電氣信息工程概述范瑜

1、電氣工程導(dǎo)論電氣信息工程1教學(xué)網(wǎng)站：*21. 什么是電氣信息工程？*3信息化帶動工業(yè)化以“信息化帶動工業(yè)化”，是二十一世紀(jì)實現(xiàn)現(xiàn)代化的必由之路。是黨中央的決策，是為期幾十年的長期發(fā)展戰(zhàn)略。 信息化對工業(yè)化的水平、實現(xiàn)方式將產(chǎn)生巨大影響（相對于機(jī)械化時代、電氣化時代的工業(yè)化）。所以，以信息化帶動工業(yè)化，是二十一世紀(jì)實現(xiàn)現(xiàn)代化的必由之路。信息和通信技術(shù)是塑造二十一世紀(jì)最有力工具，信息技術(shù)正成為世界經(jīng)濟(jì)增長的發(fā)動機(jī)，信息技術(shù)驅(qū)動經(jīng)濟(jì)變革的本質(zhì)是知識和新思想的社會共享。*4信息化的意義信息化是以信息技術(shù)廣泛應(yīng)用為主導(dǎo)，信息資源為核心，信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，信息產(chǎn)業(yè)為支撐，信息人才為依托，法規(guī)、政策、標(biāo)準(zhǔn)為保

2、障的綜合體系。 信息化正在推進(jìn)一場深刻的全球產(chǎn)業(yè)革命，在當(dāng)前形勢下，信息化仍是促進(jìn)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動力，推進(jìn)信息化是我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的重大戰(zhàn)略舉。信息化是先進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展的方向。信息化加速了產(chǎn)業(yè)升級，促進(jìn)了資源優(yōu)化配置，加速了經(jīng)濟(jì)全球化的進(jìn)程， 信息化與工業(yè)化的進(jìn)一步緊密結(jié)合，使人類社會生產(chǎn)力得到空前釋放和提高，信息化正在超越傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)形態(tài)，推動世界經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展。*51.什么是電氣信息工程？二十世紀(jì)現(xiàn)代化特征是電氣化；二十一世紀(jì)現(xiàn)代化的特征是信息化。 所以，將電氣化與信息化結(jié)合，就是“電氣信息科學(xué)與技術(shù)” 。研究“電氣信息科學(xué)與技術(shù)”應(yīng)用的學(xué)科專業(yè)，就是電氣信息工程。*6ENIAC,

3、1946Developed by J.P. Eckert, J.W. Mauchley*7電氣信息工程概念（廣義） 以電氣工程、信息通信、計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的，工業(yè)、商業(yè)及國民經(jīng)濟(jì)其他行業(yè)的電氣化、自動化、數(shù)字化、信息化工程。學(xué)科劃分上為工學(xué)門類下的電氣信息類，內(nèi)容主要包括：電氣工程、控制科學(xué)與工程、信息與通信工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等一級學(xué)科，同時涉及系統(tǒng)科學(xué)、管理、經(jīng)濟(jì)、儀器儀表等學(xué)科門類或?qū)W科專業(yè)，學(xué)科交叉是其特色。電氣信息工程概念（狹義） 信息化、自動化的電氣工程。以基于計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的自動化控制、信息化管理與運(yùn)行為主要特征的現(xiàn)代電氣工程。強(qiáng)弱電結(jié)合、以弱電控強(qiáng)電為主要特色。*82

4、. 電氣信息工程研究什么？*92. 電氣信息工程研究什么？ 電氣信息工程研究強(qiáng)電（電氣工程）與弱電（控制、信息、通信）的結(jié)合。學(xué)科交叉是其特色。主要研究：電氣工程與控制科學(xué)與工程、信息與通信工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等學(xué)科的結(jié)合（交叉）領(lǐng)域。 側(cè)重研究信息化、自動化的電氣工程相關(guān)理論、技術(shù)及其應(yīng)用。是以基于計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的自動化控制、信息化管理與運(yùn)行為主要特征的現(xiàn)代電氣工程。強(qiáng)弱電結(jié)合、以弱電控強(qiáng)電為主要特色。*102.電氣信息工程研究什么？電氣信息工程技術(shù)電氣信息工 程通信語音通信數(shù)據(jù)通信多媒體通信多網(wǎng)合一計算機(jī)微處理器與DSP嵌入系統(tǒng)微機(jī)/工控機(jī)并行機(jī)/巨型機(jī)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線LAN/WA

