电气工程及其自动化的概述精选(九篇)

第1篇：电气工程及其自动化的概述范文

关键词：铁路施工；电气工程；自动化技术

0前言

电气工程建设研究从传统电磁学发展到了现代阶段，并形成电气自动化科学。而现今，我国现代社会事业发展已经进入到了全新阶段，社会经济发展也取得了前所未有的进步。电气工程及其自动化能为现代化建设带来更多机遇和可能性，尤其是铁路建设。本文从铁路施工中的电气工程以及自动化技术概述着手，并对实际操作阶段形成的主要问题展开分析，并根据实际情况提出具体解决对策。希望能够促进铁路施工中的电气工程及其自动化技术的进一步发展。

1铁路施工中的电气工程以及自动化技术概述

随着电气工程技术的不断发展，电气工程及其自动化技术从传统技术领域进入到全新技术领域当中，电气工程技术经历了从电磁学理论的建立到新技术革命时期电气工程技术学科的形成这样一个形成与发展的过程，为中国时间工业快速发展打下了重要的技术基础，为我国现代科学发展做出了贡献。现在电气工程与相关自动化建设已经开始形成了完全独立，更加方便，更加完善的系统。为电气工程走进商业领域奠定了基础。现在中国在处于工业主导经济阶段，工业的快速发展对我国经济发展具有重要意义。需要大力促进电气工程以及自动化的发展。外出务工人员和流动人口增加了对铁路交通运输的需求，能源资源分布的不均衡也决定了我国铁路交通运输在经济发展中的重要地位。相比其他牵引方式，铁路电力牵引无论是在高速、重载、环保等方面都表现出更大的优势，因而奠定了未来铁路交通运输行业主要发展的牵引模式[1]。“九五”后期，随着我国铁路进入高速发展阶段，大批客货共线铁路客货这些铁路和客运专线铁路的建成。这些铁路多采用信息技术控制和管理，对铁路牵引供电专业提出了更高要求：要求作为铁路自动化、现代化和科技化代表的牵引供电系统要从可靠性到先进性满足高速铁路建设的要求；要求现代的电力牵引供电要向专业化、科技化和信息化的方向发展[2]。

2电气工程以及自动化建设与发展中的主要问题

2.1企业成本提升受到需求影响

由于电气工程建设以及自动化建设目前阶段仍然处在一种综合领域当中。将电气工程及其自动化技术应用于铁路施工中的独立性会受到一定程度的影响，即铁路建设相关技术人员只能应用已经形成的技术成果，经济成本重复增加的浪费不可避免。创新，是当前社会对电气工程以及自动化建设提出的新要求。

2.2电气工程与自动化建设方面工作效率相对不高

现代社会，工作效率的提高是必然的要求。一旦电气工程与自动化建设方面工作效率低下，就直接影响到工程建设。电气工程建设以及自动化技术水平应当考虑从工作效率方面入手，同时铁道部门也需要做好技术创新工作。

3电气工程自动化建设的优化措施

作为工业技术领域当中的重要部分，电气工程自动化技术的发展对工业发展具有重要意义，能为社会经济带来巨大的效益。尽管目前阶段的电气工程自动化技术不是最完善的，但是只要通过不断提高和解决问题，就一定能取得辉煌的成绩。

3.1形成具有独立性、统一性的技术平台

根据上诉提到的第一点问题，铁路部门应该结合自身的情况，根据现有的技术水平和条件，形成具有独立性、统一性的技术平台。铁道部门技术人员也应该致力于改善技术，完成自动化方案的实现[2]。电气工程自动化技术操作人员在开始进行设计之前应当对需要进行设计的行业以及用户方面的特征进行研究，再根据实施过程、运行以及相关维护确定研究目标后，需要确定设计方案。同时，还需要考虑运行成本以及时间。一定需要控制在铁路企业允许的范围当中。努力降低企业实际投入的运行成本。

3.2形成电气工程自动化建设的通用性网络系统

铁路建设中铁路企业之间有效信息的交流，准确性以及安全性的交互的实现也是极其重要的，电气工程自动化建设的通用性网络系统能够更好帮助完成对资源方面的优化配置。要想确保铁路建设中设备控制以及技术监管等多个方面的管理步骤与环节，就需要确保设备控制以及技术监管等多个方面的系统通过网络完成关联。能够帮助促使各个系统彼此之间获得的信息数据能够得到高效优质利用，最终促使铁路建设的发展。

3.3形成电气工程自动化建设的数据标准对接

除了实现电气工程以及自动化建设方面的数据信息标准化对接，同时也需要保障电气工程以及自动化建设当中的系统相关信息传递的安全性。在电气工程以及自动化建设发展阶段，为了降低电气工程开发当中时间与费用的损耗。我们需要建立更加完善的程序接口[3]。

4结语

电气工程以及自动化建设对工业的推动对整个社会具有非常重要的意义。在现代铁路建设发展过程中，电气工程以及自动化技术的发展作为一项极其重要的技术，它的发展的每一个环节都对铁路建设有重要的推进作用。并且随着相关技术平台的搭建，电气工程以及自动化技术与铁路建设的进一步发展也得到了保障。铁路施工中需要结合自己的实际情况，解决产生的技术难题，不断推进铁路建设，为社会经济的发展助燃。

参考文献:

[1]宋平岗,倪勇,吴文辉,王勋.电气工程及其自动化专业铁路特色应用型人才培养[J].电气电子教学学报,2010,S1(05):139-142.

[2]苏宏升.电气工程及其自动化铁路特色专业建设的研究与实践[J].中国科教创新导刊,2011,05(12):193+195.

第2篇：电气工程及其自动化的概述范文

关键词：西门子PLC；控制；MM420变频器；物料分拣系统

上世纪70年代至今，自动化技术在普及应用过程中也逐步向着复杂系统控制，以及智能制造的发展方向深入演进，并在我国国防工业和航天科技等领域获取了充足的应用空间。现代科学技术的快速发展，给自动化技术设备组件的结构组成以及技术性能发挥稳定性都提出了一系列具体要求，而可编程序控制器（PLC）在的产生和运用，为我国现代工业生产和科学技术研究事业提供了充足的技术控制单元，为相关事业的繁荣发展提供了充足的支持条件，有鉴于此，本文将针对基于西门子PLC控制MM420变频器的物料分拣系统展开简要的介绍分析。

一、 西门子MM420变频器简介

（一） 西门子MM420变频器概述

西门子MM420变频器（MICROMASTER420）是应用于三相交流电动机运行速度参数控制活动过程中的变频器工件体系，工件体系中包含的变频器本身包含多个不同型号，并且在技术属性层次包含了单相式电源电压（额定功率120W），以及三相电源电压（额定功率11KW）等备选类型，并且在实际使用过程中客户可以在运行频率范围0-50Hz内实施无极调速技术操作。

（二） 西门子MM420变频器的技术特点

第一，基于变频调速技术处理过程实现节能目标。在采取变频调速技术类型的背景下，能够有效提升设备系统内部风机和泵类负载部分的节能技术效果，将节电率提升到20%-60%。

第二，减少无功功率。源于MM420变频器中本身包含滤波电容技术构件，直接导致自动化设备系统中电气设备组成部分的功率因素水平接近于1，提升了电网技术系统的有功功率水平，减少了设备系统运行过程中的无功功率水平。

第三，为设备系统的运行控制创造充足的便利条件，借助变频器基本技术应用功能的顺利发挥，提升控制系统技术设备组成结构的简化水平。

第四，应用MM420变频器条件下，设备系统的运行状态相对平稳，并且可以实现设备系统的高速化运行状态。

二、 传感器工件概述

（一） 传感器工件的概念界定

国家标准编号GB7665-87文件对传感器工件的理论定义界定表述是：能够实现对指定技术参数量的感知和强度测量，并按照一定的转化处理技术原理，将感知到的技术参数量转化处理成可输出信号的应用元件或者是技术装置。

（二）传感器工件的组成结构

传感器工件通常由敏感元件、转换元件，以及转换电路三个部分共同组成，敏感元件能够直接感知特定的技术参数类型，并针对其强度特征实施测量处理；转换元件能够将敏感元件感知到的非电学技术参量，转化处理形成电学信号参量；而转换电路事实上能够对电学信号实施选择、分析、放大，以及转换处理，使其成为能够具备目标优良属性的电学信号。

