第6講 自動(dòng)化的典型應(yīng)用(2)

1、自動(dòng)化概論 An Introduction to Automation金陵科技學(xué)院智控學(xué)院金陵科技學(xué)院智控學(xué)院20152015年年9 9月月1第6 6講 自動(dòng)化的典型應(yīng)用（2）2主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：6.1 機(jī)械制造自動(dòng)化6.2 過程工業(yè)自動(dòng)化6.3 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 3l各種工業(yè)產(chǎn)品的制造過程：各種工業(yè)產(chǎn)品的制造過程：l零部件生產(chǎn)零部件生產(chǎn)l組裝組裝l測(cè)試，包裝測(cè)試，包裝41.機(jī)械制造自動(dòng)化機(jī)械制造自動(dòng)化 制造業(yè)的主要任務(wù)是制造人類社會(huì)所需制造業(yè)的主要任務(wù)是制造人類社會(huì)所需的一切產(chǎn)品，工業(yè)化國家約的一切產(chǎn)品，工業(yè)化國家約70708080的物的物質(zhì)財(cái)富來自制造業(yè)。質(zhì)財(cái)富來自制造業(yè)。 “ “先進(jìn)制造

2、技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)” ” 是取得理想技術(shù)經(jīng)是取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱。從本質(zhì)上看，可濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱。從本質(zhì)上看，可以說：以說：傳統(tǒng)制造技術(shù)傳統(tǒng)制造技術(shù)+ + 信息技術(shù)信息技術(shù)+ +自動(dòng)化技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)+ +現(xiàn)代現(xiàn)代管理技術(shù)管理技術(shù) = = 先進(jìn)制造技術(shù)。先進(jìn)制造技術(shù)。5傳統(tǒng)制造業(yè)的設(shè)備傳統(tǒng)制造業(yè)的設(shè)備車床車床加工圓軸形的部件為主加工圓軸形的部件為主6傳統(tǒng)制造業(yè)的設(shè)備傳統(tǒng)制造業(yè)的設(shè)備龍門刨床龍門刨床牛頭刨床牛頭刨床此外還有鉆床，鏜床、銑此外還有鉆床，鏜床、銑床，專用的機(jī)床等設(shè)備。床，專用的機(jī)床等設(shè)備。7鉆床鉆床鉆孔鉆孔8制造自動(dòng)化的歷史和發(fā)展制造自動(dòng)化的歷史和發(fā)展 第一階段：第

3、一階段：剛性自動(dòng)化，包括單機(jī)自動(dòng)化和剛剛性自動(dòng)化，包括單機(jī)自動(dòng)化和剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線。性自動(dòng)化生產(chǎn)線。第二階段：第二階段：數(shù)控加工，包括數(shù)控和計(jì)算機(jī)數(shù)控。數(shù)控加工，包括數(shù)控和計(jì)算機(jī)數(shù)控。第三階段：第三階段：柔性制造，特征是強(qiáng)調(diào)對(duì)市場(chǎng)需求柔性制造，特征是強(qiáng)調(diào)對(duì)市場(chǎng)需求的適應(yīng)性、柔性和高效率。的適應(yīng)性、柔性和高效率。第四階段：第四階段：計(jì)算機(jī)集成制造，特征是強(qiáng)調(diào)制造計(jì)算機(jī)集成制造，特征是強(qiáng)調(diào)制造全過程的系統(tǒng)性和集成性。全過程的系統(tǒng)性和集成性。第五階段：第五階段：新的制造自動(dòng)化模式，如智能制造、新的制造自動(dòng)化模式，如智能制造、敏捷制造、虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)制造、全球制造、敏捷制造、虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)制造、全球制

4、造、綠色制造等。綠色制造等。未來趨勢(shì)未來趨勢(shì)9第一階段：單機(jī)自動(dòng)化第一階段：單機(jī)自動(dòng)化數(shù)控車床數(shù)控車床數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床早期一般由單片機(jī)控制，輸入程序后進(jìn)行自動(dòng)加工。早期一般由單片機(jī)控制，輸入程序后進(jìn)行自動(dòng)加工。10 第二階段：數(shù)控機(jī)床和數(shù)控加工中心第二階段：數(shù)控機(jī)床和數(shù)控加工中心 是微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量等技術(shù)與是微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量等技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它根據(jù)機(jī)械加工的工藝要求，根據(jù)機(jī)械加工的工藝要求，使用計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)加工過程進(jìn)行信息處理與控制、較好地使用計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)加工過程進(jìn)行信息處理與控制、較好地解決了復(fù)雜、精密、多品種、