5、NInternet/Intranet多網(wǎng)合一管理/市場資源組織生產(chǎn)運(yùn)營供需協(xié)調(diào)電子商務(wù)控制單變量（經(jīng)典控制）多變量（現(xiàn)代控制）智能控制大系統(tǒng)理論測量模擬量開關(guān)量信息獲取*112.電氣信息工程研究什么？2.1 測量技術(shù)測量：觀察、了解萬用表8888.888888.88核心處理器量程選擇電路*122.電氣信息工程研究什么？外徑千分尺數(shù)顯千分尺線圈磁場測定儀熒光壽命測量實驗*132.電氣信息工程研究什么？Nuclear radiation MeasurementNoise measurement原子放射性測量設(shè)備噪聲測量設(shè)備*142.電氣信息工程研究什么？Ultrasonic Reflection

6、EquipmentAC EMF Measurement電動勢測量超聲波反射測量設(shè)備*15 連續(xù)變化量模擬量測量： 測量： 電氣量：互感器、電流電壓變換器 非電氣量：傳感器、變送器 遙測： 無接觸測量紅外、激光 測量量的傳送 測量新技術(shù)： 光纖傳感器、無接觸測量 基于GPS的廣域（同步）測量 數(shù)字化測量與數(shù)字化傳輸: A/D, VFC,現(xiàn)場總線2.電氣信息工程研究什么？*16掌握運(yùn)行狀況實施自動控制統(tǒng)計管理信息確保正常運(yùn)行 測量的作用？2.電氣信息工程研究什么？位置與變化開關(guān)量測量： 位置與狀態(tài)測量（查詢方式） 變位信息（中斷方式/高速查詢方式） 遙信測量統(tǒng)計計量： 記數(shù)（累計） 計量（時間積分

7、） 報表（數(shù)理統(tǒng)計）*17如何測量高電壓、大電流？ 互感器 TVTV電磁式電壓互感器等效電路圖電磁式電壓互感器相量圖JDCF-220WB型電壓互感器2.電氣信息工程研究什么？分析手段分析手段分析手段*18控制器控制對象測量反饋2.2 控制技術(shù)控制：操縱、掌握2.電氣信息工程研究什么？e(t)r(t)u(t)q(t)c(t)y(t)n(t)設(shè)定值測量值擾動被控量控制器廣義對象控制裝置執(zhí)行器過程檢測元件*192.電氣信息工程研究什么？控制器塑料擠出復(fù)膜機(jī)組*202.電氣信息工程研究什么？控制理論的發(fā)展：1768年瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)，借助離心調(diào)速裝置而使其本身的轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定。這種離心調(diào)速裝置就是世界上

8、最早的自動化機(jī)器。 20世紀(jì)40年代，美國數(shù)學(xué)家維納等，在自動調(diào)節(jié)、計算機(jī)、通信技術(shù)、仿生學(xué)以及其他科學(xué)互相滲透的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了控制論。維納提出的反饋控制原理，至今仍然是控制理論中的一條重要規(guī)律。 20世紀(jì)60年代，隨著復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程、航空及航天技術(shù)、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等領(lǐng)域的進(jìn)步使自動控制理論得以迅速發(fā)展。兩個顯著進(jìn)展是數(shù)字計算機(jī)得到廣泛應(yīng)用以及現(xiàn)代控制理論的誕生。當(dāng)前發(fā)展趨勢 向大系統(tǒng)發(fā)展規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能綜合、因素眾多 向智能系統(tǒng)發(fā)展自組織、自學(xué)習(xí)、自修復(fù)、自繁殖 向開放式系統(tǒng)發(fā)展混雜系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、非自治系統(tǒng) *21 對控制系統(tǒng)的性能要求 穩(wěn)：動態(tài)過程的平穩(wěn)性 快：動態(tài)過程的快速