（三） 传感器工件的技术属性

第一，静态特性。这里描述的是静态输入信号，而在这一技术条件下传感器工件的实际输入量与输出量之间存在明显的相互约制关系，源于输入量和输出量与时间要素都不具备明显的影响制约关系，因而将传感器工件在此类信号转换活动过程中展现的技术属性描述为静态特性。

第二，动态特性。这里描述的是针对传感器输入变化性电信号过程中，传感器工件具体展现的技术特性。在这种技术应用环境下，传感器工件输入端的参数信号强度本身会伴随时间推移而动态变化，因而传感器工件在针对此类信号实施转换过程中，将会具体展现其动态特性。

第三，线性度。在常规技术应用条件下，传感器工件静态特性条件下输出的电信号具备曲线性而不具备直线性，而在电学参数测量活动过程中，为确保电学测量仪表元件的刻度均匀性，通常需要用一条与电学信号输出曲线无限接近的直线来代替曲线，输出曲线与近似直线之间的接近程度，通常被技术人员描述为线性度，而且线性度的水平本身与参数测量活动的误差强度之间具备直接相关性。

三、 物料分拣系统主要部件的安装技术要点

（一）机械手设备系统的组装方法和步骤

开展机械手设备系统的组装，主要任务在于完成是手臂气缸、手指气缸、旋转气缸，以及悬臂气缸等技术组件之间的空间定位，以及安装操作任务，其具体涉及的组装方法以及操作步骤如下：

第一，机械手完成安装后，其实际安装位置的尺寸误差与设计图纸约制的参数水平之间应当≤1mm。

第二，悬臂组件的安装高度参数误差与设计图纸约制的参数水平之间应当≤1mm。

第三，机械手实际投入运行后的旋转角度应当满足相关生产工艺的基础要求，并具体借助针对机械手左右限位挡块上的螺栓来实现上述技术目标。

第四，在完成机械手支架固定技术处理之后，应当保证气缸部分在具体生产运行过程中不会出现摇动技术现象。

（二） 皮带输送机设备系统的组装方法和步骤

第一，在皮带传输机设备系统安装处理技术活动开展过程中，应当重点关注如下技术要点：要保证皮带输送机主辊轴与皮带辊筒轴处在同一平面之内，并保证两根辊轴结构之间的距离不超过0.50mm，在此基础上，通过调节两根辊轴之间的空间距离，保证皮带部件能够处于适当的松紧状态。

第二，在具体实施皮带输送机及其附属部件安装作业活动过程中，应当严格遵照相关技术标准约制的技术规程，并做好具体技术操作实施过程中的细节要素控制。

结语：

针对基于西门子PLC控制MM420变频器的物料分拣系统，本文从西门子MM420变频器简介、传感器工件概述，以及物料分拣系统主要部件的安装技术要点三个具体方面展开了简要论述，旨意为相关领域的研究人员提供借鉴。

参考文献：

[1]李庭贵.基于西门子PLC和变频器的物料分拣系统设计[J].制造业自动化，2013（12）.

[2]龚勤慧.基于PLC与变频器的皮带输送与分拣系统[J].机械工程与自动化，2014（02）.

[3]范昭君.基于MCGS和PLC的物料分拣监控系统[J].装备制造技术，2014（04）.

第3篇：电气工程及其自动化的概述范文

【关键词】工厂污水处理系统 电气控制 自动化研究

污水处理系统的自动化，是当今社会对污水处理的有效手段，随着我国科技的进步，对污水自动化处理提出了更高要求。电气控制系统在污水处理中的应用得到了良好的效果，无论是在处理质量还是处理效果中都表现出一定的优越性，所以电气控制自动化系统是污水处理的未来发展方向。同时，污水处理人员应该积极探索电气自动化污水处理技术，为我国环境保护作出更大贡献。

1 污水处理系统电气控制自动化概述

1.1 污水处理概述

污水处理工作进行前要对污染源进行细致调查，根据调差结果制定污水处理的可行性方案，利用相关设备及时对污水进行相关处理，形成处理体系，并通过自动化电气控制系统提高污水处理效率，污水处理主要包括污水纳入和曝气处理两个方面。

1.2 电气控制自动化概述

运用自动化电气控制系统对污水进行处理时，需要注意以下几个问题：

（1）根据污水处理效果要求，对电气控制系统进行设置，并制定科学有效的处理方案；

（2）根据电气控制系统选择相配套的设备和零件，并从电气控制系统整体上进行选择，保证电气系统的正常运行；

（3）根据相关安装说明和设计图纸，将设备和零件进行安装，如设备和零件出现不匹配时，要及时进行加工，安装完毕后进行试运行，在污水处理系统能够正常运行时，就可以直接用电气自动化控制系统进行污水处理。

2 电气控制系统自动化在污水处理中的实施

2.1 电气控制系统自动化要求

随着社会的快速发展，环境问题日渐突出，特别是水环境的污染。为此，国家出台相关法律法规，要求引进污水处理系统，并在严格的要求下对污水进行相关处理措施，减少污水对人们生活环境的影响。在污水处理系统中应用电气自动化技术，是污水处理未来的发展趋势，因此电气自动化技术的应用对人们来说至关重要。在自动化控制污水处理时对电气控制系统提出以下几点要求：

（1）污水性质较为特殊，酸碱度和离子含量均属于超标状态，因此要求电气控制系统能够在环境较为恶劣的条件下保持正常工作状态；

（2）在污水处理过程中电气控制系统能够对实时情况进行反应，并对污水进行信息化监控，保证污水处理过程的自动化；

（3）电气控制系统能对污水处理中的相关参数进行测定，包括水位、温度、电导率等，实现污水处理的信息化管理。

2.2 电气控制自动化系统的组成及特点

电气控制自动化系统主要通过上、中、下三级来实现污水的处理，同时还配有电机、阀门控制器等相关配套设施。

其中，上机位能够显示净化后污水的水路和气路的动态变化，并借助计算机程序对电机和阀门等进行动态显示。同时，当电气系统出现故障时，上机位能及时查找故障位置和故障原因，并通过智能的方式去处理发生的故障，并且上机位可以直接打印检测数据。

中机位是整个控制系统的逻辑控制，也是电气控制系统的核心部分。中机位主要负责上下机位信息的传递、检测数据的记录与处理，保证污水处理的总体执行。

下机位是由智能仪表组成的，也是整个系统中独立性最强的部分，它可以对污水处理过程中液体酸碱度值等检测数据进行信息采集。同时，电气控制系统对检测数据能够长时间的保存，并采用先进科学技术保证电气控制系统不受外界其他因素干扰，如电压波动。

电气控制系统的三个机位可以对整体的污水处理进行分级控制，各个机位可以独立完成相关工作，在这种前提下，无论是某一个或者两个机位出现故障时，都不会影响其他机位的正常运行。

2.3 参数测量与控制

污水处理系统检测主要包括液位的测量与控制、酸碱度的测量与控制、温度的测量与控制、溶氧量的测量与控制四个方面的内容。

2.3.1 液位的测量与控制

当污水处理池面积较小时，通常采用静压式传感器液位仪进行测量，液位变送器采用扩散硅传感器。当污水处理池面积较大时，通常采用超声波物位仪。两者的工作原理略有不同，前者是将液体静压力传递给隔离管，隔离管再把信息传递给传感器，传感器将压力转变为电信号传送到控制器中；而后者是通过发射超声波来完成的，当超声波与液面接触时会反射相应的超声波信号，并将其传送给传感器，传感器再将信号传送到控制器中，利用的是回声原理进行工作的。

2.3.2 酸碱度的测量与控制

对于污水处理过程中的酸碱度测定通常采用电位法进行测量，由于酸碱度传感器输出信号过于小，通常对其进行放大，再传送到控制器中。

2.3.3 温度的测量与控制

在污水处理过程中温度的检测是一个较为重要的环节，通常温度的测量采用铂热电阻作为传感器，该传感器较为敏感，其分辨率可以达到0.1℃。温度传感器的工作原理是将温度信号转化成电压信号，再经过放大传递给控制器。

2.3.4 溶氧量的测定与控制

溶氧量的测定在污水处理中占有重要地位，通过对溶氧量的测定能够科学的确定曝气池的配置方案，保证污水处理的正确进行。

3 结语

综上所述，随着我国经济的快速发展，污水量逐渐增多，因此运用科学合理的方法对污水进行处理就显得特别重要。有效的污水处理方案是污水处理的关键步骤，并在污水处理过程中充分的利用电气控制自动化技术，科学的选择自动化设备，能有效的提高了污水处理速度和质量，改善了人们生活的环境，对我国经济发展起到促进作用。

参考文献

[1]高宏伟，盛昌健，石耀飞等.工厂污水处理系统电气控制自动化研究[J].魅力中国，2010（16）.

