船舶自动化的概述

船舶自动化的概述（共4篇）

船舶自动化的概述 篇1

船舶制造过程概述

船舶由成千上万种零件构成,几乎与各个工业部门都有关系.除特有的船体建造技术外,造船还涉及到机械,电气，冶金,建筑,化学以至工艺美术等各个领域.因此,造船是以全部工业技术为基础的一门综合技术,反映一个国家的工业技术水平.由于船舶的航区,任务和要求不同,船舶产品具有品种多,生产批量小的特点.为了有节奏地生产,缩短制造周期,造船厂从接受订货至完工交船为止,都必须有周密的生产管理和技术管理.造船用的材料品种多,数量大,其中以钢材的使用量为最大.例如,制造一艘装载量为 1万吨的货船需要钢材3000～4000吨.船体结构用的材料主要是碳素钢和低合金高强度钢(见钢).采用高强度钢可减轻船体自重,降低推进功率,达到多装客货,增加装备或提高航速的目的.小型舰艇还采用铝合金,玻璃钢或钛合金作为船体材料.船舶需要在严酷的环境下营运,对于船用材料,除保证冶炼方法,化学成分和机械性能外,在可焊性能和耐蚀性能等方面都有较高的要求.造船工序

造船的主要工艺流程如下.1.钢材预处理

钢材预处理即在号料前对钢材进行的矫正,除锈和涂底漆工作.船用钢材常因轧制时压延不均,轧制后冷却收缩不匀或运输,储存过程中其他因素的影响而存在各种变形.为此,板材和型材从钢料堆场取出后,先分别用多辊钢板矫平机和型钢矫直机矫正,以保证号料,边缘和成型加工的正常进行.矫正后的钢材一般先经抛光除锈,最后喷涂底漆和烘干.这样处理完毕后的钢材即可送去号料.这些工序常组成预处理自动流水线,利用传送滚道与钢料堆场的钢料吊运,号料,边缘加工等后续工序的运输线相衔接,以实现船体零件备料和加工的综合机械化和自动化.2.放样和号料

船体外形通常是光顺的空间曲面.由设计部门提供的用三向投影线表示的船体外形图,称为型线图,一般按1:50或1:100的比例绘制.由于缩尺比大,型线的三向光顺性存在一定的误差,故不能按型线图直接进行船体施工,而需要在造船厂的放样台进行1:1的实尺放样或者是1:5,1:10的比例放样,以光顺型线,取得正确的型值和施工中所需的每个零件的实际形状尺寸与位置,为后续工序提供必要的施工信息.船体放样是船体建造的基础性工序.号料是将放样后所得的船体零件的实际形状和尺寸,利用样板,样料或草图划在板材或型材上,并注以加工和装配用标记.最早的放样和号料方法是实尺放样,手工号料.20世纪40年代初出现比例放样和投影号料,即按1:5或1:10的比例进行放样制成投影底图,用相应 的低倍投影装置放大至实际尺寸;或将投影底图缩小到1/5～1/10摄制成投影底片,再用高倍投影装置放大50～100倍成零件实形,然后在钢材上划线.比例放样还可提供仿形图,供光电跟踪切割机直接切割钢板用,从而省略号料工序.投影号料虽在手工号料的基础上有很大改进,但仍然未能摆脱手工操作.60年代初开始应用电印号料,即利用静电照相原理,先在钢板表面喷涂光敏导电粉末,进行正片投影曝光,经显影和定影后在钢板上显出零件图形.适用于大尺寸钢板的大型电印号料装置采用同步连续曝光投影方式,即底图和钢板同步移动,在运动过程中连续投影曝光.适用于小尺寸钢板的小型电印号料装置,则在钢板上一次投影出全部图形.这种号料方法已得到较广泛的应用.随着电子计算机在造船中的应用,又出现数学放样方法.即用数学方程式表示船体型线或船体表面,以设计型值表和必需的边界条件数值作为原始数据,利用计算机进行反复校验和计算,实现型线修改和光顺,以获得精确光顺和对应投影点完全一致的船体型线.船体的每条型线都由一个特点的数学样条曲线方程表示,并可通过数控绘图机绘出图形.数学放样可取消传统的实尺放样工作,还可为切割和成形加工等后续工序提供控制信息,对船体建造过程的自动化具有关键的作用,是造船工艺的一项重要发展.3.船体零件加工