5、小批量機(jī)械零件加工問題解決了復(fù)雜、精密、多品種、小批量機(jī)械零件加工問題，屬于靈活、通用、高效的自動(dòng)化裝置也是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自屬于靈活、通用、高效的自動(dòng)化裝置也是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、柔性化的核心設(shè)備。動(dòng)化、柔性化的核心設(shè)備。數(shù)控機(jī)床即數(shù)控機(jī)床即使用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)床整個(gè)加工過程進(jìn)行信息處理使用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)床整個(gè)加工過程進(jìn)行信息處理與控制。與控制。11數(shù)控加工中心數(shù)控加工中心 是在普通數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要是增加了刀具庫、是在普通數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要是增加了刀具庫、自動(dòng)換刀裝置和移動(dòng)工作臺(tái)等，因而可以在一臺(tái)機(jī)器上完成多臺(tái)機(jī)床自動(dòng)換刀裝置和移動(dòng)工作臺(tái)等，因而可以在一臺(tái)機(jī)器上完成多臺(tái)機(jī)床才

6、能完成的工作，包括銑、削、鉆、刨、鏜、攻羅紋等多種加工工序。才能完成的工作，包括銑、削、鉆、刨、鏜、攻羅紋等多種加工工序。 12數(shù)控加工中心數(shù)控加工中心 13數(shù)控磨床數(shù)控磨床14數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的基本構(gòu)成及特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的基本構(gòu)成及特點(diǎn) 與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床不僅適應(yīng)性強(qiáng)、加與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床不僅適應(yīng)性強(qiáng)、加工效率高、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定，而且可實(shí)現(xiàn)多坐工效率高、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定，而且可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)和復(fù)雜形狀零件的加工，是實(shí)現(xiàn)多品種、標(biāo)聯(lián)動(dòng)和復(fù)雜形狀零件的加工，是實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效方式。中小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效方式。 15計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)示意圖計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)示意圖16數(shù)控加

7、工生產(chǎn)線數(shù)控加工生產(chǎn)線 17第三階段：柔性制造系統(tǒng)（）第三階段：柔性制造系統(tǒng)（）柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)_通過編程完成不同的工件加工通過編程完成不同的工件加工柔性制造系統(tǒng)（柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing SystemFlexible Manufacturing System）18一種柔性制造系統(tǒng)一種柔性制造系統(tǒng)19一種柔性制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖一種柔性制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖20自動(dòng)化立體倉庫自動(dòng)化立體倉庫21現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)總總線線控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)舉舉例例 22自動(dòng)包裝流水線自動(dòng)包裝流水線23例：例：12頭灌裝流水線結(jié)構(gòu)簡圖頭灌裝流水線結(jié)構(gòu)簡圖24例：例：12頭灌裝流水線的控制頭灌

8、裝流水線的控制工作原理工作原理輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備工作過程工作過程25柔性制造系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)舉例柔性制造系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)舉例 PLC26第四階段：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)第四階段：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)27計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS） Computer Integrated Manufacturing System CIMS是計(jì)算機(jī)化、信息化、智能化、集成優(yōu)化的現(xiàn)代是計(jì)算機(jī)化、信息化、智能化、集成優(yōu)化的現(xiàn)代制造系統(tǒng)，集成內(nèi)容包括功能集成、組織集成、信息集成、制造系統(tǒng)，集成內(nèi)容包括功能集成、組織集成、信息集成、過程集成等。過程集成等。 CIMS具有生產(chǎn)率高、生產(chǎn)周期短、可實(shí)現(xiàn)多品種