9、性 準(zhǔn)：動態(tài)過程的最終精度2.電氣信息工程研究什么？*22中小型計算機(jī)微型計算機(jī)2.3 計算機(jī)技術(shù) 計算機(jī)：通用萬能工具2.電氣信息工程研究什么？*232.電氣信息工程研究什么？控制計算機(jī)CNC智能機(jī)床*242.電氣信息工程研究什么？通用平臺萬能機(jī)器 計算機(jī)技術(shù)的作用？*25工業(yè)自動化-可編程控制器(PLC) 可編程控制器(PLC)主要包括了CPU、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出幾個模塊。PLC和組態(tài)結(jié)合被大量運(yùn)用在大型工業(yè)自動控制系統(tǒng)中。*26*27模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)2.4 網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)與通信：信息共享、遠(yuǎn)方測控干擾信源信宿解調(diào)調(diào)制信道模擬通信系統(tǒng)干擾信源信宿解碼編碼信

10、道數(shù)字通信系統(tǒng)12.電氣信息工程研究什么？*282.電氣信息工程研究什么？工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線可靠性、電磁兼容*292.電氣信息工程研究什么？鐵路調(diào)度管理信息系統(tǒng)*30電力市場的技術(shù)基礎(chǔ)電力市場技術(shù)電力技術(shù)歐姆定律控制技術(shù)反饋原理市場技術(shù)價值規(guī)律信息技術(shù)摩爾定律電力市場的目的與手段提高效率降低電價改善服務(wù)持續(xù)發(fā)展引入競爭2.電氣信息工程研究什么？ 資源組織？（條件） 運(yùn)行協(xié)調(diào)？（途徑） 滿足需求？（目標(biāo)） 管理與市場的作用？*31 在建筑中綜合計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)和電氣工程技術(shù)，構(gòu)成智能樓宇技術(shù)。智能樓宇的目標(biāo)：提供安全、舒適、快捷的優(yōu)質(zhì)服務(wù)；建立先進(jìn)的管理機(jī)制；節(jié)省能耗與降低人工

11、成本。 2.電氣信息工程研究什么？樓宇自動化: Smart Building; Building automation住宅辦公樓*32Security System Energy savingCCTV building-Access control樓宇自動化*33智能樓宇中涉及的電氣信息工程內(nèi)容主要有：智能建筑的供配電、電傳動、自動控制、智能建筑的電氣照明、智能建筑的通信技術(shù)、有線電視系統(tǒng)、廣播音響系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、建筑物自動化系統(tǒng)、智能建筑的防火、智能建筑的防盜、綜合布線系統(tǒng)、智能建筑的系統(tǒng)集成、智能建筑的電氣安全和智能建筑的節(jié)能等。 2.電氣信息工程研究什么？*34綜合應(yīng)用舉例*35應(yīng)

12、用舉例1：火力發(fā)電廠主控系統(tǒng)*36應(yīng)用舉例1：火力發(fā)電廠主控系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)控制與信息化：*37電力系統(tǒng)控制 應(yīng)用舉例1：火力發(fā)電廠主控系統(tǒng)*38應(yīng)用舉例1：火力發(fā)電廠主控系統(tǒng)電廠生產(chǎn)控制系統(tǒng) *3937.8MW-37.8MWEMS 能量管理系統(tǒng)*40應(yīng)用舉例1：火力發(fā)電廠主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)-DAS：火電廠的主控系統(tǒng)中的DAS(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))主要是連續(xù)采集和處理機(jī)組工藝模擬量信號和設(shè)備狀態(tài)的開關(guān)量信號，并實時監(jiān)視,保證機(jī)組安全可靠地運(yùn)行。 數(shù)據(jù)采集：對現(xiàn)場的模擬量、開關(guān)量的實時數(shù)據(jù)采集、掃描、處理。 信息顯示：包括工藝系統(tǒng)的模擬圖和設(shè)備狀態(tài)顯示、實時數(shù)據(jù)顯示、棒圖顯示、歷史趨勢顯示、報警顯示等。