包括边缘加工和成形加工.边缘加工就是按照号料后在钢材上划出的船体零件实际形状,利用剪床或氧乙炔气割,等离子切割进行剪割.部分零件的边缘还需要用气割机或刨边机进行焊缝坡口的加工.气割设备中的光电跟踪气割机能自动跟踪比例图上的线条,通过同步伺服系统在钢板上进行切割,它可与手工号料,投影号料配合使用.采用数控气割机不但切割精度高,而且根据数学放样资料直接进行切割,可省略号料工序,实现放样,切割过程自动化.对于具有曲度,折角或折边等空间形状的船体板材,在钢板剪割后还需要成形加工.主要是应用辊式弯板机和滚压机进行冷弯，或采用水火成形的加工方法,即在板材上按预定的加热线用氧-乙炔烘炬进行局部加热,并用水跟踪冷却,使板材产生局部变形,弯成所要求的曲面形状.对于用作肋骨等的型材,则多应用肋骨冷弯机弯制成形.随着数字控制技术的发展,已使用数字控制肋骨冷弯机,并进而研制数字控制弯板机.船体零件加工已从机械化向自动化进展.4.船体装配和焊接

将船体结构的零部件组装成整个船体的过程.普遍采用分段建造方式,分为部件装配焊接,分段装配焊接和船台装配焊接3个阶段进行.① 部件装配焊接:又称小合扰.将加工后的钢板或型钢组合成板列,T 型材,肋骨框架或船首尾柱等部件的过程,均在车间内装焊平台上进行.② 分(总)段装配焊接:又称中合拢.将零部件组合成平面分段,曲面分段或立体分段,如舱壁,船底,舷侧和上层建筑等分段;或组合成在船长方向横截主船体而成的环形立体分段,称为总段,如船首总段,船尾总段等.分段的装配和焊接均在装焊平台或胎架上进行.分段的划分主要取决于船体结构的特点和船厂的起重运输条件.随着船舶的大型化和起重机能力的增大,分段和总段也日益增大,其重量可达800吨以上.③船台(坞)装配焊接:即船体总装,又称大合拢.将船体零部件,分段,总段在船台(或船坞)上最后装焊成船体.排水量10万吨以上的大型船舶,为保证下水安全,多在造船坞内总装.常用的总装方法有:以总段为总装单元,自船中向船首,船尾吊装的称总段建造法,一般适用于建造中小型船舶.先吊装船中偏尾处的一个底部分段,以此作为建造基准向船首,船尾和上层吊装相邻分段,其吊装范围呈宝塔状的称塔式建造法;设有2～3个建造基准,分别以塔式建造法建造,最后连接成船体的称岛式建造法;在船台(或船坞)的末端建造第一艘船舶时,在船台的前端同时建造第二艘船舶的尾部,待第一艘船下水后,将第二艘船的尾部移至船台末端,继续吊装其他分段,其至总装成整个船体,同时又在船台前端建造第三艘船舶的尾部,依此类推,这种方法称为串联建造法;将船体划分为首,尾两段,分别在船台上建成后下水，再在水上进行大合拢的称两段建造法.各种总装方法的选择根据船体结构特点和船厂的具体条件而定.船体装配和焊接的工作量,占船体建造总工作量的75%以上,其中焊接又占一半以上.故焊接是造船的关键性工作,它不但直接关系船舶的建造质量,而且关系造船效率.自20世纪50年代起,焊接方法从全手工焊接发展为埋弧自动焊,半自动焊,电渣焊,气体保护电弧焊.自60年代中期起,又有单面焊双面成形,重力焊,自动角焊以及垂直焊和横向自动焊等新技术.焊接设备和焊接材料也有相应发展.由于船体结构比较复杂,在难以施行自动焊和半自动焊的位置仍需要采用手工焊.结合焊接技术的发展,自60年代起,在船体部件和分段装配中开始分别采用 T型材装焊流水线和平面分段装焊流水线.T 型材是构成平面分段骨架的基本构件.平面分段在船体结构中占有相当的比重,例如在大型散装货船和油船上,平面分段可占船体总重的50%以上.平面分段装焊流水线包括各种专用装配焊接设备,它利用输送装置连续进行进料,拼板焊接以及装焊骨架等作业,能显著地提高分段装配的机械化程度,成为现代造船厂技术改造的主要内容之一.世界上有些船厂对批量生产的大型油船的立体分段也采用流水线生产方式进行装焊和船坞总装.船体总装完成后必须对船体进行密闭性试