9、小批具有生產(chǎn)率高、生產(chǎn)周期短、可實(shí)現(xiàn)多品種小批量生產(chǎn)等一系列優(yōu)點(diǎn)。量生產(chǎn)等一系列優(yōu)點(diǎn)。 CIMS一般包含四個(gè)功能子系統(tǒng)（管理信息系統(tǒng)、產(chǎn)品一般包含四個(gè)功能子系統(tǒng)（管理信息系統(tǒng)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)、制造自動(dòng)化系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)）和兩設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)、制造自動(dòng)化系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)）和兩個(gè)支撐子系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）。個(gè)支撐子系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）。28 CIMS的的構(gòu)成構(gòu)成29我國用于飛機(jī)制造的我國用于飛機(jī)制造的CIMS30先進(jìn)制造的特點(diǎn)和內(nèi)容先進(jìn)制造的特點(diǎn)和內(nèi)容 現(xiàn)代制造業(yè)的特點(diǎn)是：現(xiàn)代制造業(yè)的特點(diǎn)是： 個(gè)性化、小批量生產(chǎn)；個(gè)性化、小批量生產(chǎn)； 知識(shí)知識(shí)技術(shù)技術(shù)產(chǎn)品的周期越

10、來越短；產(chǎn)品的周期越來越短； 產(chǎn)品價(jià)格與其知識(shí)含量密切相關(guān)；產(chǎn)品價(jià)格與其知識(shí)含量密切相關(guān)； 對(duì)產(chǎn)品功能、性能、質(zhì)量、服務(wù)要求越來越高；對(duì)產(chǎn)品功能、性能、質(zhì)量、服務(wù)要求越來越高； 全球競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。全球競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。 先進(jìn)制造技術(shù)包括數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)、新型材料、機(jī)器先進(jìn)制造技術(shù)包括數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)、新型材料、機(jī)器人、微型機(jī)械、納米技術(shù)、人、微型機(jī)械、納米技術(shù)、CADCAM、精益生產(chǎn)、柔性制、精益生產(chǎn)、柔性制造系統(tǒng)、虛擬裝配和網(wǎng)絡(luò)化制造、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、智造系統(tǒng)、虛擬裝配和網(wǎng)絡(luò)化制造、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)、并行工程、敏捷制造等內(nèi)容。能制造系統(tǒng)、并行工程、敏捷制造等內(nèi)容。 312

11、.過程工業(yè)自動(dòng)化過程工業(yè)自動(dòng)化從控制的角度出發(fā)，現(xiàn)代工業(yè)可以分為離散型、連續(xù)型和從控制的角度出發(fā)，現(xiàn)代工業(yè)可以分為離散型、連續(xù)型和混合型三類?；旌闲腿悺Ｔ谶B續(xù)型工業(yè)中，主要對(duì)系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、液位、在連續(xù)型工業(yè)中，主要對(duì)系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、液位、成分和物性六大參數(shù)進(jìn)行控制的工業(yè)，稱為過程工業(yè)。成分和物性六大參數(shù)進(jìn)行控制的工業(yè)，稱為過程工業(yè)。32例：簡單供水系統(tǒng)例：簡單供水系統(tǒng)33直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控以鍋爐為例，監(jiān)測(cè)溫度、壓力、液位等的變以鍋爐為例，監(jiān)測(cè)溫度、壓力、液位等的變化，如果還有要求按什么規(guī)律變化?；?，如果還有要求按什么規(guī)律變化

12、。34分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS） Distributed Computer Control System在硬件上將控制回路分散化在硬件上將控制回路分散化數(shù)據(jù)顯示、實(shí)時(shí)監(jiān)督等功能則集中化數(shù)據(jù)顯示、實(shí)時(shí)監(jiān)督等功能則集中化35無負(fù)壓供水系統(tǒng)無負(fù)壓供水系統(tǒng)36計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)(CIPS)Computer Integrated Production Systems將計(jì)劃優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營管理和決策引入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，使企業(yè)用最短的周期、最低的成本、最優(yōu)的質(zhì)量，生產(chǎn)出適銷對(duì)路的產(chǎn)品，以獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。373. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化電力系統(tǒng)自動(dòng)化38主要內(nèi)容主要