第4篇：电气工程及其自动化的概述范文

电气工程属于当前阶段我国工业实现快速发展的重要技术基础，现代科学技术长期稳定发展，电气工程与相关自动化建设已经开始形成了完全独立的系统。电气工程技术也已经从传统技术领域当中摆脱出来，进入到全新技术领域当中。电气工程技术经历了从电磁学理论的建立到新技术革命时期电气工程技术学科的形成这样一个形成与发展的过程。这种系统正逐渐迈向快捷、方便的方向。电气工程甚至已经开始进入到了商业领域当中，我国当前阶段属于工业主导经济阶段的社会，为此，只有大力发展工业才能够促进我国经济的飞速发展，所以，只有电气工程以及自动化在社会发展地位中占有一席之地，才能够促进电气工程以及自动化长足发展，立足世界。

2电气工程以及自动化建设与发展中的主要问题

当前阶段，我国铁路电气工程以及自动化技术研究面临主要问题包括几个方便，具体如下：

2.1企业成本提升受到需求影响

我国铁路工程建设当中的电气工程建设以及自动化建设目前阶段尚处在一种综合领域当中，因此独立性程度受到影响。为此，实际运用方面相关技术人员只能够针对当前阶段形成的技术成果进行应用。为此，这样就势必会造成一些环节当中的经济成本重复增加。铁路企业发展都应当结合自身实际情况，应当对电气工程以及自动化建设提出创新。

2.2工作效率相对不高

电气工程与自动化建设方面实际效率相对较低，这就会对工程建设造成负面影响。现代社会发展阶段，工作效率的重要性不言而喻。为此，电气工程建设以及自动化技术水平应当进一步从工作效率方面着手加以提升。铁路部门应当因地制宜的实现技术方面的创新，促进效率提升，在较短的时间当中设计形成可以令人满意的设计内容，此外，铁路部门相关技术人员技术水平也能够得到进一步检测。

2.3数据传输安全性水平提升

电气工程建设以及自动化技术在最初工业形成过程中，得到了发展与建设。当前阶段，电气工程以及自动化逐渐蔓延到铁路领域，铁路领域方面的快速发展，相关信息传输安全性建设具有重要意义。企业彼此之间实现信息交换，也就是对产品信息方面内容的交换，为此，数据信息参差不齐，这些也为数据之间的传输与通信造成了困扰。进而可以提升电气给给弄成以及相关建设的成本提升。

3电气工程自动化建设的优化措施

电气工程自动化技术属于工业技术领域当中的重要手段，其快速发展可以有效提升工业、社会经济等诸多领域当中的经济效益。虽然，当前阶段电气工程以及自动化发展建设存在这样或者那样的问题，但是总的前进趋势是不可逆转的。只要将问题慢慢解决，逐渐去改善，不久的将来，我国电气工程以及自动化建设一定能够在世界上立足。针对上述问题，本文当中提出了几点解决对策。

3.1形成具有独立性、统一性的技术平台

铁路企业在电气工程自动化建设方面应当结合实际情况，根据企业实际技术条件与水平，不断提升企业方面的经济效益。铁路部门相关技术人员也应当着力以改善技术条件为主，通过有序操作完成自动化方案的实现。为此，首先，在开始进行设计之前，相关专业技术操作人员应当对需要进行设计的行业以及用户方面的特征进行研究，通过这种方式可以更好的确定研究目标。之后，需要确定设计方案，并对方案需要涉及到的进行实施，、运行以及相关维护。与此同时，运行成本以及时间方面也应当进行预算，一定需要控制在铁路企业允许的范围当中。除此之外，也应当加强注意铁路项目在实际开展运行过程中形成的特点与终端客户的不同需求，最后做到了建立电气工程以及自动化的统一独立的平台，进而可以降低企业实际投入的运行成本。

3.2形成电气工程自动化建设的通用性网络系统

形成电气工程自动化建设的具有通用性的网络系统能够更好完成对资源方面的优化配置，促使铁路企业之间的有效信息交流，并在此基础上可以实现准确性以及安全性的交互。铁路企业当中包括了设备控制以及技术监管等多个方面的管理内容，为此，想要能够确保上述中这些步骤与环节都能够得到资源优化利用，就应当确保上述中这些系统通过网络完成关联。通过形成电气自动化通用类型网络系统，促使各个系统彼此之间获得的信息数据能够得到高效优质利用，快捷交换，进而促使整个铁路工程施工企业的快速优化发展。

3.3形成电气工程自动化建设的数据标准对接

一般情况下，只有电气工程以及自动化建设方面的数据能够实现信息标准化对接，电气工程以及自动化建设当中的系统相关信息传递也才能够更进一步确保安全性水平。为此，当前阶段的电气工程以及自动化建设发展需要建立更加完美的程序接口，继而才能够有效降低工程开发当中消耗的时间与费用。

4结束语

第5篇：电气工程及其自动化的概述范文

关键词：电气工程；数字信号处理；课程改革

作者简介：欧阳华（1978-），女，湖北仙桃人，海军工程大学电气工程学院，副教授；钱美（1974-），男，江苏盐城人，海军工程大学电气工程学院，讲师。（湖北 武汉 430033）

基金项目：本文系海军工程大学2011年教育科研课题的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0054-02

数字信号处理（Digital Signal Processing）是从20世纪60年代以来，随着信息科学和计算机科学的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科，它以数字计算机和专用数字信号处理系统为工具，用数值计算方法对信号进行分析、滤波、变换、估计等处理。[1]

数字信号处理技术是信息科学的重要组成部分，随着其基本理论、方法和技术的迅猛发展和广泛应用，“数字信号处理”课程已经不仅是传统的无线电技术专业的必修课程，而且已成为许多工科专业的共同基础。由于该课程特定的发展历史，该课程的体系结构、授课内容、成熟教材大部分是针对电子工程专业的，对于电气工程专业学员的知识体系结构来说并不适合。电气工程专业的课程设计没有“信号与系统”课程作为先导，必须先给学员补充信号分析与系统分析的相关基础知识。另外，电气工程专业涉及的强电信号频率相对较低，信号幅值较高，而且多为缓变信号，信号处理的对象与方法与弱电略有不同。因此有必要进行课程体系和内容的改革，并建设适合电气工程专业的“数字信号处理”入门基础课程教材。

电气工程专业“数字信号处理”课程改革研究与实践以专业建设为导向，在课程体系、课程内容和实验设计上作深入的探讨，并围绕课程改革进行了教材建设。

一、国内高校电气工程专业开设“数字信号处理”课程的基本情况

20世纪80年代末我国在无线电专业研究生和部分高年级本科生教学中引入“数字信号处理”课程，随后推广为电子信息类专业本科生的专业基础课。

电气工程与自动化专业[2]涉及电力系统、电机系统、电力电子装置及系统、工业自动化系统等，具有强弱电结合、软硬件结合、电气工程专业知识与自动化信息基础知识结合和专业面宽的特点。电气系统和自动化系统都广泛地涉及信号分析和处理技术。自动化系统中按一定的控制规则得出的控制信号、系统状态的估计，控制对象数学模型的确定、系统测量噪声的剔除，直至自适应控制、智能控制等都通过信号的分析和处理来实现。电机、电力系统的故障分析和诊断、电力系统的微机保护、电能质量分析与控制等更是数字信号处理技术的直接应用例子。随着电工学科的进一步发展，数字信号处理技术在电气工程领域的作用和影响必将越来越大。

因此，信息科学学科的核心课程——“数字信号处理”也成为电气工程学科专业基础课。电气工程学科该课程不能照搬作为信息科学专业基础的“数字信号处理”，而应根据培养电气工程与自动化专业人才的需要安排具体内容，既要补充“信号与系统”中信号与系统以及频谱的基本概念，又不能重复“电路原理”和“自动控制理论”的内容；既要为专业课提供必要的基本概念和基本原理，又不能变成简单的专业知识介绍。电气工程与自动化专业开设“数字信号处理”应有它自己的教学内容和体系。