验,然后在尾部进行轴系和舵系对中,安装轴系,螺旋桨和舵等.在完成各项水下工程后准备下水.5.船舶下水

船舶下水是将在船台(坞)总装完毕的船舶从陆地移入水域的过程.船舶下水时的移行方向或与船长平行,或与船长垂直,分别称为纵向下水和横向下水.下水滑道主要为木枋滑道和机械化滑道.前者依靠船舶自重滑行下水,使用较普遍;后者利用小车承载船体在轨道上牵引下水,多用在内河中小型船厂.纵向下水之前先将搁置在墩木上的船体转移到滑板和滑道上,滑道向船舶入水方向有一定倾斜.当松开设置于滑板与滑道间的制动装置后,船舶由于自重连同滑板和支架一起滑入水中,然后靠自身的浮力飘浮于水面.为减少下滑时的摩擦阻力,在滑板与滑道之间常涂上一定厚度的下水油脂;也可用钢珠代替下水油脂,将滑动摩擦改为滚动摩擦,进一步减少摩擦力.在船坞内总装的船,只要灌水入坞即能浮起,其下水操作比在船台下利用滑道下水简单和安全得多.下水意味着船舶建造已完成了关键性的,主要的工作.按传统习惯,大型船舶下水常举行隆重的庆祝仪式.船舶下水后常是靠于厂内舾装码头,以安装船体设备,机电设备,管道和电缆,并进行舱室的木作,绝缘和油漆等工作，称为码头安装.码头安装涉及的工种很多,相互影响也较大.而随着船舶设备和系统 的日趋复杂,安装质量的要求也不断提高,故安装工作直接关系下水后能否迅速试航和交船.为了缩短下水后的安装周期,应尽可能将上述安装工作提前到分段装配和船体总装阶段进行,称为预舾装.将传统的单件安装改为单元组装,也可大大缩短安装周期,即根据机舱和其他舱室设备的布置和组成特点确定安装单元的组成程度,如主机冷却单元可包括换热器,泵,温度调节器,带附件的有关管道和单元所必需的电气设备.在车间内组成安装单元,然后吊至分段,总段或船上安装,这样可使18～25%的安装工作量由船上提前到内场进行,能使船上的安装周期缩短15～20%.6.系泊试验和航行试验

在船体建造和安装工作结束后,为保证建造的完善性和各种设备工作的可靠性,必须进行全面而严格的试验,通常分为两个阶段,即系泊试验和航行试验.系泊试验俗称码头试车,是在系泊状态下对船舶的主机,辅机和其他机电设备进行的一系列实效试验,用以检验安装质量和运转情况.系泊试验以主机试验为核心,检查发电机组和配电设备的工作情况,以便为主机和其他设备的试验创造条件.对各有关系统的协调,应急,遥测遥控和自动控制等还需要进行可靠性和安全性试验.系泊试验时

船舶基本上处于静止状态,主机,轴系和有关设备系统不能显示全负荷运转的性能,所以还需要进行航行试验.航行试验是全面地检查船舶在航行状态下主机,辅机以及各种机电设备和系统的使用性能.通常有轻载试航和重载试航.在航行试验中测定船舶的航速,主机功率以及操纵性,回转性,航向稳定性,惯性和指定航区的适航性等.试验结果经验船机构和用户验收合格后,由船厂正式交付订货方使用.船舶的制造过程是复杂的，这里只作简单叙述。