13、內(nèi)容p電力系統(tǒng)自動(dòng)化的基本概念電力系統(tǒng)自動(dòng)化的基本概念p電力系統(tǒng)自動(dòng)化的重要性電力系統(tǒng)自動(dòng)化的重要性 p電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要內(nèi)容電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要內(nèi)容p電力調(diào)度自動(dòng)化電力調(diào)度自動(dòng)化p 發(fā)電廠自動(dòng)化發(fā)電廠自動(dòng)化p 變電站自動(dòng)化變電站自動(dòng)化p電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)與展望電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)與展望 39一、電力系統(tǒng)自動(dòng)化的基本概念一、電力系統(tǒng)自動(dòng)化的基本概念l電力主要來源于水電、火電和核電，其他如太陽電力主要來源于水電、火電和核電，其他如太陽能、風(fēng)能、海洋能、生物能等產(chǎn)生的電力目前還能、風(fēng)能、海洋能、生物能等產(chǎn)生的電力目前還只能是一種補(bǔ)充。只能是一種補(bǔ)充。l電力系統(tǒng)包含發(fā)電、輸電、變電、配電等多

14、個(gè)環(huán)電力系統(tǒng)包含發(fā)電、輸電、變電、配電等多個(gè)環(huán)節(jié)，而且地域分布廣，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如何保障節(jié)，而且地域分布廣，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如何保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。l電力系統(tǒng)自動(dòng)化是采用各種具有自動(dòng)檢測(cè)、決策電力系統(tǒng)自動(dòng)化是采用各種具有自動(dòng)檢測(cè)、決策和控制功能的裝置，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行就地或遠(yuǎn)方和控制功能的裝置，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行就地或遠(yuǎn)方的自動(dòng)監(jiān)視、調(diào)節(jié)、控制和管理，保證電力系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)視、調(diào)節(jié)、控制和管理，保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和具有合格的電能質(zhì)量。的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和具有合格的電能質(zhì)量。 40二、電力系統(tǒng)自動(dòng)化的重要性二、電力系統(tǒng)自動(dòng)化的重要性 l電力系統(tǒng)復(fù)雜而龐大，在電力

15、系統(tǒng)中任何一點(diǎn)發(fā)生的故障，電力系統(tǒng)復(fù)雜而龐大，在電力系統(tǒng)中任何一點(diǎn)發(fā)生的故障，都會(huì)在瞬間影響和波及全系統(tǒng)，往往引起連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致都會(huì)在瞬間影響和波及全系統(tǒng)，往往引起連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致事故擴(kuò)大，造成大面積停電，因此電力系統(tǒng)要求進(jìn)行快速事故擴(kuò)大，造成大面積停電，因此電力系統(tǒng)要求進(jìn)行快速的自動(dòng)控制；的自動(dòng)控制；l被控制的參數(shù)很多，包括被控制的參數(shù)很多，包括頻率、電壓、有功和無功功率頻率、電壓、有功和無功功率、功率平衡等，監(jiān)視和控制成千上萬個(gè)運(yùn)行參數(shù)必須依靠自功率平衡等，監(jiān)視和控制成千上萬個(gè)運(yùn)行參數(shù)必須依靠自動(dòng)化；動(dòng)化；41l存在各種干擾，包括系統(tǒng)故障等，系統(tǒng)故障有時(shí)會(huì)使電力存在各種干擾，包括系統(tǒng)故障等，

16、系統(tǒng)故障有時(shí)會(huì)使電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定，造成災(zāi)難性后果，因此，如何控制才能保系統(tǒng)失去穩(wěn)定，造成災(zāi)難性后果，因此，如何控制才能保證穩(wěn)定，或出現(xiàn)不穩(wěn)定后怎樣恢復(fù)穩(wěn)定，已成為電力系統(tǒng)證穩(wěn)定，或出現(xiàn)不穩(wěn)定后怎樣恢復(fù)穩(wěn)定，已成為電力系統(tǒng)自動(dòng)化的重大課題之一；自動(dòng)化的重大課題之一；l正是由于采用了自動(dòng)監(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)控制技術(shù)，才使得電力系正是由于采用了自動(dòng)監(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)控制技術(shù)，才使得電力系統(tǒng)的規(guī)模能不斷擴(kuò)大；統(tǒng)的規(guī)模能不斷擴(kuò)大；l要保證電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，單靠運(yùn)行值班人要保證電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，單靠運(yùn)行值班人員進(jìn)行人工監(jiān)視和操作是無法實(shí)現(xiàn)的，必須依靠自動(dòng)化裝員進(jìn)行人工監(jiān)視和操作是無法實(shí)現(xiàn)的，必須依靠

