在強電系統的發展過程中,單純的依靠強電控制系統已經遠遠不能滿足技術方面、操控性方面的要求,所以研究弱電控制強電的發展,對我國的發展有著很重要的意義。
如在發電廠和變電站的控制、信號和測量系統不僅可以采用強電方式,也可以采用弱電方式。隨著弱電技術的發展以及微型計算機的應用,控制、信號和測量系統逐步實現了弱電化和自動化。
一、電氣自動化的現狀
電氣自動化的發展,很大程度是依靠弱電控制強電技術的發展,具體如下:
發展平臺開放式。依靠OPC 和Windows 平臺等技術,發展平臺開放式,結合合適的電氣技術,對未來的發展起著非常重要的作用。
IEC61131 標準使得接口標準化。現在全球有上百家PLC 的生產企業, 四百多種PLC 產品, 但是PLC 產品的編程語言和表達方式并不相同, 相互結合不方便。IEC61131 的頒布解決了這一問題。它不但促使了產品的編程接口標準化,還定義了語法和語義。目前,IEC61131 被控制系統廠商采納,并成為一個國際化的標準,它不但容易管理程序,還縮短了編程周期,極大地提高了使用效率。
Windows 正成為標準平臺。在電氣自動化領域,不但微軟的技術成為工業控制的標準平臺和規范,而且PC 和網絡技術在商業和企業中得到廣泛的應用。以PC 技術為基礎的人機界面得到普及,以PC 技術為基礎的控制系統得到廣泛的利用, 這都是由于該技術的靈活性和易于集成等特點。因為Windows 操作系統不但易于使用和維護, 而且易與辦公平臺的集成,所以在控制層得到廣泛的推廣。
應用現場總線和分布式控制系統。連接設備和自動化系統雙向傳輸的分支結構串行總線就是現場總線.也就是通過串行電纜將工業計算機和PLC 的CPU 與遠程I/O站、智能儀表、低壓斷路器等設備連接,同時將設備的信息采集到控制器上。分布式控制就是通過總線將PLC、I/O 模塊和設備連接,替代輸入/輸出模塊為檢測器和執行器。
二、電氣自動化的發展趨勢
統一系統開發平臺。如果統一了系統開發平臺, 就可以全面支持自動化項目中的設計、調試和開機、實施和測試等各個階段。這樣不但可以節省所需花費的資金,還可以減小從設計到完成所需要的時間。需要注意的是,統一的系統開發平臺獨立于最終的運行平臺。同時要根據項目特點和用戶需求來決定運行代碼下載到何處,例如:硬件PLC、嵌入式NT 系統、控制系統等,自動化產品必須滿足以上所提出的要求。
通用的網絡結構。為了保證現場控制設備、企業管理系統之間的通訊暢通,需要一個通用的網絡結構。對于現代自動化系統來說,通用的網絡結構是相當重要的。通過網絡結構,企業管理層可以對現場設備進行監督。在進行網絡規劃時,一定要保證從辦公自動化環境到控制級系統范圍內的通訊,不管是選擇與設備通訊的現場總線,還是選擇與辦公系統通訊的以太網。全集成自動化技術就是指在網絡中貫穿著集成的網絡配置和編程以及集成的通訊等功能。
程序接口標準化。對于一個成功的自動化系統來說,標準化的程序接口是一個很重要的因素。標準化的程序接口不但可以減少工程時間,節省所要花費的資金, 還方便自動化系統和辦公系統之間進行數據交換和共享,例如:Windows2000、ActiveX 等。在自動控制和管理平臺之間,標準化的程序可以建立很好的接口。為了防止不同廠家的產品數據交換出現問題,標準化的程序接口很好的解決這一問題。
四、弱電控制強電分析
在弱電控制強電過程中,我們日常最為應用的是單片機控制系統,下面就以單片機為例。