浅析船舶电气自动化的发展前景 篇2

关键词：船舶；电气；自动化；发展前景

船舶行业经过多年的发展，已经由独立设备的自动化控制逐渐进入到信息化和智能化的发展阶段。船舶自动化最早开始于机舱设备自动化，然后发展至航行自动化、货物装卸自动化、动力定位自动化，基本实现了全船自动化。而传统的机电式控制方式已经发展成为网络型、数字化和智能型的控制方式，各设备的自动化控制系统集成为全船自动化系统。如何进一步推进提高我国电气的自动化水平，促使船舶行业向新的方向发展，成为首要解决的问题。

1 船舶电气自动化的现状

1.1 船舶电气自动化技术分析 船舶电气自动化是随着控制技术、通信技术和微处理技术发展起来的一项综合性应用技术。传统电气自动化主要指电站自动化，现在已经扩展至多个领域，尤其是信息技术和集成技术的发展，为船舶电气的自动化发展带来了新的契机，已经逐渐实现了集驾驶系统自动化、机舱设备管理自动化和装卸货物自动化于一体的多功能综合系统，最终实现一个人操纵全船设备。

1.2 自动化控制系统 船舶自动化控制系统是一个多功能一体化的综合系统，主要有机舱自动化系统、航行自动化系统、机械自动化系统和装载自动化系统集成。如机舱自动化控制系统可见图1所示。

由图1可知，机舱监控系统包括两个总工作站，若干分控制系统以及设立的若干个分站；2个工作站可以独立运作，也可同时运作；若一方出现异常，另一方可作为备用，确保监控的连续性。

除机舱监测系统外，还有多个分控制系统，如用于电站管理的自动化系统、监测液位的控制系统、压在控制系统、自动导航控制系统等；每个分控制系统的功能不同，其自动化控制程度也有差异；分控制系统与工作母站之间的连接通过网络实现，而船舶位置、设备的监测、控制和操作等功能的实现则通过工作分站；工作站之间通过卫星通信，在网络技术的辅助下，能实现船舶、岸上之间信息的传输。如船舶设备出现故障，可通过定位系统和网络技术进行故障诊断，查找故障检修历史记录资料，传输文件等多项业务，不仅提高了船舶航行的安全性和可靠性，还减少了维修成本，实现了经济性。

2 船舶电气自动化控制系统发展

2.1 综合化 电气设备的标准化合模块化设计，使得不同设备之间的通用性越来越强大，不同设备可通过集成技术做到组态灵活。计算机技术的发展促使人机界面设计更加规范化、人性化，为工作人员的操作提供了极大的便利，如操作人员可通过主菜单完成功能转换、画面切换等多项功能，减轻了工作人员的劳动强度，提高了工作效率。综合监控还能构成双重或多重冗余，对提升船舶电气运行性能具有积极意义。

2.2 网络化 工业生产能实现自动化生产的主要原因之一是数字化技术和总线技术的应用，而总线技术的应用，实现了不同信号线的集成，让设备与模块，模块与模块之间的通信提供了标准的信号通道。现场总线技术是一种双向数字通信技术，可用于连接现场设备，连接模块和控制设备；当前的现场总线技术一般采用双层网络结构，第一层主要是数据采集与传送网，而第二层是控制网，控制网一般采用冗余结构，以提升系统的可靠性。为提高安全性，分散风险，系统可分为若干个子网，如电力监控系统网、消防系统网和推进系统网，系统的网络化设置，既可以实现不同子系统的功能集合，又可使分布式系统在数据采集和控制平台上紧密结合，同时还具有很强的主动性。若系统控制平台中某局部设备受损，不会对其他设备的运行产生影响，用网络冗余或设备冗余、不间断后备电源，很大程度上提高了系统的生存能力。所有网络系统的总体优势就是采用数字化和高层次的自动化技术来取代原有的人工操作，为制造行业的飞速发展创造了极大的空间。