17、自動(dòng)化裝置和設(shè)備；置和設(shè)備；l安全供電、保證良好的電能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營都需要自動(dòng)化。安全供電、保證良好的電能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營都需要自動(dòng)化。42三、電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要內(nèi)容三、電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要內(nèi)容 l按電力系統(tǒng)運(yùn)行管理，可將電力系統(tǒng)自動(dòng)化分為調(diào)度自動(dòng)按電力系統(tǒng)運(yùn)行管理，可將電力系統(tǒng)自動(dòng)化分為調(diào)度自動(dòng)化、發(fā)電廠自動(dòng)化、變電站自動(dòng)化；化、發(fā)電廠自動(dòng)化、變電站自動(dòng)化；l調(diào)度自動(dòng)化又可分為輸電調(diào)度、配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化；發(fā)電調(diào)度自動(dòng)化又可分為輸電調(diào)度、配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化；發(fā)電廠自動(dòng)化又分為火電、水電、核電等；廠自動(dòng)化又分為火電、水電、核電等；l從電力系統(tǒng)自動(dòng)控制的角度，可以將電力系統(tǒng)自動(dòng)化分為從電力系統(tǒng)自動(dòng)控

18、制的角度，可以將電力系統(tǒng)自動(dòng)化分為電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動(dòng)控制、電力系統(tǒng)電壓和無功電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動(dòng)控制、電力系統(tǒng)電壓和無功功率自動(dòng)控制功率自動(dòng)控制等。等。 43電力系統(tǒng)的管理網(wǎng)絡(luò)電力系統(tǒng)的管理網(wǎng)絡(luò)441. 電力調(diào)度自動(dòng)化電力調(diào)度自動(dòng)化l電力調(diào)度的主要任務(wù)可以概括為：電力調(diào)度的主要任務(wù)可以概括為：l 控制整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式，使其在正常狀態(tài)下控制整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式，使其在正常狀態(tài)下能滿足安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)供電的要求；能滿足安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)供電的要求；l 在缺電狀態(tài)下做好負(fù)荷管理；在缺電狀態(tài)下做好負(fù)荷管理；l 在事故狀態(tài)下能迅速消除故障，恢復(fù)供電。在事故狀態(tài)下能迅速消除故障，恢復(fù)供

19、電。 l調(diào)度自動(dòng)化是綜合利用電子計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)，調(diào)度自動(dòng)化是綜合利用電子計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)度管理自動(dòng)化，有效地幫助電力系統(tǒng)調(diào)度實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)度管理自動(dòng)化，有效地幫助電力系統(tǒng)調(diào)度員完成調(diào)度任務(wù)。員完成調(diào)度任務(wù)。45調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 遠(yuǎn)動(dòng)終端遠(yuǎn)動(dòng)終端 RTU：Remote Terminal Unit主站主站 MS：Main Station46調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的工作方式調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的工作方式l主站主站MS安裝在調(diào)度所，遠(yuǎn)動(dòng)終端安裝在調(diào)度所，遠(yuǎn)動(dòng)終端RTU安裝在各發(fā)電廠和安裝在各發(fā)電廠和變電站，變電站，MS和和RTU之間通過遠(yuǎn)動(dòng)通道相互通信，

20、實(shí)現(xiàn)數(shù)之間通過遠(yuǎn)動(dòng)通道相互通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制。據(jù)采集、監(jiān)視和控制。lRTU采集所在廠（站）設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，如電采集所在廠（站）設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，如電壓、電流、有功和無功功率、有功和無功電量、頻率、斷壓、電流、有功和無功功率、有功和無功電量、頻率、斷路器分合信號(hào)、繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)等，送至主站，并接收路器分合信號(hào)、繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)等，送至主站，并接收來自主站的調(diào)度命令，輸出斷路器控制信號(hào)、功率調(diào)節(jié)信來自主站的調(diào)度命令，輸出斷路器控制信號(hào)、功率調(diào)節(jié)信號(hào)或改變?cè)O(shè)備整定值的信號(hào)給其所在廠（站）的自動(dòng)控制號(hào)或改變?cè)O(shè)備整定值的信號(hào)給其所在廠（站）的自動(dòng)控制裝置，并向主站返回已完