正是为了适应这一学科建设和发展的需求，各高等学校电气工程与自动化专业越来越重视类似于“数字信号处理”课程的建设。[3]西安交通大学电子与信息工程学院自动化系将“数字信号处理”列为自动化专业核心课程，北京交通大学电气工程学院将“信号分析与处理”课程列为电气工程及其自动化专业（包括科学技术型和工程技术型）专业基础课程，浙江大学电气工程学院也开设了“信号分析与处理”课程。[4]2000年海军工程大学在电气工程及其自动化、测控技术与仪器、计算机科学与技术等三个专业中新开设了“数字信号处理”课程。[5]

二、课程体系的改革

根据前述在电气工程学科开设“数字信号处理”课程的目的及意义，结合学生的专业背景，我们在相对稳定中追求变革，研究适合电气工程专业需要且与当代信息科学发展相适应的课程体系。根据培养电气工程与自动化专业人才的需要安排具体内容，补充“信号与系统”中信号与系统以及频谱的基本概念，将拉普拉斯变换原理与应用放在“电路原理”中讲授，将状态空间移至“自动控制原理”课程讲授。强调信号分析和处理的基本原理和方法。

在课程框架设计上注重学员的能力培养，突出数字信号分析是基础，数字系统分析是桥梁，仿真分析为手段，实现原理、方法和应用的有机结合。在内容安排上积极引入信息技术领域的发展成果，优化课程体系，更新教学内容。在实验设置上紧贴专业应用背景，做到学以致用。

三、教学内容的改革

教学内容改革的基本思想是，在理论上研究如何以当代信息科学的观点讲授经典理论；在实践上研究如何突出工程应用软件的应用，如何突出信号处理技术在电气工程中的应用。

课程教学内容的改革主要表现在三个方面。

1.根据专业的特点精选内容，避免重复，注意衔接

在自动控制理论中对系统已经进行了充分的介绍和讲解，离散系统的基本知识和Z变换学生已经学过。所以在教学中仅简单介绍这部分内容。考虑到电气工程专业主要对过程控制和运动控制中的一些模拟量进行处理，为此，适当增加数据采集和模拟信号转换方面的内容。在教学中，由连续信号分析过渡到离散信号分析，便于学生巩固和应用以前所学的知识。

2.注重经典理论与现代电气技术的结合

课程教学效果成败的关键不在于学生认识和记忆了多少定义、定理的条文，而应注重正确引导学生运用数学工具分析典型的物理问题。[6]虽然信号处理的应用领域由传统的电气工程向电气工程扩展，但许多经典理论只需稍微补充、修正即可适用于电气工程领域。把握好这一原则将有利于在讲述传统内容的过程中充分体现时代气息，处理好经典理论的阐述与最新技术引进的相互融合。例如在建立“信号传输”概念时，可以从全球定位系统、个人通信技术和国际互联网等实例引入，营造了当代信息科学飞速发展的浓厚气氛。同时，介绍信息流、能量流、管理流互动的智能电网的概念，实现电气电子的交叉融合。

3.理论联系实际，注重培养学生解决问题的能力

我们注重讲清基本概念和方法，介绍信号处理技术的应用，不过分强调数学公式的推导和证明。例如讲解频谱分析时，介绍其在微机保护、故障诊断、频率跟踪检测方面的应用。

为了加强MATLAB实践环节训练，加深学生对基本概念和理论的理解，在理论教学中随时渗透MATLAB的应用，不少例题在理论求解后给出MATLAB实现的结果，两相对照，既掌握了理论推导方法，也实现了计算机仿真设计和验证。MATLAB的应用使学生养成积极思考、善于推导的良好习惯，又使学生深入理解必要的物理概念。课堂PPT中，大部分波形图均是由MATLAB绘制，尤其是讲授滤波器设计时，直接调用FDATool工具箱，帮助学生掌握设计的核心指标和方法。在作业中，也有一些MATLAB仿真小作业，这也是国内外大部分院校采取的方法。

三、实验设计的改革

如何通过实践环节来培养工科大学生的创新意识以及如何更好地开展实验教学问题已成为当前高等院校工科专业教学改革的热点与难点问题。“数字信号处理”课程开课伊始就是理论与实验算法并重，其实验体系较为完善。我们在实验设计方面改革的基本思想是立足基础验证实验，注重综合设计实验。

MATLAB仿真软件使用简单、功能强大，兼有丰富的工具箱和软件包，因此首选MATLAB作为实验仿真工具。具体而言，实验内容分为五个：实验一——信号的时域分析。实验二——信号的频域分析。实验三——滤波器设计基础。这三个实验是基础实验，通过实验，要求学生掌握MATLAB语言的基本使用方法，并能够采用该语言实现信号分析和系统设计。实验四——信号的抽样与恢复，该实验是综合设计实验，要求学生根据信号频谱分析得到的频率成分，实现模拟信号的抽样与恢复。实验五——信号滤波，该实验是自主设计实验，要求学生综合应用信号频谱分析和数字滤波器设计的知识，实现信号滤波。

此外，作为后续实验改革的一个方向，在课堂上给学员进行了LabVIEW虚拟实验演示。LabVIEW虚拟仪器和MATLAB仿真软件各有利弊。MATLAB编程过程类似于数学演算，并具有强大的命令集和信号处理工具箱，是目前数字信号处理的标准语言，对于训练学员信号处理的算法实现技巧、培养综合应用能力极有裨益，但对图形支持不够，编程较为复杂。LabVIEW虚拟仪器使用独特的图形化编程技术，用软件代替仪器功能，人机界面友好，使用方便，将其应用于“数字信号处理”教学，使学生能直观地领会和理解“数字信号处理”课程的分析方法和处理结果。但若作为本科实验程序设计语言，则由于学时和学员知识结构限制，实验内容将会限于演示验证实验，不利于培养学员综合利用DSP理论分析和解决实际问题的能力。因此，是否在实验中引入LabVIEW虚拟仪器，是完全替代MATLAB还是两者互为补充，这个问题教研组还在进一步的考虑之中。

四、“数字信号处理”教材建设

课程建设，教材为先。为体现数字信号处理基本概念、原理和方法，结合电气工程及其自动化等专业的需求，我们特编写了《数字信号处理》教材。教材内容丰富，强调基本理论、基本概念和基本方法，注重内容的时代性和前沿性，将计算机仿真工具MATLAB与教材内容紧密结合，增设了相应的例题与习题，充分体现了经典与现代相结合，基本理论与工程技术相结合，解析方法与计算机辅助分析相结合的特点。全书条理清楚，深入浅出，有实例，便于自学。教材紧紧抓住数字信号这条主线，重点介绍信号处理、分析的基本原理和方法。补充“信号与系统”中信号与系统的基本概念，强调傅里叶变换、频谱和频率响应的概念。尽量避免与“自动控制原理”和“电路分析”的内容重叠，弱化拉普拉斯变换的地位。教材另外一个重要的特点是将MATLAB这个工具在信号处理技术中的应用贯穿于全书，使学员在学习了基本概念、方法后能够用计算机对信号进行分析处理，一方面能加深对基本概念、原理的理解，一方面为后续毕业设计、科学研究打下良好基础。

长期以来，学生感觉“数字信号处理”等课程内容难学难用，主要原因是信号处理类课程具有较强的理论性和实践性，学生没有将理论与实践相结合，造成对数字信号处理原理和方法的理解不深刻，对数字信号处理技术应用不灵活。我们根据多年来的实践教学经验，编写了“信号分析与处理”实验指导书，作为内部讲义以供学员使用。实验指导书分为三个模块：信号的分析与处理、系统的分析与设计、信号处理综合应用。

五、结束语

本文探讨了电气工程专业“数字信号处理”课程改革研究的一些思考和做法。课程改革与建设是一个需要持之以恒而又与时俱进的工作，其间总会产生新的问题，形成新的看法，我们将进行进一步研究讨论，做好教书育人工作。

参考文献：

[1]奥本海姆，谢弗，巴克.离散时间信号处理[M].第2版.刘树棠，黄建国，译.西安：西安交通大学出版社，2001.

[2]赵光宙，等.关于电气工程与自动化专业中信息课程的一点认识[C].全国高校电气信息类（电气工程与自动化）专业面向21世纪教学改革第三届研讨会论文集.武汉，1999：130-135.

[3]靳希，杨尔滨，赵玲.信号处理原理与应用[M].第2版.北京：清华大学出版社，2008.

[4]赵光宙.信号分析与处理[M].第2版.北京：机械工业出版社，

2008.