3 船舶电气自动化未来展望

3.1 智能新技术的应用 航运作为运输系统的重要组成部分，其未来发展前景十分广阔，随着电力电子技术、自动控制技术和通信技术等技术在船舶行业的大范围应用，将大大提高船舶行业的电气自动化程度。而机电一体化加速渗透了不同学科之间，使得电力与电子，强电与弱电之间的界限不在那么分明，同时人工智能技术和模糊计算技术也更加深入了船舶电气自动化控制领域的应用，这就会对造船和航运事业的变革带来深远影响。以中控系统为例，将由基层电脑监控系统向分散型电脑监控系统的转换，然后逐渐升级到多级监控系统和网络智能监控系统。

3.2 节能高效技术的应用 节能环保是衡量我国工业生产水平的新指标，船舶电气行业也应逐渐实现节能高效。近年来，新材料、新工艺和新技术不断涌现，为电子器件的研发提供了有力基础，在国家节能减排的号召下，船舶电气设备将进一步提高能源利用率，达到高效、节能、可靠的目的。如PLC技术的应用，不仅可提升设备的安全性，还能根据实际需求设置运行参数，极大的提高了设备运行效率。

4 结束语

船舶电气自动化主要包括遥控系统、通用监控系统和电站控制系统这三大部分，我国企业虽然能生产以上各大系统，但与国外先进技术仍存在一定差距，需要在标准化、可靠性和后期维修变量性方面進一步改善，以满足现代船舶电气自动化发展的应用。除设备自动化外，还应加大信息化管理系统的研发，为实现全船信息化管理奠定基础。

参考文献：

[1]黄丞.船舶电气自动化的发展及其设计要点[J].湖南农机，2013，01：67-68.

[2]王欣.船舶电气自动化的发展初探[J].科技信息，2010，21：561.

[3]蒋文强，朱明晶.浅谈船舶电气自动化的发展及其设备故障的排除[J].科技传播，2011，08：89+78.

船舶自动识别系统AIS的应用 篇3

【关键词】船舶自动识别系统；应用及展望

AIS的基本特点

AIS的基本特点：①AIS系统的工作特点：在所有区域内自主和连续工作；由交管监视中心指定工作模式，以便于主管部门控制数据传输的间隔；数据的传输响应，来自于航行中船舶或主管部门的问询，有轮询和受控两种模式。②传输船舶的静态信息：MMSI码又叫船舶识别号、IMO编码、呼号和船名、船舶的长度和宽度、船舶的类型、定位天线在船上的位置。③传输船舶的动态信息：船位、世界协调时（UTC）、距离、方位、航向（船首向）、对地航速（SOG）、对地航向（COG）、航行状态、转向率、横倾角、纵倾和横摆、最小会遇距离CPA、最小会遇时间TCPA等。④传输船舶与航行相关的信息：船舶吃水、目的港和预计到达时间（ETA）、航行计划、危险货物类型、简单的安全信息（气象、航行警告等）。

AIS的功能

AIS的主要功能包括，（1）船舶避碰：安装AIS的船舶能自动识别和信息交流；（2）海事管理：对船舶航行的静态和动态信息进行连续的监视和管理；（3）增强VTS功能：AIS信息接入VTS，提高船舶的识别精度和信息量，延伸长江口船舶的交通管理范围。

AIS在船舶避碰中的应用

随着科学的发展，AIS设备越来越先进，功能越来越齐全。AIS在航海上的最大用途就是在所有区域内自主和连续工作实现自动识别，时刻传输船舶的动态、静态信息以及附加信息，如包括船籍、船位、航线、航速、航向和转向速率等给周围所有装有AIS的船舶。船舶之间实现“互见”，就意味着不需人为介入便能够连续收到周围船舶与本船交换的重要航行数据。所以，只要开启AIS，我們就能够“看见”周围船舶的动态和有关信息，特别是与船舶安全航行相关方面的信息。因此，正确运用AIS的功能和信息来协调避让行动，对防止船舶碰撞，尤其是在能见度不良的水域情况下避免船舶碰撞具有重要的作用。