21、成的操作信息。裝置，并向主站返回已完成的操作信息。 47電力調(diào)度中心電力調(diào)度中心482. 發(fā)電廠自動(dòng)化發(fā)電廠自動(dòng)化l無論是火電、水電、核電或其他發(fā)電方式，都是通無論是火電、水電、核電或其他發(fā)電方式，都是通過某種動(dòng)力機(jī)械驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，因此其自動(dòng)化系過某種動(dòng)力機(jī)械驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，因此其自動(dòng)化系統(tǒng)也具有很多共同點(diǎn)，既要分別控制動(dòng)力裝置、發(fā)統(tǒng)也具有很多共同點(diǎn)，既要分別控制動(dòng)力裝置、發(fā)電機(jī)及其他輔助設(shè)備，又要對(duì)各個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)電機(jī)及其他輔助設(shè)備，又要對(duì)各個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)和統(tǒng)一關(guān)管理。調(diào)和統(tǒng)一關(guān)管理。l核電已成為繼火電、水核電已成為繼火電、水電之后的第三大能源，電之后的第三大能源，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的要求

22、更對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的要求更為嚴(yán)格和苛刻，特別是為嚴(yán)格和苛刻，特別是可靠性?？煽啃?。49火力發(fā)電原理火力發(fā)電原理50水水力力發(fā)發(fā)電電原原理理51核反應(yīng)發(fā)電原理核反應(yīng)發(fā)電原理52火電自動(dòng)化火電自動(dòng)化 火電廠利用化石燃料釋放出來的熱能發(fā)電，以蒸汽火電廠利用化石燃料釋放出來的熱能發(fā)電，以蒸汽動(dòng)力發(fā)電為主，也有少量采用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。蒸汽動(dòng)力發(fā)電動(dòng)力發(fā)電為主，也有少量采用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。蒸汽動(dòng)力發(fā)電廠的主要?jiǎng)恿υO(shè)備有鍋爐、汽輪機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)及輔助設(shè)廠的主要?jiǎng)恿υO(shè)備有鍋爐、汽輪機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)及輔助設(shè)備。備。 火電廠自動(dòng)化是一門綜合技術(shù)，具有自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)火電廠自動(dòng)化是一門綜合技術(shù)，具有自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)保護(hù)、順序控制、連

23、續(xù)控制、管理和信息處理等功能。保護(hù)、順序控制、連續(xù)控制、管理和信息處理等功能。 包含各種自動(dòng)化系統(tǒng)，主要有數(shù)據(jù)采集及計(jì)算機(jī)監(jiān)視包含各種自動(dòng)化系統(tǒng)，主要有數(shù)據(jù)采集及計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)、鍋爐控制系統(tǒng)、汽輪機(jī)控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)、系統(tǒng)、鍋爐控制系統(tǒng)、汽輪機(jī)控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)、機(jī)爐協(xié)調(diào)主控制系統(tǒng)、輔助設(shè)備及各種支持系統(tǒng)等。機(jī)爐協(xié)調(diào)主控制系統(tǒng)、輔助設(shè)備及各種支持系統(tǒng)等。53火電廠的基本構(gòu)成火電廠的基本構(gòu)成54火電廠外觀火電廠外觀55水電自動(dòng)化水電自動(dòng)化 水電廠需要控制水輪機(jī)、調(diào)速器以及水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁水電廠需要控制水輪機(jī)、調(diào)速器以及水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置等，水電自動(dòng)化系統(tǒng)可自動(dòng)地對(duì)水電廠進(jìn)行監(jiān)視、控裝置