一塊單片機、一個光電耦合器和一個可控硅就可以實現5伏的弱電控制220伏的強電,由此可以實現各種電器的控制,為我們生活提供服務,如可以制成在日常生活中應用很廣泛的水溫恒溫控制系統。
工作原理:單片機部分:采用HT46R47單片機,其主要任務是將傳感器測得的溫度處理判斷。復位電路和時鐘電路保證單片機正常工作。溫度測量電路:由NTC熱敏電阻構成,主要任務是將測得液體的溫度并傳給單片機進行數字處理。PTC控制電路:主要由MOC3023光電耦合器、BTA16可控硅和PTC加熱片組成,其任務的是控制溫度在限定溫度范圍內。酸奶最佳發酵溫度是28度,控制系統使容器中液體保持在28度。控制原理為,由溫度傳感器對溫度進行采樣,將測量結果送給單片機;單片機將測得的溫度值與內部設定的溫度值進行比較,根據比較結果,通過執行機構——可控硅對PTC加熱器是否工作進行控制。
電路介紹:
電源。電源部分由一個由穩壓管7805、電容、整流橋和變壓器組成的+5V的穩壓電源。變壓器得到市電220V電壓,將交流的220V電壓轉化為12V的交流電壓,9V的交流電壓經過整流橋后變為直流9V電壓,經過電容濾波以后,在穩壓管7805的作用下,將9V直流電壓變為5V直流,為單片機提供穩定的低壓電。
單片機控制部分。利用HT46R47來實現溫度的控制,通過溫度傳感器將采集的溫度送給單片機,單片機對此進行工作,并用程序來控制加熱器件。控制電路的介紹:單片機HT46R47的12腳VCC腳1連接上面電路的+5V電壓。單片機HT46R47的11腳RES腳與電阻R2,電容C3組成一個復位電路。單片機HT46R47的13,14腳與12M晶振組成時鐘電路。
HT46R47的介紹:HT46R47是 8位高性能、高效益的 RISC 結構單片機,用于直接處理模擬信號,例如直接連接傳感器。該系列單片機包含一個集成的多通道模數轉換器,以及一個或多個脈沖寬度調制輸出。同時也增強了單片機的其它內部特性,如暫停、喚醒功能、振蕩器選擇和可編程分頻器等,增加了單片機的使用靈活度,而這些特性也同時保證實際應用時只需要最少的外部器件,進而降低了整個產品的成本。有了集成的 A/D 和 PWM 功能的優勢,再加上低功耗、高性能、靈活控制的輸入/輸出和低成本等特性,此系列單片機廣泛被應用在傳感器信號處理、馬達驅動、工業控制、消費性產品和子系統控制器等場合。
測溫。單片機的8腳與R2,R3組成一個簡單的分壓電路,R2是定值電阻11K,R3是溫度傳感器的電阻,它會隨著水溫的變化而變化,8腳得到5V電壓的分壓,單片機得到電壓的信號,然后判斷是否繼續加熱
加熱部分。單片機的1腳接控制加熱部分的三極管的基極,編寫程序控制PTC加熱。光電耦合器MOC3023與可控硅BTA16組成一個加熱系統,光電耦合器moc3023相當于一個開關,控制可控硅導通。
加熱電路介紹:三極管的發射極接+5V電源,基極接單片機的1腳,集電極接發光二極管,當控制腳低電平時,三極管導通,二極管發光。光電耦合器MOC3023的1腳得到信號,二腳接地,使光電耦合器MOC3023內部工作。光電耦合器MOC3023的內部工作,使6腳輸出信號到可控硅BTA16柵極(控制極)G,控制可控硅工作。可控硅BT A16的陽極,陰極,控制加熱元器件P TC的加熱。當溫度達到一定溫度后,溫度傳感器將信號傳給單片機,單片機1腳輸出低電平,使加熱部分停止工作。
弱電系統作為宜控制,方便操作,安全可靠的系統,在廣泛應用于強電網絡與強電系統中,將極大改善原有強電網絡的高危險,難操作的難點。同時,作為弱電系統的單片機,軟件技術室支撐弱電發展的重要保障。