目前，船舶避碰过程中，尤其是在能见度不良的情况下，使用较多的助航设备是ARPA雷达。但ARPA雷达在使用上受自然环境的影响较大，而AIS的使用可以解决或改善这些问题，是ARPA雷达的有益补充。例如：①当遇到雨雪、大风浪等恶劣天气时，雷达的回波信号可能会受到干扰而出现杂波或丢失目标等问题。但AIS由于工作原理的不同，受恶劣天气的影响要比雷达小得多，而且只要在AIS的覆盖区，目标不会由于距离的远近、尺寸的大小和形状的不同而产生信号的差异。②当目标船航行于多岛礁、航道的弯头或大船的背后等遮蔽水域时，雷达将无法观测到这些目标，而AIS在这些居间障碍物的高度不影响无线电波传输的情况下，仍可发现目标。这可使航行于遮蔽水域的船舶及早发现目标，从而提高在该水域的船舶航行安全。③对于进入雷达盲区的极近距离的作业船舶（如拖轮），雷达上不能发现目标，而AIS仍能探测这些极近距离的小船。这将有利于对近距离作业船舶的监视和指挥，确保船舶的航行安全。

综上所述，AIS能自动、连续的提供船舶静态的和动态的信息（如船位、航向、船速、船名、呼号等）这可解决采集目标信息问题，同时可快速、准确地建立通讯联络，加之AIS具有发送短消息的功能，因而又可将避让意图发送给具有碰撞危险的船舶及周围其他船只，以了解避让意图，提高避让行动的有效性，进而提高船舶的海上航行安全。

AIS在航标系统中的应用

航标是帮助船舶在特定水域安全航行而设置的助航设施。传统的视觉航标系统中尤其以灯浮、灯塔和灯船等水上航标的日常维护管理最为困难，而且成本很高，并且在恶劣气候条件下，驾驶员很难发现需要的航标。AIS的开放体系互联工作模式和通信传输模式为航标应用提供了良好的技术基础。虚拟航标系统是基于计算机技术，GPS/DGPS、ECDIS和AIS等新型航海技术而产生和发展起来的一种新型航标系统。AIS虚拟航标设备相当于固定的船舶，它们具有船载AIS的全部功能。来往于AIS，虚拟航标覆盖范围内的船舶都可以接收到它们的广播信息。各类助航标志都可以准确的显示在电子海图上，使来往船只都可以及时准确的了解周围助航标志的情况。

AIS虚拟航标技术可以为船桥系统提供可靠的导航标志信息，在结合避碰专家系统，真正意义上的全自动船舶航行系统不久就可以实现。

应用AIS技术的新型船桥系统

新型的船桥系统将由双ARPA雷达子系统，电子海图监视和航行计划工作站、AIS，VDR、自使用自动操舵仪、综合导航命令控制台、多普勒计程仪、回声测深仪、气象传真仪等组成。系统的配置灵活，各个子系统相对独立，在某个或几个子系统发生故障的情况下，系统的主要功能在驾驶员的手动操作配合下也能完成。

采用了AIS技术的驾驶台系统将向自动避碰和自动航行的方向发展。由于AIS可以自动连续提供包括船位、航向、航速、航行状态、船长和吃水等静态和动态信息，而且不受气候条件的限制，通讯可靠准确。这些精确的船舶信息为开发新型的自动避碰专家系统提供了完备的信息条件。结合ECDIS新型自动避碰专家系统和自动航行系统不久就可以产生。

VDR也是一种新型的船用设备，AIS和VDR结合起来，AIS可以提供VDR所需的船舶数据，包括船舶的动态数据和航行状态数据。AIS输出的船舶和岸台，船舶与船舶的通信信息也是VDR必须记录的。更重要的一种应用是VDR记录的船舶信息可以传送给AIS，通过AIS发送给陆上基站、周围船舶AIS应答台或通过INMARSTA-B呼叫。