第6篇：电气工程及其自动化的概述范文

关键词：高电压技术；课堂教学；教学改革

作者简介：关伟民（1978-），男，湖北武汉人，武汉大学电气工程学院，副教授；蓝磊（1969-），女，四川自贡人，武汉大学电气工程学院，教授，博士生导师。（湖北 武汉 430072）

基金项目：本文系武汉大学教改基金项目（项目编号：JG2013037）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0050-01

“高电压技术”是武汉大学电气工程学院电气工程及其自动化专业本科学生的一门专业课程，在2013年学院制订的“电气工程及其自动化专业本科培养方案”中将其列为电气工程核心课程中的必修课程。该课程内容涉及高电压技术领域中的一些基础理论知识、设计计算方法、高电压试验、绝缘测试技术及电力系统过电压等，内容十分丰富，是电气工程技术人才必备的专业技能，更是从事高电压输变电技术及高电压在其他领域应用的一门专业技术。

然而，根据原国家教委提出的《面向21世纪高等教育教学内容与课程体系改革计划》及教育部《关于提高高等教育质量的若干意见》（教高[2012]4号），为加强学生的专业基础和工程综合素质培养，拓宽专业知识，改善课程设置和优化教学内容的要求，各学校普遍增开了通识教育课和大量的选修课，大大压缩了各专业课授课学时。“高电压技术”课程则由原来的54学时压缩为36学时，整整压缩了三分之一。在大幅减少授课学时的情况下，如何高质量地完成该课程的授课任务则是任课老师必须面对的现实问题。为此，笔者针对“高电压技术”课程的内容特点和教学实际，通过总结多年来的教学经验，充分利用学校现有的教学资源，对该课程的课堂教学模式、教学方式和具体的教学方法等开展了一系列探索与实践，取得了良好的教学效果。

一、优化教学内容，突出课程特点

“高电压技术”课程由于其专业性较强，所涉及的学科门类较多，比如：数学、物理学、化学、电工学及电子学等，所授专业内容也十分庞杂。因此，要求对课堂教学内容必须进行整合优化，突出专业特色，让学生抓住主要矛盾，掌握课程的核心知识点。通过总结该课程多年来的教学经验，对课程内容进行认真科学梳理，将“高电压”作为该课程的主要特色，将“髙电压”与“绝缘”作为该课程要解决的主要矛盾，围绕“特点”和“矛盾”来组织教学内容和由此演绎出一系列高电压技术中的各种研究课题。比如：电力系统与高电压、高电压的产生与测试技术、电力系统过电压及其防护、绝缘特性及试验、绝缘配合以及高电压在其他领域中的应用等。通过课堂授课，特别是第一次课，就要全面地向学生讲明课程特色，突出要解决的矛盾，理清课程主要内容及各部分之间的脉络联系，让学生树立起“我将来要当电气工程师，现在就必须学好高电压技术”的坚定信念，以及了解该课程的基本知识体系，做到心中有数。

在讲授后续各章节的具体内容时，要特别强调结合生产和生活实际以及电力系统实际，举例阐述相关内容。比如讲气体放电和电介质极化时，就告诉学生：家用厨房消毒柜就是利用高电压下空气放电产生的臭氧来灭菌消毒的；微波炉则是利用水分子在微波电场中的极化损耗来加热带有水分的食物等等，让学生听起来饶有兴趣，感到“高电压技术”并不遥远。

二、综合运用各种教学手段和方法，做到优势互补，提高课堂教学质量

教学实践表明，综合运用各种教学手段和方法，可以做到优势互补，是提高课堂教学质量的有效途径。众所周知，现代多媒体教学是一种创新，它将信息技术与课程教学相结合，具有生动、形象、直观、灵活、信息量大的突出优点。[1]因此，为提高课堂教学质量和讲课效率，必须设计和建立一套完善的多媒体课件教学系统。但是，在实际教学过程中也暴露出仅用多媒体教学的不足之处。据学生反映，多媒体具有画面瞬息多变、一晃而过、翻页太快、往往来不及思考、概念印象模糊、记忆肤浅等弊端，因此必须恰当使用多媒体课件。笔者的体会是，使用多媒体但决不能依赖多媒体，而是将使用多媒体课件与传统讲课方法有机结合，实现优势互补，获得最佳授课效果。这就要求多媒体课件不能是书本的拷贝，更不能对着多媒体课件照本宣科，而是要求课件制作必须精良，使用要恰到好处，如一些复杂的图表、曲线、结构、动画，以及某些视频则必须用多媒体表现。例如，在讲到雷电放电时，插播十几秒钟的典型自然雷电放电视频录像，把平日里大家都熟悉的自然现象搬到课堂上，不仅充分展现出了大自然中雷电的神奇与威力，而且使学生感到震撼并由此激发出一种强烈的求知欲望，想尽快地了解那让人生畏的“打雷”到底是怎样产生的？应该如何防止其危害？然而，对一些公式推导及基本概念的讲解则用传统的讲课方式并在黑极上板书的教学方式则会更好些，它能让学生跟着老师的思路一步一步听下去。在讲述时应注意要有语速快慢变化，声调要有抑扬顿挫的节奏感，板书要简洁、清楚和流畅，才能充分彰显讲课的艺术之美。比如在讲到电子崩的电子数目时，通过老师一步一步地推导计算，让学生充分享受到“微分”与“积分”的乐趣。如此综合运用不同的教学手段和方法，使授课变得精彩，让学生始终紧扣教学内容，轻松愉快地步步跟进，对知识理解深透，记忆牢固。

三、课前集中练习，让“互动”落到实处

“高电压技术”对电气工程及其自动化专业的学生而言，是一门全新的专业课程，其特点就是“三新三多”，即新概念多、新名词多和新物理现象多。不少概念是同学们前所未闻的所谓“反常”概念，但在高电压技术领域中却是经常运用的基本概念。新概念、新名词在一定程度上可激起学生探究的好奇心，这是对学习有利的一面，但同时也容易让部分学生因概念冷僻、难懂、难记而产生听觉疲劳并渐渐失去学习兴趣，这又是对学习不利的一面。在学习过程中，有不少学生正是在接触新课程不久便开始厌学的。这些学生往往对学习新课程缺乏充分的心理准备，新鲜劲一过，新概念却仍在一个接着一个袭来，越听越烦，越来越听不进去，似懂非懂，思想便容易开小差，久而久之，积重难返，以致最后掉进补考或重修的泥潭。因此，掌握一系列的新概念、新名词成为学生在学习新课程时必须迈过去的一道坎。如何帮助学生迈过这道坎？有人建议采用课堂互动的教学模式，围绕一个核心概念，以概念测试题组织教学。[2]笔者的做法是在课前设计了一个5～8分钟的集中练习环节，使师生互动，学生互动，大大活跃了课堂气氛，提高学生的学习兴趣，加深对新概念的理解并强化记忆。小小的一个教学方法改革尝试却收到了意想不到的效果。

所谓课前集中练习，其具体做法是每次上课，老师提前到达课堂，利用开课前几分钟的时间将前一次课所讲的基本概念、重要名词、定义和公式等整理成4～6个小题目，以最简洁的形式书写到黑板上，然后请同学上台作答，一人一题。做完后由学生自己请其他同学上台批改、补充、完善，最后由老师讲评，前后过程大约化费5～8分钟。通过这个环节的师生互动及学生间的互动，让每个人的注意力都集中在做题、批改和听讲评上，不经意间上一次课的核心内容在互动中被牢牢掌握了。

由于集中练习的题目均系上一次课的核心内容，系知识点所在。试想，一次课就只有那么几个新概念，那么几个知识点，通过这样一边学，一边互动，一边记忆，一个学期坚持下来，其教学效果自然也就可想而知了。

四、组织好参观实习，现场做课程总结

针对“高电压技术”课程专业性强、实践性强的特点，利用实验室条件为该课程专门设计了一个参观实习，并在参观实习中做课程总结来结束其课堂教学。

武汉大学高电压与绝缘技术实验室是一个部级重点实验室，条件十分优越。在该课程结束时安排一次到实验室参观实习，重点参观高电压试验大厅和220kV高压户外试验变电站。结合高压大厅和变电站的设备，将该课程的重点内容逐一进行梳理和总结，给学生以系统的、直观性的理解和认识，从高电压的产生到试验设备，从绝缘理论到绝缘测试技术，从电力系统到过电压保护等等，理论联系实际让学生身临其境大开眼界。有不少学生通过该课程的学习立志从事高电压技术的研究，也有人日后真的成了高电压与绝缘技术学科的研究生，继续在高电压技术领域深造。

