基于p lc的数控机床电气控制方式的选择
数控机床电气控制方式优劣，决定了控制系统的成败[3,5]。
本文所提及的系统，要控制机床实现高速高精度的加工，所以
系统的性能至关重要：首先要根据预定要求和被控对象的特
征、控制精度、系统运行速度等限制进行了综合考虑，同时，充
分考虑系统的性能价格比等因素，确定x、y轴采用pc机+
运动控制器+电机+光栅尺的方式进行闭环控制。采用此种
方式，pc机发挥了强大的文件处理功能、人机交互功能以及
高速的数据处理功能，运动控制器则体现了高可靠性、高速
性、高精度等优点，光栅尺则为系统提供了高达1μm的精度
的位置信息。同时，运动控制器可以接入机床的各种传感器，
并及时做出处理，提高了整个系统的可靠性和稳定性。运动控
制卡只能接入少数几根轴，而运动控制器可以大量扩展轴的
数目，为系统以后的升级带来便利。运动控制器同时还可以通
过一个标准接口接入一个plc系统，即运动控制器同时可以
执行plc功能。
2数控机床的功能分析
本文分析的数控机床，是一拖四的机床，有x、y轴和四
个z轴上的伺服电机，来进行工作台定位；x、y、z轴可以联
动，四个z轴可以同时运动，也可以分开运动。
为了提高加工精度，工作台的x、y轴运动，利用光栅尺
实现全闭环控制，对工作台进行精确定位。通过外扩模拟量
i/o点对高速变频器进行控制，实现四个主轴电机可以进行启
停分开控制，转速同步控制。x、y轴进行两侧硬限位和软限位
双重保护，对z轴下侧进行软硬限位。主轴转速高达16万
r/min，实现较高的加工效率，并配备专用的冷却水泵对电机
进行冷却，同时实时检测电机温度，提供温度保护。为每根主
轴安装机械手和刀库，实现自动换刀和手动换刀可选择。为了
提高加工质量，机械手换刀后，进行刀具深度和位置检测。加
工过程中，实时检测刀具磨损以及断刀情况，出现刀具失效，
可以自动通过机械手换刀或者提示操作者手动换刀。为了稳
定加工，系统具有高速的上下位机通讯功能，上位机可以随时
对下位机进行控制，下位机也把各种信息传到上位机。
3电气控制系统组成
控制系统由pc机（工控机），simotion，电源模块，电机模
块，电机，光栅尺，smc30（传感器模块），分布式1/0et200m(包括
数字量模块和模拟量模块)，机械手，主轴变频器，高速主轴以
及多个传感器以及限位开关组成。具体的分析及其选用如下：
3.1上位机
上位机是一台pc机（工控机），主要负责从加工文件中读
取需要数控机床加工流程（以钻孔为例）的钻孔的孔位和孔径
信息，以及为用户提供友好的界面设定加工参数，最后通过
tcp/ip协议，把这些数据传到运动控制器。3.2 s imotion运动控制器
simotion d是整个控制系统地核心，所以simotion d
的运行速度和可靠性，会对整个系统产生决定性影响。本系统
选择的simotiond内部结构，是由西门子plc5300和西门子
的运动控制cpu组合而成，所以继承了plc工业运用上的高
可靠性优点，同时也继承了运动控制系统对运动控制的灵活
性。simotion是一个全新的西门子运动控制，它是世界上第
一款针对生产机械而设计的控制系统。simotion的目的是为
实现各种运动控制任务提供一种简单、灵活的控制系统。为了
确保成为最佳的控制方案，simotion的功能得到了很大程度
的扩展。simotion主要有三大功能：
（1）运动控制；
（2）逻辑控制，例如，对输入信号的逻辑门处理，以及对输
出信号的分析与赋值；
（3）工艺控制，例如压力控制、温度控制等。
目前simotion面向的行业，主要是运动复杂、速度及精
度的要求较高的制造机械、包装机械，橡塑机械，锻压机械，纺
织机械，以及其他生产机械领域。
3.3电源模块
一般变频器的工作方式，为先把一定频率的交流电变为
直流电，再由逆变器把直流电变为指定频率的交流电。simo-
tion运动控制系统，采用通过电源模块把工业交流电变为直
流电，再分配给多个电机模块的方式。电源模块分为可调电源
模块和不可调电源模块。可调电源模块，可以根据参数把它转
化出来的直流电稳定到一个指定的可变值，并且具有与
simotion通信的功能；不可调电源模块，只能输出一个固定
的直流电压，而且不能同simotion通信。
3.4电机模块
电机模块主要是把540v或600v的直流电，逆变成指定
频率的三相交流电，供给电机使用。目前的电机模块有两种类
型：书本型和装机装柜型。书本型又分为单轴电机模块和双轴
电机模块，单轴为3-200a；双轴为3-18a；电机模块和主控单