AIS在海上搜寻及救助中的应用

对于海岸监控网来说还应具有协助海上搜寻和救助功能。当一船遇险时即可通过AIS设备发送有关遇险信息，就能够快速找到离遇险地点最近的船舶，从而提高了海上搜寻和救助工作的效率。在整个搜寻过程中海上救助协调中心也能够对所有参与搜寻的船只进行跟踪和导航从而实现对整个搜寻过程的监控，更加有效地利用可用的资源并确保覆盖整个搜寻区域。并且所有出事地点附近的船只和参与救助的船只都能够像海上救助协调中心一样识别遇难船只从而采取救助行动，这样将更有利于高效、快速地实施海上搜寻和救助。

AIS的发展方向

虽然AIS功能强大但还不可以代替雷达。因为AIS也有其自身的局限性，许多方面需要雷达的辅助，AIS不可能安装在所有水面移动体上，因此不能识别所有的水面所有物标，300总吨以下的船舶未强制配备，所以也就无法识别。即便如此，AIS仍可在其他方面发挥作用，如用于发布航行警告和航行通告，应用于航标领域中，用于船公司的船队管理和信息系统建设，还可以在物流领域中发挥作用等等。

参考文献

[1]李丽娜， 陈聪贵.船舶自动避碰方法的研究[J].中国航海，1999

[2]王世远.AIS的现状、前景及对策[J].航海技术，2003

[3]王世远.雷达与ARPA[M].大连海事大学出版社，2002

概述电气自动化节能技术 篇4

【关键词】电气自动化；节能技术；分析

对于电气自动化系统而言，必须保证供电的可靠、安全，并且还要为使用此电力系统的工程或是建筑带来良好的社会效益和经济效益。而且由于城市电网的不断扩大，电力也不断增容，因此就使用的很多的整流器、变频器等，而这样也使大量的谐波产生，从而危害了电网。因此，为了消除谐波与从节能的方向考虑，电气自动化就主要从电力滤波器、无功补偿、变压器等技术着手，对电气自动化的节能设计技术进行研究。

1.电气自动化及节能设计概述

电气自动化是电气信息领域的一门新兴学科，它和人们的日常生活及工业生产有着密切联系。它在提高工作效率、运行成本、劳动生产率以及改善劳动条件等方面起着重要的作用。对于电气自动化系统来说，由于城市电网的不断扩大，电力也不断增容，因此会使用很多的变频器、整流器等，而这样会造成大量的谐波产生，从而危害到电网。由此，为了消除谐波，从节能的方向考虑，电气自动化应主要从变压器、无功补偿、有源滤波器等技术上下功夫，可以利用减少电路的传输损耗、优选变压器、补偿无功、使用有源滤波器等方法来使电气系统在运行的过程中达到节能的目的。也只有这样，才能使电气自动化系统使用时达到节能的效果。

2.电气自动化的节能设计技术

2.1电气工程的设计

在电力工程中，要达到节能的目的首先要做的就是做好电气工程的安装、设备等的设计。只有在第一步都做好了才能保证整个工程其后的设计与完成后使用时达到节能的作用。

①优化配电设计。电力系统就是要为安装这个电气系统的工程中需要用电的设备提供一个必要的动力。因此，在整个配电设计的过程中首先就要考虑到电力系统的适用性。对于适用性而言，应该满足用电设备对负荷容量与供电设备等可靠性的要求，还应该保证电气设备对控制方式的要求等。在配电的过程中，除了要满足用电设备与电气设备的要求之外，还要保证电力系统高效、稳定、易控、灵活、可靠等。在配电设计的过程中其次要考虑到的就是电力系统的安全性。而对于电气系统的安全性而言，首先就必须保证导线的绝缘性良好，然后在进行走线的时候应该保证各导线之间的绝缘距离。另外还要保证导线的负荷能力、热稳定和动态稳定的裕度，以确保在电气系统运行的过程中用电设备与配电设备的安全。除此之外，还要做好电气系统的防雷与接地。