24、等，水電自動(dòng)化系統(tǒng)可自動(dòng)地對(duì)水電廠進(jìn)行監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)和管理，以提高水電廠運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、制、調(diào)節(jié)和管理，以提高水電廠運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、勞動(dòng)生產(chǎn)率和供電質(zhì)量。勞動(dòng)生產(chǎn)率和供電質(zhì)量。 水電廠自動(dòng)化可分為單機(jī)自動(dòng)化（包括水輪發(fā)電機(jī)組水電廠自動(dòng)化可分為單機(jī)自動(dòng)化（包括水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制、水輪機(jī)調(diào)速和水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的自動(dòng)控自動(dòng)控制、水輪機(jī)調(diào)速和水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制）、公用設(shè)備自動(dòng)化、全廠綜合自動(dòng)化（包括水電廠自制）、公用設(shè)備自動(dòng)化、全廠綜合自動(dòng)化（包括水電廠自動(dòng)發(fā)電控制、水電廠自動(dòng)電壓控制、水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系動(dòng)發(fā)電控制、水電廠自動(dòng)電壓控制、水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)）和梯級(jí)水電站綜合

25、自動(dòng)化。統(tǒng)）和梯級(jí)水電站綜合自動(dòng)化。56 水電廠自動(dòng)發(fā)電控制是在水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)水電廠自動(dòng)發(fā)電控制是在水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全廠自動(dòng)化的一種方式，它控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全廠自動(dòng)化的一種方式，它根據(jù)水庫上游來水量或電力系統(tǒng)的要求，考慮根據(jù)水庫上游來水量或電力系統(tǒng)的要求，考慮全廠及機(jī)組的運(yùn)行限制條件，以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為原全廠及機(jī)組的運(yùn)行限制條件，以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為原則，確定電站機(jī)組運(yùn)行的臺(tái)數(shù)、運(yùn)行機(jī)組的組則，確定電站機(jī)組運(yùn)行的臺(tái)數(shù)、運(yùn)行機(jī)組的組合和機(jī)組間負(fù)荷分配。合和機(jī)組間負(fù)荷分配。 隨著先進(jìn)控制理論和計(jì)算機(jī)數(shù)字監(jiān)控技術(shù)在隨著先進(jìn)控制理論和計(jì)算機(jī)數(shù)字監(jiān)控技術(shù)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)綜合自電力

26、系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)，其功能包括發(fā)電機(jī)組開停順序控動(dòng)控制系統(tǒng)，其功能包括發(fā)電機(jī)組開停順序控制、勵(lì)磁控制、調(diào)速控制、穩(wěn)定裕度監(jiān)視控制制、勵(lì)磁控制、調(diào)速控制、穩(wěn)定裕度監(jiān)視控制等。等。57水電站的基本構(gòu)成水電站的基本構(gòu)成58三峽水電站外觀三峽水電站外觀5960三峽電站控制室三峽電站控制室61三峽電站控制設(shè)備三峽電站控制設(shè)備發(fā)電機(jī)組單元控制室發(fā)電機(jī)組單元控制室及調(diào)速器及調(diào)速器發(fā)電機(jī)組變壓設(shè)備發(fā)電機(jī)組變壓設(shè)備發(fā)電機(jī)組廠房發(fā)電機(jī)組廠房62三峽電站水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)吊裝三峽電站水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)吊裝63 變電站的作用是變換電壓、接受和分配電能、控制電變電站的作用是變換電壓、接受和分配電能、

27、控制電力流向等，主要通過變壓器將各級(jí)電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來。力流向等，主要通過變壓器將各級(jí)電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來。 隨著微機(jī)監(jiān)控監(jiān)測(cè)技術(shù)開始引入變電站，變電站正在隨著微機(jī)監(jiān)控監(jiān)測(cè)技術(shù)開始引入變電站，變電站正在向綜合自動(dòng)化方向發(fā)展，我國已實(shí)現(xiàn)了變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控、向綜合自動(dòng)化方向發(fā)展，我國已實(shí)現(xiàn)了變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)和繼電保護(hù)微機(jī)化，同時(shí)大力推廣無人值班變電站。遠(yuǎn)動(dòng)和繼電保護(hù)微機(jī)化，同時(shí)大力推廣無人值班變電站。 無人值班變電站將會(huì)使變電站綜合自動(dòng)化程度推向一無人值班變電站將會(huì)使變電站綜合自動(dòng)化程度推向一個(gè)更高的階段，其功能包括變電站的遠(yuǎn)動(dòng)、繼電保護(hù)、遠(yuǎn)個(gè)更高的階段，其功能包括變電站的遠(yuǎn)動(dòng)、繼電保護(hù)、遠(yuǎn)方