五、结语

针对“高电压技术”课程特点，结合学校的具体教学情况和实验室条件，因地制宜地开展该课程课堂教学模式、教学方式和教学方法的改革与实践，有效地调动了学生的学习兴趣，变被动学习为主动学习，使学生学出了自信和成效，让老师和学生共同分享到课堂教学改革的乐趣和收获，为电气工程类专业课程的课堂教学改革进行了有益的探索。

参考文献：

第7篇：电气工程及其自动化的概述范文

【关键词】控制图，电气安装，应用分析

中图分类号： F406 文献标识码： A

一.前言

电气控制系统看似一个庞大复杂的范围,涉猎的电器种类繁多、功能繁杂,线路纵横交错,但是电气控制系统的原理和主要的控件是一致的,再根据不同的设备配以不同的功能进行工作。电气原理图是对电气控制系统原理最直观的说明,通过对原理图的剖析更能准确的掌握电气控制的原理。

二.电气控制原理图

1.电气原理图是指为了表明电气控制系统的构成和工作原理以及各种电器元件作用的一种表示形式(如图1所示)。它将电气控制系统中电路的走向、各电气元件的连接用图示表示出来,在图中用不同的图形符号来表示各种电气元件,并用文字符号来进一步说明各电气元件。

图1

2.电气原理图的主要用途:通过理解电气设备或组成元件的作用原理，便于安装、维修、调试,也为检测故障提供信息，同时对于电气控制系统的设计绘制提供必要依据。分析电器原理图的方法主要有3种:文字叙述法、符号法、阶梯法。

(一)文字叙述法是一种比较适合初学者了解学习原理应用和绘制简单的电路图所用的方法。这种表述通俗易懂,表达细致,可以准确描述电气触点的接电情况以及电流方向,便于维修人员检测。但是在结构复杂或大型建筑中的电气图则不合适,不够专业。

(二)符号法

符号法是掌握电器基本原理以后用符号来表示线路的通电情况的一种表示方法。它反映了电气的动作而不是触点的动作情况。这种符号法可以反应比较复杂的电路系统图,如减压启动及各种制动控制线路等,但是它反应的动作相对比较简单,是电气控制系统中的一种常用的表示方法。

(三)阶梯法

阶梯法是符号法的升级,将在复杂电气控制图中的动作比较多的地方。阶梯法是将信号、控制电器、执行电器、动作四者综合起来用阶梯表示:第一层表示信号,第二层为产生的动作,第三层为接触器或继电器的动作情况,最高层为执行电器(电动机、电磁阀或信号灯)的动作情况。这种方法更为专业,适用于复杂的大型电气控制系统。

三.电气安装质量控制图的基本思想

根据中心极限定理，在大量随机因素综合作用下，产品的质量特性值是近似服从以为均值，以为标准差的正态分布，即由正态分布的性质可知，当生产处于正常状态时(即仅受随机因素影响，而无系统故障或客观原因)，产品的质量特性值满足即在正常的生产状态下，产品的某一质量特性值满足区间

内几乎是必然的，而值落人该区间之外几乎是不会发生的。若在某次测试中，这种小概率事件确实发生了，则可判定(99．73％的概率)生产线处于异常状态，应立即采取相应措施，排除故障，使之恢复正常生产。因此，电气安装质量控制原理是：若安装工序处于正常状态时，产品的某一质量特性值落入某一区间之外是小概率事件，而根据小概率事件事实上不可能性原理(即小概率事件在一次试验中是不可能发生的)，如果这种小概率事件确实发生了，则可判定安装工序处于异常状态，应立即采取相应措施，排除故障，使之恢复正常生产。为了便于实际应用，常将上述质量控制原理用图形描述，称之为控制图，如图2所示。其中，UCL称为上控制限，CL称为中心线，LCL称为下控制限。

图2控制图基本模式

四.电气安装工程质量的控制图分析

控制图主要有计量值控制图(包括平均值和极差值控制图“—R图”、平均值控制图、单值控制图等)和计数值控制图。根据函数的概率分布特点，在电气安装工程中，常用—R控制图。下面以—R控制图为例加以说明。均值和极差值控制图是均值控制图和极差控制图联合使用的一种控制图。均值图主要用于判断生产过程的均值是否处于或保持在所要求的水平，极差图主要用于判断生产过程的标准差是否处于或保持在所要求的水平。利用控制图分析电气安装工程质量之前，首先必须绘制控制图。为此，应进行数据的收集、加工和整理。其中，数据的收集是按组、按批和按时间等有顺序地进行的，通常收集约100个，一组数据通常有45个。例如，某住宅小区分项工程照明器具及其配电箱(盘)安装质量的均值和极差值控制图鉴别。

1.去现场采集相关项目的数据如某住宅小区的暗开关安装高度(底边距地)实测数据如表1所示。

2.对采集的数据进行加工和整理结果见表1的有关栏目，相关公式包括以下几个方面：

(一)算术平均值和极差R的计算

五.控制图的绘制

根据表1及计算所得的数据，将电气安装工程中反映质量动态的特性值用图中某一相应的点标出，然后将这些点连起来，便形成了表示质量波动的曲折线，如图3所示。

图3暗开关安装高度控制图

六.电气控制技术在工业生产中的应用

电气控制技术主要是依靠接触器、继电器等设备实现其在各种工业生产中的应用。随着城市配套设施的齐全，工业生产也就顺利的开展了，现代工业生产基本使用机械取代了手工劳动，而基本上所有机械的动力来源都是电能，因此在工业生产过程中，电能可以说是企业生命的源泉，因此在工业中，电气安装技术的应用以及电气控制技术就对工业生产中节省电能，降低损耗起到了至关重要的作用。

接触器在电气控制技术中的应用

接触器是可以频繁接通和分断电路的控制电器，接触器是由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成。主要原理就是利用线圈流过的电流产生磁场，从而使触头闭合，以达到控制负载电器的目的。通电后，线圈会产生强大的磁场，使得电磁系统中的静铁心会产生电磁吸引衔铁，并带动触头做出开关或闭合的动作。断电时，磁力消失，触头就又恢复到原样：常闭则闭合，常开则开。 传统的交流接触器会产生晃电的问题，影响电网的安全稳定运行，且浪费电能。因此建议采用CJ20Y系列的水磁交流接触器替代传统的如CJ10、CJ12等交流接触器，从根本上解决传统接触器发热、噪音、晃电掉闸等问题，保证电力的稳定运行，节省电能消耗。水磁接触器有着以下几项优点：第一是高效节能，接触器的本休节电率达99.8%，节能效果相当明显；第二是线圈不发热，分合闸线圈在接触器运行时不带电，所以根本没有热源。运行过程中线圈壳的温度基本和环境温度一样，经过红外线温度仪监测显示。第三是抗晃电，晃电指的是电网电压瞬时跌落时间在1.5秒之内，导致设备运行不稳定。水磁交流接触器有一个延时分断判断元件，当断电或晃电发生时，接触器会在延时1-3秒内断开，因此有效保障了设备的正常运行。

2.继电器的应用

继电器是根据特定形式输入信号而动作的自动电器。作为一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统，又被称输入回路和输出回路。通常在自动控制电路中应用较为常见，实际上它是以较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”，因此在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

七.结束语

要控制建筑电气安装工程的质量，就必须设计、施工、质量监督三位一体，方可有效地控制电气安装工程的质量；当然，影响工程质量的因素是多方面的，工程质量的控制管理，是一门系统科学，如何更好地进行质量控制，还需要同行们不断地学习、探索和总结。

参考文献：

[1]常晓玲主编.电气控制系统与可编程控制器[M].北京:机械工业出版社,2011.1.