②提高电气系统的运行效率。在电气系统中最好选用节能设备，从设备的选择就开始为电气系统的节能打下基础。另外，我们可以利用均衡负荷、补偿无功、减少电路损耗等方法来使得电气系统在运行的过程中达到节能的目的。比如，在进行配电设计时可以合理的调整负荷以及选取合理的设计系数。在电气系统的安装或是运行过程中采用这些方法能够提高电源的综合利用率与设备的运行效率，从而间接或直接减少电能的损耗。

2.2电气系统中的节能技术

①降低电能的传输消耗。电能传输时，因为导线有电阻从而会产生有功功率的消耗。但是线路上的电流是不变的，所以，为了降低电能在线路上的传输消耗，只能降低导线的电阻。事实上，导线的电阻和导线的截面积之间的关系是成反比关系，而和电导、导线长度成之间成正比关系。即要想降低导线的电阻，就必须从如下几方面着手：首先，选择电导率比较小的材质当作导线，从而降低电能在电路上的消耗；其次，缩短导线的长度。从而在布线的时候，让导线尽可能走直路，以免过走的弯路太多，以缩短导线的长度；最后，变压器尽可能接近负荷中心，以缩短供电的距离。其四，加大导线的横截面积。所选择的导线的横截面积尽可能大一些，利用降低电阻减少消耗，实现节能的目标。

②选取变压器。在设计过程中对于变压器的选择，必须满足如下几方面的要求：第一，应当选择节能型的变压器，从而降低变压器的有功功率的消耗；第二，为了使得通过的三相电的电流维持平衡，应当降低变压器自身的消耗，最好采取一定的措施比如三相四线制的供电方式、单相自动补偿设备、将单相用电设备分别接在三相电源上等方式从而减少负荷不平衡。

③无功补偿。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。

在采用无功补偿设备对电力系统进行无功补偿时，对于无功补偿设备的要求有以下几点：1）在使用电容器补偿时，电容器容量的确定应该根据配电电压的容量、负荷、三相电压的平衡度、自然功率因素、目标功率因数等参数经过计算来确定。而若是在补偿处产生了谐波的话就要串联一定量得电抗器，滤除线路上的谐波。2）为了有效的防止投切振荡、过补偿和无功倒送，在电容器的功率参数、无功电流、无功功率这些投切物理量中最好选择无功功率作为投切参数物理量。3）在很早以前的补偿电容组中电容器的分担方式和投切开关的方式普遍采用等容量分组和循环投切；后来又采用了按比例分配、按编码配置、投切开关按级投切。但是这些方式都不能达到我们想要的补偿效果。

因此，现在所采用的是模糊投切，其适应面广、调节平滑、跟踪准确而且效果很好。在使用过程中，低压的时候投切开关则选择投切复合开关，而高压补偿柜中选真空接触器。

④使用有源滤波器。为了有效避免与电网联结电气设备的误动作，就必须消除谐波，而消除谐波最有效的方法就是使用有源滤波器。误动作主要是由于电气设备数量的增加，产生的谐波越来越多，又由于这些谐波电流在电网阻抗上产生的电压与基波电压重叠，就会引起电压的畸变，从而造成电气设备产生误动作。概括起来，有源滤波器主要以下特性：具有优异的动态性能；反应快；能使功率范围更宽大等，能使无功补偿达到更好的效果。一般情况下，采用有源滤波器对产生的谐波进行过滤，在电气设备误操作之前就能够将其阻止，使电气设备的运行更加有效率，从而达到节能的目的。

3.结束语

总之，现今国家强烈要求发展“节能经济”的大好形势，有志于发展“节能经济”与“节能经济”的中国“工业自动化”的企业与单位，应当坚持“节能”理念。国家也已经注意制定发展“节能经济”的战略，制定优惠发展“节能经济”企业的政策，并积极支持“节能经济”的研发。同时，也应看到，我国在“节能技术”领域里的自主创新能力正在快速提高，新的更有效的“节能技术”正在国家的大力支持下研发出来，并被产业化应用。

参考文献

[1]周丹.我国工业节能电气自动化的发展现状与趋势[J].科技创新导报，2008，（17）.