元之间通过drive-cliq接口，进行快速数据交换。
因为要对x、y和四个z轴进行伺服控制，所以采用3个
书本型双电机控制模块，来对6个轴进行控制。
3.5伺服电机
伺服电机是数控系统的动力提供者，本系统的x、y和4
个z轴，都采用的是高动态相应的交流伺服电机。电机可以进
行矢量控制和伺服控制，电机上还带有旋转编码器，用来组成
一个电机位置闭环系统，实现对电机的精确控制。
电机本身所带编码器的精度在10μm左右。电机也具有
drive-cliq接口，可以实时上传电机的状态参数，在系统自
动组态时，可以上传自己的铭牌数据，极大地方便了系统组
态。同时电机上边全部用标准安全接口，为电机接线时，只需
把相应的插头插入即可。
3.6光栅尺
西门子伺服电机本身带有编码器，但是电机编码器的精
度只能达到10μm，离要求的5μm差距较大。所以用外部光
栅尺检测工作台的位置，并把精确的位置信息通过smc30（传感器模块）转换成标准信号，传递给simotion进行处理。光栅
尺选用业界知名的renishaw公司产品中的rg4系列。
3.7变频器
数控机床的主轴速度，要求的非常高（12万r/min以上），
所以为了对高速主轴进行控制，要选择一种高速变频器。台达
v系列可以满足高速主轴的频率要求。由于simotion上没
有用来同台达变频器进行通信的485串口，所以对台达变频
器的控制，采用模拟量控制方式。方案为simotion d扩展
et200m获得模拟量i/o来对台达变频器进行控制。
3.8高速主轴
机床的主轴采用西风的f16 160000rpm高效率pcb钻
孔主轴，采用全流道冷却系统，是一种高精度、高寿命、高稳定
性的全功能pcb钻孔主轴。刀具加紧方式，采用启动夹紧方
式，冷却系统则为干净的水循环利用，不能使用去离子水。为
了对独一主轴进行保护，主轴内置ntc温度控制系统。
3.9其他传感器
（）lomron接进开关。本系统对工作台的回零，采用外部 标志加编码器零位方式回零，工作台回零时的外部标记用接近开关来实现，同时4个z轴限位，也是通过接进开关来实现 的。本控制系统的限位回零采用此接近开关。
（2）深度检测系统。本系统可以采用机械手自动换刀或者 手动换刀，由于换刀过程中，会出现刀具的夹装位置不同，造 成钻孔深度不同，也会出现刀具安装倾斜等情况。ncpcb tool setting device（刀具检测系统）可以在自动换刀或者手动换刀 后，进行检测刀具深度以及方向是否正确。
4电气控制系统总体工作方案设计
如图1所示，为该电气控制系统总体工作方案原理图。该 电气控制系统总体工作方案是：pc机读取文件信息，把数据 传递给simotion d；simotion d再根据这些收到的数据，控 制电机模块驱动电机，带动工作台进行位置控制；光栅尺实时 检测工作台的位置信息，并传递给simotion d，实现对工作 台进行位置调整，满足对位置的精度要求。由于光栅尺信号不 能由simotion d直接识别，所以通过传感器模块smc30转 换为标准的信号，传递给simotion d。被et200m从
simotion d接收到主轴的转速信息，通过模拟量模块输出一 个相应的电压，控制变频器驱动主轴转动。工作台的工作(更多精彩内容请访问首页状 态，可以通过多个传感器(如接近开关、断刀检测传感器、深度
检测传感器等)检测到并传入系统。这些传感器的信号先送到 simotion的扩展模块et200中，再送入simotion中，运用 simotion强大的工艺处理、逻辑处理能力，对这些信号进行 处理，从而完成整个的加工任务。
5结束语
数控设备在我国已广泛生产和应用，但水平还不高，这严 重制约着我国生产加工工艺的提高。究其原因，主要体现在电 气控制部分。本文给出的数控机床电气控制思想和方法，经过 长期运行，证明其设计合理，控制精度高，性能可靠，能大大提 高生产效率和质量，不失为一种优秀的数控电气控制方案。 参考文献：
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3.1平台开放式发展
OPC技术的出现，Microsoft Windows平台的广泛应用和IEC61131的颁布，为电气技术的发展奠定了良好基础。基于PC技术的人机界面已经成为主流趋势，而基于PC技术的控制系统具有灵活和易于集成特点也正在被广泛的采纳和应用。
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