[2]范永胜,王岷编.电气控制PLC应用[M].北京:中国电力出版社,2012

[3]张凤珊.电气控制及可变程序控制器[M].中国轻工业出版社.2011

[4]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].电子工业出版社.2011

第8篇：电气工程及其自动化的概述范文

论文关键词：教育；能源与环境；公共选修课

“能源”与“环境”是当今世界发展的两大主题。能源是人类社会赖以生存的重要物质基础，是工业的食粮、社会经济的命脉。随着社会生产力的发展，人类对能源的需求量日益增大。但是，当今世界所使用的能源绝大多数仍取自地球，随着不断地开采和利用，各种能源资源日渐枯竭，能否满足未来世界不断增加的能源需求是人类共同面临的问题。

为适应上述形势需要和公选课要求，苏州大学于2006年面向全校非动力机械与工程专业开设能源可持续发展公选课。公共选修课是高校课程体系的重要组成部分，是学生扩展横向知识、培养自学和动手能力的最佳平台。多年来，学校在加强全校本科生能源与环境意识的培养上不断探索与创新，逐步摸索出一套行之有效的方法。由于其他专业的学生不具备相关的专业基础，因此，在授课过程中讲授能源与环境的基本概念、国内、国际能源使用现状与严峻形势、能源与世界政治、经济的关系、新能源的开发与使用、世界环境现状、环境与人类的生存以及各种环境保护的一般方法等科普性的知识，以使学生易于理解和接受。

这门课程主要讲授以下内容：当代科学技术发展趋势及我国科技发展的战略部署；热工基础（热力学、传热学及流体力学和燃烧学基础部分）；工程热物理学科的发展战略；能源基础知识；可持续发展；能源科技发展及可再生能源发展状况（生物能、太阳能、地热能、风能、潮汐能、氢能和燃料电池）和开发利用技术；火力发电厂基本知识；核能发电；大气环境保护原理基础；洁净煤技术概论；洁净煤技术（SOx）产生机理及控制技术；洁净煤技术（NOx）的产生机理及排放控制技术；节能原理简介及相关技术（能量系统的分析方法、工业过程节能的途径与方法）；针对当下能源与环境中的热点问题和新技术进行专题讨论。

在近些年的“能源与可持续发展”教学摸索与实践中，学生反映良好，笔者总结出一些方法和经验，以下就较为典型的几个突出问题谈谈自己的认识与实践。

一、与时俱进引入新概念，引发学生思考

科研为教学创设一种学术氛围和探索研究的环境，将新的科学技术成就和成果及时引入教学，则能使课程教学更具现实性、前沿性，提高教学质量和水平。能源利用基础部分涉及到热学知识，笔者引入了过增元院士提出的热学新概念，但是并不深入介绍，而是介绍现有概念来龙去脉，引起学生思考，感受大师的思维方法。

先从日常生活中的热现象着手，介绍热学基本概念。

其次从热的本质讲其发展简史，引经据典，如介绍南北朝成书的《关尹子》、东汉王充的著作《论衡·寒温篇》、汉代《淮南万毕术》、《武林旧事》等热现象记载，讲述古希腊科学家对热的认识，引出两种观点即热质说和热动说。热质说认为热是一种没有质量的特殊物质，热动说认为热是物质粒子的微观运动。这两种思想相互碰撞、辩论了好几个世纪，但是这两种思想并不是鲜明的对立，很多思想中都包含着两种思想的影子。

再就现有传热学面临的挑战引发同学思考，如：

其一，经典的传热规律面临极端条件下传热现象的巨大挑战。例如以激光的利用为代表的超快速加热，如激光武器和激光加工技术，激光脉冲宽度可达到飞秒量级，如何预测激光加热过程是传统热学原理遇到的问题。

其二，经典热学中还没有以提高能源利用率为目的的传热过程的优化理论和技术。当前面临世界性的能源短缺问题，我国面临的节能减排的形势更为严峻。因此，提高能源利用效率更为重要。然而，传热学中只有热量传递速率而没有热量传递效率的概念，所以只有传热过程的强化而无传热过程优化的理论和技术。

其三，傅立叶导热定律导致热传播速度为无穷大的缺陷还没有很好地解决。早在1822 年，法国的数学家、物理学家傅利叶就提出了著名的傅立叶导热定律，即热流与温度梯度成正比。尽管作为实验定律的傅利叶导热定律已为大量的工程实践所证实，并获得了广泛的应用。然而，用傅利叶导热定律描述瞬态导热过程时，由于所得到的热传导方程是抛物型的。这隐含着热是以扩散的方式传播，因此出现了热扰动传播速度无穷大的佯谬。傅立叶定律的这一缺陷表明，它只是一个唯象的近似定律，在物理上是不完善的。

其四，传热学缺乏同物理其他分支学科之间共性的量和规律。傅立叶在他的热学专著《热的解析理论》中指出“……无论力学理论的研究范围如何，它们都不能应用于热效应。这些热效应构成一个特殊的现象类，它们不能用运动和平衡的原理来解释……自然哲学的这一部分不可能与动力学的理论有关，它有它本身特有的原理。”

与物理学的其他分支学科相比，热学没有的概念有：质量、力、速度、动量；波、振动等。热学独有的概念有：熵、可用能、状态量和过程量等。

由于学生们是学过大学物理学的，对物理学内容的构架有基本认识。通过以上纵向比较，同学们一致认为对物理学有了更深刻的认识，激发了学生的学习兴趣，收到了良好效果。

二、加强学生的社会、生产实践，培养工程的观念

社会实践、调研是本科生教学的一个重要教学环节，是学生接触社会、工程或生产实际的一个基本手段。同时，教学中实际例题分析是最具说服力的，对学生知识认知、理解和分析帮助很大，他们也比较感兴趣。

例如笔者结合实际项目介绍：在分布式能源系统中，让学生实践调研华东地区气候条件，统计华东四省一市主要城市月度气温，调查华东四省一市或华东地区主要城市天然气资源、华东四省一市或华东地区主要城市电价及华东地区医院、酒店、商业、娱乐设施、办公、机场、学校、居民等用户的冷负荷、热负荷和电负荷需求、持续时间。同学们利用假期在所在地区积极调研，得出华东地区民用电价平均值为0.5645元/度，燃气销售价格2.2元/立方米，工业电价平均值为0.9元/度，燃气销售价格3.5元/立方米。通过调查，同学们得到华东地区空调供应时间一般是：制冷100～150天，采暖90～100天，过渡期110～170天，制冷和采暖的需求时间相对比较长些。这些是华东地区发展天然气分布式能源系统的有利条件和基础。而学生实践也为笔者丰富了教学内容，使笔者感受到教学的乐趣，实现了教学相长。

笔者结合具体设计案例引发学生思考，如：宾馆的主楼建筑面积27000m2，裙房建筑面积约3000m2。宾馆用电量较高，同时也有夏季冷负荷、冬季热负荷和全年热水的需求。本宾馆分布式能源系统主要由1台内燃机发电机组和2台溴化锂吸收式冷温水机组组成。系统的总发电量、制冷量、制热量、制热水量分别为600kW、3000kW、2400kW、7.7t，分布式能源系统设计年运行天数330天（扣除检修时间）。本项目为全年运行，其中供冷期主要为夏季年运行120天左右，供热期主要为冬季年运行105天左右，热水供应全年运行330天左右（扣除检修）。

系统配置从原理上进行科普性介绍，而不详细展开，如本分布式能源系统所用发电机组选用曼海姆的TCG2016V12C。选用的两台远大溴化锂吸收式冷温水机组分别为1台BZHEY125XD 一体化烟气热水直燃机和1台 BZY125XD 一体化直燃机。

分布式能源系统注重技术与经济的结合，结合本案例分析气价、电价对系统影响，指出技术上合理还要经济上合算的工程经济学思想，介绍最简单的投资回收年限的概念。本案例中主要取决于投资成本和收益额的大小。其中，投资成本是指购买设备所需要的费用，主要指新设备的初投资、收益额表示系统年收益（输出的冷、热、电）减去系统运行及维护费用。

理论方法与生产和生活实际相结合，调动学生学习的积极性，通过案例分析使学生初步掌握工程思想，并学会用所学知识解决实际问题。

三、可持续发展与古代朴素的人与自然的基本关系

鉴于公选课从内容到教学形式相对自由一些，针对学生的专业特点逐年加大了素质教育的内容。

“可持续发展”一词是在1980年的《世界自然保护大纲》中首次作为术语提出的。在此期间还提出了“可持续性”和“持续发展”等概念。“可持续性”是指社会系统、生态系统或任何其他不断发展中的系统继续正常运转到无限将来而不会由于耗尽关键资源而被迫衰弱的一种能力。1987年，挪威首相布伦特兰夫人主持世界环境与发展委员会，在长篇专题报告《我们共同的未来》中第一次明确提出了可持续发展的定义。“可持续发展”概念应该是“可持续性”和“持续发展”的结合，既要考虑发展也要考虑环境、资源、社会等各方面保持一定水平。

