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1、电气工程导论 北京交通大学 电气工程学院 电气信息工程 电 气 工 程 导 论 电 气 工 程 导 论2* 教学网站： 电 气 工 程 导 论3* 1. 1. 什么是电气信息工程？什么是电气信息工程？ 电 气 工 程 导 论4* 信息化带动工业化 以“信息化带动工业化”，是二十一世纪实现现代化 的必由之路。是党中央的决策，是为期几十年的长 期发展战略。 信息化对工业化的水平、实现方式将产生巨大影响 （相对于机械化时代、电气化时代的工业化）。 所以，以信息化带动工业化，是二十一世纪实现现 代化的必由之路。 信息和通信技术是塑造二十一世纪最有力工具，信 息技术正成为世界经济增长的发动机，信息技术驱
2、 动经济变革的本质是知识和新思想的社会共享。 电 气 工 程 导 论5* 信息化的意义 信息化是以信息技术广泛应用为主导，信息资源为 核心，信息网络为基础，信息产业为支撑，信息人 才为依托，法规、政策、标准为保障的综合体系。 信息化正在推进一场深刻的全球产业革命，在当前 形势下，信息化仍是促进世界经济发展的重要推动 力，推进信息化是我国社会主义现代化建设的重大 战略举。 信息化是先进生产力发展的方向。信息化加速了产 业升级，促进了资源优化配置，加速了经济全球化 的进程， 信息化与工业化的进一步紧密结合，使人类社会生 产力得到空前释放和提高，信息化正在超越传统的 经济形态，推动世界经济加速发展。
3、 电 气 工 程 导 论6* 1. 1.什么是电气信息工程？什么是电气信息工程？ 二十世纪现代化特征是电气化；二十一世纪现代化 的特征是信息化。 所以，将电气化与信息化结合，就是“电气信息科学 与技术” 。 研究“电气信息科学与技术”应用的学科专业，就是 电气信息工程。 电 气 工 程 导 论7* ENIAC, 1946 Developed by J.P. Eckert, J.W. Mauchley 电 气 工 程 导 论8* 电气信息工程概念（广义） 以电气工程、信息通信、计算机与网络为基础的， 工业、商业及国民经济其他行业的电气化、自动化、数 字化、信息化工程。学科划分上为工学门类下的电气
4、信 息类，内容主要包括：电气工程、控制科学与工程、信 息与通信工程、计算机科学与技术等一级学科，同时涉 及系统科学、管理、经济、仪器仪表等学科门类或学科 专业，学科交叉是其特色。 电气信息工程概念（狭义） 信息化、自动化的电气工程。以基于计算机与网络 通信技术的自动化控制、信息化管理与运行为主要特征 的现代电气工程。强弱电结合、以弱电控强电为主要特 色。 电 气 工 程 导 论9* 2. 2. 电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 电 气 工 程 导 论10* 2. 2. 电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 电气信息工程研究强电（电气工程）与弱电（电气信息工程研究强电（电气工
5、程）与弱电（ 控制、信息、通信）的结合。控制、信息、通信）的结合。学科交叉是其特色学科交叉是其特色 。主要研究：电气工程与控制科学与工程、信息。主要研究：电气工程与控制科学与工程、信息 与通信工程、计算机科学与技术等学科的结合（与通信工程、计算机科学与技术等学科的结合（ 交叉）领域。交叉）领域。 侧重研究侧重研究信息化、自动化的电气工程信息化、自动化的电气工程相关理相关理 论、技术及其应用。是以基于计算机与网络通信论、技术及其应用。是以基于计算机与网络通信 技术的自动化控制、信息化管理与运行为主要特技术的自动化控制、信息化管理与运行为主要特 征的现代电气工程。强弱电结合、以弱电控强电征的现代电
6、气工程。强弱电结合、以弱电控强电 为主要特色。为主要特色。 电 气 工 程 导 论11* 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 电气信息工程技术 电气信息 工 程 通信 语音通信 数据通信 多媒体通信 多网合一 计算机 微处理器与DSP 嵌入系统 微机/工控机 并行机/巨型机 网格 网络 现场总线 LAN/WAN Internet/Intranet 多网合一 管理/市场 资源组织 生产运营 供需协调 电子商务 控制 单变量 （经典控制） 多变量 （现代控制） 智能控制 大系统理论 测量 模拟量 开关量 信息获取 电 气 工 程 导 论12* 2. 2.电气信息工程研究什么？电
7、气信息工程研究什么？ 2.1 测量技术 测量：观察、了解 万用表 8888.88 8888.88 核心处理器 量程选择电路 电 气 工 程 导 论13* 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 外径千分尺 数显千分尺 线圈磁场测定仪 荧光寿命测量实验 电 气 工 程 导 论14* 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ Nuclear radiation Measurement Noise measurement 原子放射性测量设备 噪声测量设备 电 气 工 程 导 论15* 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ Ultrasonic Refl
8、ection Equipment AC EMF Measurement 电动势测量 超声波反射测量设备 电 气 工 程 导 论16* 连续变化量模拟量测量： 测量： 电气量：互感器、电流电压变换器 非电气量：传感器、变送器 遥测： 无接触测量红外、激光 测量量的传送 测量新技术： 光纤传感器、无接触测量 基于GPS的广域（同步）测量 数字化测量与数字化传输: A/D, VFC,现场总线 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 电 气 工 程 导 论17* 掌握运行状况 实施自动控制 统计管理信息 确保正常运行 测量的作用？ 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？