28、開關(guān)操作、自動(dòng)測(cè)量、故障和事故的自動(dòng)記錄以及運(yùn)行方開關(guān)操作、自動(dòng)測(cè)量、故障和事故的自動(dòng)記錄以及運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)打印等功能。參數(shù)自動(dòng)打印等功能。3. 變電站自動(dòng)化變電站自動(dòng)化64變電站內(nèi)部變電站內(nèi)部65變電站外部變電站外部66變電站變電站 視頻監(jiān)控中心視頻監(jiān)控中心67變電站變電站 視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)68四、電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)與展望四、電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)與展望 l電力系統(tǒng)是典型的大系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)，各種先進(jìn)控制理電力系統(tǒng)是典型的大系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)，各種先進(jìn)控制理論和方法的應(yīng)用越來越普遍；論和方法的應(yīng)用越來越普遍；l電力系統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)正趨向于：電力系統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)正趨向于：在控制策略上日

29、益向最優(yōu)化、自適應(yīng)化、智能化、協(xié)調(diào)化發(fā)展；在理論工具上越來越多地借助于各種先進(jìn)控制理論；在設(shè)計(jì)分析上日益要求面對(duì)多機(jī)系統(tǒng)模型處理問題；在控制手段上日益增多了微機(jī)、電力電子器件和遠(yuǎn)程通信的應(yīng)用。69l電力系統(tǒng)自動(dòng)化的總體發(fā)展趨勢(shì)：電力系統(tǒng)自動(dòng)化的總體發(fā)展趨勢(shì)：由開環(huán)監(jiān)測(cè)向閉環(huán)控制發(fā)展；由高電壓等級(jí)向低電壓擴(kuò)展；由單個(gè)元件向部分區(qū)域及全系統(tǒng)發(fā)展，如數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)和區(qū)域穩(wěn)定控制的發(fā)展；由單一功能向多功能、一體化發(fā)展，如變電站綜合自動(dòng)化；裝置性能向數(shù)字化、快速化、靈活化發(fā)展，如繼電保護(hù)技術(shù)的演變；追求目標(biāo)向最優(yōu)化、協(xié)調(diào)化、智能化發(fā)展，如勵(lì)磁控制、潮流控制；由提高運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和效率向管理、服

30、務(wù)的自動(dòng)化擴(kuò)展，如管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用。70具有變革性重要影響的新技術(shù)具有變革性重要影響的新技術(shù) （1）高壓直流輸電）高壓直流輸電 直流輸電是利用電力電子技術(shù)，將交流電變換成直流直流輸電是利用電力電子技術(shù)，將交流電變換成直流電輸送至受電端，再用逆變器將直流電變換成交流電送到電輸送至受電端，再用逆變器將直流電變換成交流電送到受端交流電網(wǎng)，主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大功率輸電和非同步交受端交流電網(wǎng)，主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大功率輸電和非同步交流系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，具有線路投資少、不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題、流系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，具有線路投資少、不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題、調(diào)節(jié)快速、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。調(diào)節(jié)快速、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。l 我國已成功建設(shè)了多條高

31、壓直流輸電線路，如我國已成功建設(shè)了多條高壓直流輸電線路，如500干干伏葛洲壩直流輸電工程、二灘電站至自貢、三峽至華東的伏葛洲壩直流輸電工程、二灘電站至自貢、三峽至華東的直流輸電線路等。直流輸電線路等。71直流輸電與交流輸電相比的主要優(yōu)點(diǎn)：直流輸電與交流輸電相比的主要優(yōu)點(diǎn)：l直流線路造價(jià)低、功率和能量損耗??；直流線路造價(jià)低、功率和能量損耗小； l對(duì)通信干擾小、沒有電容電流和電抗壓降；對(duì)通信干擾小、沒有電容電流和電抗壓降；l直流輸電線兩端的交流系統(tǒng)不需要同步運(yùn)行；直流輸電線兩端的交流系統(tǒng)不需要同步運(yùn)行； l不存在交流輸電固有的穩(wěn)定問題，輸送距離和功率也不受不存在交流輸電固有的穩(wěn)定問題，輸送距離和功率也不受電力系統(tǒng)同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制；電力系統(tǒng)同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制；l容易