但是讲到这些，强调可持续发展的思想其实在中国源远流长，下面列举如下例子以引发人们对中国传统文化的崇尚：“为人君而不能谨守其山林菹泽草莱，不可以立为天下王”；“斩伐养长，不失其时，故山林不童，而百姓有余材也”；“竭泽而渔，岂不得鱼，而明年无鱼；焚薮而田，岂不获得，而明年无兽”。孔子说：“断一树，杀一兽，不以其时，非孝也。”他还说：“启螫不杀则顺人道，方长不折则恕仁也。”孔子在他自己的生活实践中一向是“钓而不网，戈不射宿”。

中国传统文化的“天人合一”思想即把人类放在大自然生态环境中加以考虑，主张人与大自然息息相通，和谐一致，天、地、人一体化。孔子说：“大哉，尧之为君也，巍巍乎，唯天为人，唯尧则之。”孔子肯定了天之可则，即肯定了自然的可则、人与自然具有统一性。《中庸》中有“万物并育而不相害，道并行而不相悖”，把人与自然的发展变化看作是相辅相成的和谐、平衡运动。人与大自然的关系不是对抗的而是协和共存的，不应把天、地、人孤立起来考虑，而应把三者放在一个大系统中作整体的把握，强调天人的协调、和谐，人与自然的协调、和谐。“天人合一”是中国传统文化对于人与自然关系的最基本的信念。人是大自然中的一群生命体，是属于大自然的一个组成部分，人不应该随心所欲地征服自然、统治自然、支配自然。人必须学会尊重自然，爱惜自然。人与大自然的关系是一种相互依存的关系。

解决生态环境问题的根本就集中在如何看待人与自然的关系上。对此，可以从博大精深的中国传统文化（孔教学说）所蕴含的生态环境理念中去汲取营养。孔教生态环境理念能够引导人们正确认识和处理人与自然、局部利益与全局利益、眼前利益和长远利益的关系，使全社会的生态意识、环境意识得到增强，从而达到可持续发展的目的。

通过上述内容引入，使同学们深入了解中华传统文化的博大精深。中华传统文化不仅对中国的经济和社会发展发挥着巨大影响，也为中国人的世界观和行为方式的形成奠定了基础。它的影响一直延续至今。课堂中引入和加强对中国传统文化的了解，同学们反映良好。

四、结束语

第9篇：电气工程及其自动化的概述范文

关键词：电气系统 工程机械 振动测试 可靠性

目前，我国工程制造业的各种测试标准逐步形成了系统化、系列化发展模式，但是我国对于工程机械电气系统以及各种关联元件的检测和管理中未曾形成一套统一、完善、系统的管理规范和标准，这也就使得大多数的工程机械在应用的过程中存在着一定的认识不足和器件的综合性质存在着一定的差异，由于在工作中各种电气故障较为频繁，因此在目前的工作之中都存在着极为明显的欠缺。尤其是在近年来，各种工程机械种类的不断出现和作业环境的频繁导致各种配件系统问题频繁发生，给整个工程机械的完善和应用带来了一定的影响。因此在当前对工程机械电气系统加以完善和优化十分关键，同时对其进行处理和总结也十分必要。

一、工程机械电气系统概述

工程机械电气系统可以说是由电气系统和电子系统两部分组成的，其中工程机械中的电气系统主要包含了蓄电池、调节器、发电机、充电系统、启动系统以及各种辅助设备，而工程机械中的电子系统主要包含了电子控制燃油机、电子控制自动变速器以及电子负荷传感系统等。

1、特点

在目前的社会发展中，工程机械电子系统的应用越来越广泛，其设备也日益完善和增多，成为整个社会发展中最值得我们关注和研究的重点话题。其中我们常见的电气系统设备主要是由电源、用电设备以及电气控制设备等综合组成的，其中具有着低压、直流以及单线制的控制要求和控制流程。工程机械电气设备上的电路属性通常都是一种模拟电路和回流电路模式，也是一种具有着多样性、全面化的工作模式。因此在信号的连接过程中存在着一定的连续性差、稳定性地等特点，这就使得其在诊断方面变得十分的复杂和繁琐，也容易形成其他各种意料之外的变动与变动，进而导致了整个系统工程出现了一定的影响和欠缺。由于在目前的机械电气系统中还未形成一套完善、科学的管理指标和管理标准，因此我们在管理工作中还是一种被动的管理模式和监测体系。

2.工程机械电子系统的特点

工程机械电子系统也采用低压、直流、单线制，一般由传感器、微机控制器和执行装置等组成。电子控制系统总体上采用的是数字电路，采用高度集成模块化结构。数字电路仅有两种状态，即0和1。列出其输入、输出关系真值表，可以很方便地找出原因一结果对应关系。数字电路的故障诊断具有规范性、逻辑性和可监测性的特点，故障诊断理论发展迅速，并日趋成熟。目前已经有相当多的诊断程序和诊断设备投入了实际使用。

二、工程机械电气系统振动测试概述

工程机械电气设备故障率较高，同时引起电气设备发生故障的因素也很多，但归纳起来也不外乎是电器件损坏或调整不当、电路断路或短路、电源设备损坏等。为了较准确迅速地查找出故障部位，可采用以下检测与诊断法。

1.电气系统振动测试的必要性

工程机械作业环境恶劣、作业工况多变，其电气系统故障比较频繁。以全液压振动压路机故障统计为例，与振动有直接联系的电气元器件故障概率10%左右。所以在进行工程机械电气系统设计和电气配件选型时，必须通过振动可靠性试验来优化电气系统设计，以提高整机的操纵性、可靠性和安全性。

2.电气系统振动测试平台的选型

目前振动试验设备按其激振方式可分为3类：即机械式、电液式和电动式振动台。

（1）机械式振动台

机械式振动台可分为不平衡重块式和凸轮式两类。不平衡重块式是以不平衡重块旋转时产生的离心力来激振振动台台面，其结构简单，成本低，但只能在5-100Hz频率范围内工作，最大位移为6mm，最大加速度约10g，且不能进行随机振动。凸轮式振动台的工作频率仅限于低频，上限频率为20Hz左右，最大加速度为3g左右，加速度波形失真很大。总体来看，机械式振动台整体复杂，价格较贵，随机振动困难。

（2）电液式振动台

电液式振动台是用小电动振动台驱动可控制的伺服阀，通过油压使传动装置产生振动。这种振动台产生的激振力可高达104kN，位移可达25m，工作频率在0.1-200Hz，而且在很低的频率下可得到很大的激振力。其局限性在于高频性能较差，上限工作频率低，波形失真较大。电液式振动台结构和组成更加复杂，对场地也有一定的要求，价格十分昂贵，适合于大型结构件以及整机振动测试。

（3）电动式振动台

电动式振动台是以激振器为原型开发出来的一种现代振动设备，也是我国目前使用最广泛的一种振动测试设备。它的频率范围宽，小型振动台频范围为0-10kHz，大型振动台频率范围为2kHz动态范围宽，易于实现自动或手动控制；加速度形良好，适合产生随机波，可得到很大的加速度价格适中，应用范围广。

根据工程机械振动响应特性，选用电动振动作为电气系统振动测试平台，下面主要介绍电动振动测试平台的选型和测试方法。

3.电动式振动台的结构和工作原理

电动式振动台主要由控制仪、功率放大装置振动台体、冷却系统、信号反馈系统以及其他辅助设备等组成。0在各种工况下，测试员用数据采集仪采集工程机械上待测部件（例如控柜）的路谱数据，将路谱数据经过傅立叶变换转化成相应的能量谱数据，再通过等效加速试验处理方法，将处理过的数据转化为控制仪可以识别的试验参考谱，直接导人控制仪；控制仪根据参考谱生成相应的控制电流信号，经过功率放大器放大后直接驱动振动台动作；反馈系统采集振动台的运动信号反馈给控制仪，控制仪对控制电流进行修正，使振动台的运动参数与参考谱基本一致，使待测部件始终按照参考谱的要求进行振动测试。

4、常见诊断方法

4.1.感觉诊断法

电气设备发生故障多表现为发热异常，有时还冒烟、产生火花、工程机械工况突变等。这些现象通过人的眼看、耳听、手摸或鼻嗅，就可直观地发现故障所在部位。

4.2.试灯检查法或刮火检查法

试灯检查法或刮火检查法，用来检查电路的断路故障。试灯检查法是指用一试灯检查某电路的断路情况。用试灯的一根导线搭接电源接点，若试灯亮，表示由此至电源线路良好，否则表明由此至电源断路。