13、 事件記錄和報表制作/ 打?。喊⊿OE 順序事件記錄、工藝數(shù)據(jù)信息記錄、設(shè)備運(yùn)行記錄、報警記錄與查詢等。 歷史數(shù)據(jù)存儲和檢索 設(shè)備故障診斷*41模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)-MCS系統(tǒng)： 機(jī)、爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS) 送風(fēng)控制，引風(fēng)控制 主汽溫度控制 給水控制 主蒸汽母管壓力控制 除氧器水位控制，除氧器壓力控制 磨煤機(jī)入口負(fù)壓自動調(diào)節(jié)，磨煤機(jī)出口溫度自動調(diào)節(jié) 高加水位控制，低加水位控制 軸封壓力控制 凝汽器水位控制 消防水泵出口母管壓力控制 快減壓力調(diào)節(jié)，快減溫度調(diào)節(jié) 汽包水位自動調(diào)節(jié)*42爐膛安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)-BMS系統(tǒng)：BMS（爐膛安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)）保證鍋爐燃燒系統(tǒng)中各設(shè)備按規(guī)定的操作順序和條件安全起

14、停、切投， 并能在危急情況下迅速切斷進(jìn)入鍋爐爐膛的全部燃料，保證鍋爐安全。包括BCS（燃燒器控制系統(tǒng)）和FSSS（爐膛安全系統(tǒng)）。 鍋爐點(diǎn)火前和MFT 后的爐膛吹掃 油系統(tǒng)和油層的啟?？刂?制粉系統(tǒng)和煤層的啟?？刂?爐膛火焰監(jiān)測 輔機(jī)（一次風(fēng)機(jī)、密封風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵等）啟、停和聯(lián)鎖保護(hù) 主燃料跳閘（MFT） 油燃料跳閘（OFT） 機(jī)組快速甩負(fù)荷（FCB） 輔機(jī)故障減負(fù)荷（RB） 機(jī)組運(yùn)行監(jiān)視和自動報警*43順序控制系統(tǒng)SCS： 制粉系統(tǒng)順控 鍋爐二次風(fēng)門順控 鍋爐定排順控 射水泵順控 給水程控 勵磁開關(guān) 整流裝置開關(guān) 發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān) 發(fā)電機(jī)感應(yīng)調(diào)壓器 備用勵磁機(jī)手動調(diào)節(jié)勵磁 發(fā)電機(jī)組斷路

15、器同期回路 其他設(shè)備起停順控*44電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)DEH：該系統(tǒng)完成對汽機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)和機(jī)爐協(xié)調(diào)控制。包括：轉(zhuǎn)速和功率控制；閥門試驗和閥門管理；運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視；超速保護(hù)；手動控制等功能。 轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的自動控制 汽輪機(jī)自啟動（ATC） 主汽壓力控制（TPC） 自動減負(fù)荷（RB） 超速保護(hù)（OPC） 閥門測試 *45應(yīng)用舉例2：磁懸浮列車（Maglev）*46應(yīng)用舉例2：磁懸浮列車*47上海磁懸浮列車基于無線通信的列車控制 應(yīng)用舉例2：磁懸浮列車*48上海磁懸浮列車（基于無線通信的列車控制）應(yīng)用舉例2：磁懸浮列車*49*50*51上海磁懸浮列車（基于無線通信的列車控制）軌道梁控制中心運(yùn)行控制中心

16、維護(hù)控制中心安全運(yùn)行設(shè)備與軌道*52應(yīng)用舉例3：智能電網(wǎng)（Smart Grid）*53 智能電網(wǎng)（Smart Grid），就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行。*54 2006年歐盟理事會的能源綠皮書歐洲可持續(xù)的、競爭的和安全的電能策略(A Europea