9、 位置与变化开关量测量： 位置与状态测量（查询方式） 变位信息（中断方式/高速查询方式 ） 遥信 测量统计计量： 记数（累计） 计量（时间积分） 报表（数理统计） 电 气 工 程 导 论18* 如何测量高电压、大电流？ 互感器 TV TV 电磁式电压互感器等效电路图 电磁式电压互感器相量图 JDCF-220WB 型电压互感器 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 分析手段 分析手段 分析手段 电 气 工 程 导 论19* 控制器控制对象 测量反馈 2.2 控制技术 控制：操纵、掌握 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ e(t) r(t) u(t) q(t)
10、 c(t) y(t) n(t) 设定值 测量值 扰动 被控量 控制器广义对象 控制装置执行器过程 检测元件 电 气 工 程 导 论20* 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 控制器 塑料挤出复膜机组 电 气 工 程 导 论21* 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 控制理论的发展： 1768年瓦特发明的蒸汽机，借助离心调速装置而使其本身的转速保持稳 定。这种离心调速装置就是世界上最早的自动化机器。 20世纪40年代，美国数学家维纳等，在自动调节、计算机、通信技术、 仿生学以及其他科学互相渗透的基础上，产生了控制论。维纳提出的反 馈控制原理，至今仍然是控制
11、理论中的一条重要规律。 20世纪60年代，随着复杂的工业生产过程、航空及航天技术、社会经济 系统等领域的进步使自动控制理论得以迅速发展。两个显著进展是数字 计算机得到广泛应用以及现代控制理论的诞生。 当前发展趋势 向大系统发展规模庞大、结构复杂、功能综合、因素众多 向智能系统发展自组织、自学习、自修复、自繁殖 向开放式系统发展混杂系统、非线性系统、非自治系统 电 气 工 程 导 论22* 对控制系统的性能要求 稳：动态过程的平稳性 快：动态过程的快速性 准：动态过程的最终精度 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 电 气 工 程 导 论23* 中小型计算机微型计算机 2.3
12、计算机技术 计算机：通用万能工具 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 电 气 工 程 导 论24* 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 控制 计算机 CNC智能机床 电 气 工 程 导 论25* 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 通用平台 万能机器 计算机技术的作用？ 电 气 工 程 导 论26* 工业自动化-可编程控制器(PLC) 可编程控制器 (PLC)主要包括了CPU 、开关量输入、开关量 输出、模拟量输入、模 拟量输出几个模块。 PLC和组态结合被大量 运用在大型工业自动控 制系统中。 电 气 工 程 导 论27* 电 气
13、工 程 导 论28* 模拟与数字通信系统 2.4 网络与通信技术 网络与通信：信息共享、远方测控 干扰 信源信宿 解调调制信道 模拟通信系统 干扰 信源信宿 解码编码信道 数字通信系统 100110101011 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 电 气 工 程 导 论29* 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 工业网络与现场总线可靠性、电磁兼容 电 气 工 程 导 论30* 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 铁路调度管理信息系统 电 气 工 程 导 论31* 电力市场的技术基础 电力市场技术 电力技术 欧姆定律 控制技术 反馈原理
14、 市场技术 价值规律 信息技术 摩尔定律 电力市场的目的与手段 提高效率提高效率 降低电价降低电价 改善服务改善服务 持续发展持续发展 引入引入 竞争竞争 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 资源组织？（条件） 运行协调？（途径） 满足需求？（目标） 管理与市场的作用？ 电 气 工 程 导 论32* 在建筑中综合计算 机技术、自动控制技术 、通信技术和电气工程 技术，构成智能楼宇技 术。智能楼宇的目标： 提供安全、舒适、快捷 的优质服务；建立先进 的管理机制；节省能耗 与降低人工成本。 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 楼宇自动化楼宇自动化: Smar
15、t : Smart Building; Building Building; Building automationautomation 住宅 办公楼 电 气 工 程 导 论33* Security System Energy saving CCTV building-Access control 楼宇自动化楼宇自动化 电 气 工 程 导 论34* 智能楼宇中涉及的电气信息工程内容主要有： 智能建筑的供配电、电传动、自动控制、智能建筑 的电气照明、智能建筑的通信技术、有线电视系统 、广播音响系统、办公自动化系统、建筑物自动化 系统、智能建筑的防火、智能建筑的防盗、综合布 线系统、智能建筑的系统
16、集成、智能建筑的电气安 全和智能建筑的节能等。 2. 2.电气信息工程研究什么？电气信息工程研究什么？ 电 气 工 程 导 论35* 综合应用举例综合应用举例 电 气 工 程 导 论36* 应用举例1：火力发电厂主控系统 电 气 工 程 导 论37* 应用举例应用举例1 1：火力发电厂主控系统：火力发电厂主控系统 生产系统控制与信息化： 电 气 工 程 导 论38* 电力系统控制 应用举例应用举例1 1：火力发电厂主控系统：火力发电厂主控系统 电 气 工 程 导 论39* 应用举例应用举例1 1：火力发电厂主控系统：火力发电厂主控系统 电厂生产控制系统 电 气 工 程 导 论40* 37.8MW -37.8MW EMS 能量管理系统 电 气 工 程 导 论41* 应用举例应用举例1 1：火力发电厂主控系统：火力发电厂主控系统 数据采集系统-DAS： 火电厂的主控