17、n Strategy for Sustainable，Competitive and Secure Energy)強(qiáng)調(diào)智能電網(wǎng)技術(shù)是保證歐盟電網(wǎng)電能質(zhì)量的一個關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向。這時候的智能電網(wǎng)是指輸配電過程中的自動化技術(shù)。 同年，美國IBM公司與全球電力專業(yè)研究機(jī)構(gòu)、電力企業(yè)合作開發(fā)了“智能電網(wǎng)”解決方案。被比喻為電力系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，電力公司可以通過使用傳感器、計量表、數(shù)字控件和分析工具，自動監(jiān)控電網(wǎng)，優(yōu)化電網(wǎng)性能、防止斷電、更快地恢復(fù)供電，消費(fèi)者對電力使用的管理也可細(xì)化到每個聯(lián)網(wǎng)的裝置。這個可以看作智能電網(wǎng)最完整的一個解決方案，標(biāo)志著智能電網(wǎng)概念的正式誕生。*55智能電網(wǎng)-通信技術(shù)

18、 建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，沒有這樣的通信系統(tǒng)，任何智能電網(wǎng)的特征都無法實現(xiàn)，因為智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護(hù)和控制都需要這樣的通信系統(tǒng)的支持，因此建立這樣的通信系統(tǒng)是邁向智能電網(wǎng)的第一步。 同時通信系統(tǒng)要和電網(wǎng)一樣深入到千家萬戶，這樣就形成了兩張緊密聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)，只有這樣才能實現(xiàn)智能電網(wǎng)的目標(biāo)和主要特征。 *56智能電網(wǎng)-量測技術(shù) 智能電網(wǎng)將取消所有的電磁表計及其讀取系統(tǒng)，取而代之的是可以使電力公司與用戶進(jìn)行雙向通信的智能固態(tài)表計。基于微處理器的智能表計將有更多的功能，除了可以計量每天不同時段電力的使用和電費(fèi)外，還有儲存電力公司下達(dá)的高峰電力價格信號及

19、電費(fèi)費(fèi)率，并通知用戶實施什么樣的費(fèi)率政策。更高級的功能有用戶自行根據(jù)費(fèi)率政策，編制時間表，自動控制用戶內(nèi)部電力使用的策略。 *57智能電網(wǎng)-設(shè)備技術(shù) 未來智能電網(wǎng)將主要應(yīng)用三個方面的先進(jìn)技術(shù)：電力電子技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)以及大容量儲能技術(shù)。通過采用新技術(shù)和在電網(wǎng)和負(fù)荷特性之間尋求最佳的平衡點(diǎn)來提高電能質(zhì)量。通過應(yīng)用和改造各種各樣的先進(jìn)設(shè)備，如基于電力電子技術(shù)和新型導(dǎo)體技術(shù)的設(shè)備，來提高電網(wǎng)輸送容量和可靠性。配電系統(tǒng)中要引進(jìn)許多新的儲能設(shè)備和電源，同時要利用新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如微電網(wǎng)。 *58智能電網(wǎng)-控制技術(shù) 智能電網(wǎng)中必須實現(xiàn)分析、診斷和預(yù)測狀態(tài)，并采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵?、減輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾

20、動。 先進(jìn)控制技術(shù)緊密依靠并服務(wù)于其他四個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，如先進(jìn)控制技術(shù)監(jiān)測基本的元件（參數(shù)量測技術(shù)），提供及時和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)（集成通信技術(shù)；先進(jìn)設(shè)備技術(shù)）并且對任何事件進(jìn)行快速的診斷（先進(jìn)決策技術(shù)）。另外，先進(jìn)控制技術(shù)支持市場報價技術(shù)以及提高資產(chǎn)的管理水平。*59智能電網(wǎng)-支持技術(shù) 決策支持技術(shù)將復(fù)雜的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)運(yùn)行人員一目了然的可理解的信息，因此動畫技術(shù)、動態(tài)著色技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及其他數(shù)據(jù)展示技術(shù)用來幫助系統(tǒng)運(yùn)行人員認(rèn)識、分析和處理緊急問題。（1）可視化決策支持技術(shù)。利用大量的數(shù)據(jù)并將其裁剪成格式化、按技術(shù)分類的關(guān)鍵的數(shù)據(jù)給電網(wǎng)運(yùn)行人員。 （2）決策支持決策支持技術(shù)。確定了現(xiàn)有的、正在發(fā)展的以及預(yù)測的問題，提供決策支持的分析，并展示系統(tǒng)運(yùn)