電氣和自動化的區(qū)別精選(九篇)
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第1篇：電氣和自動化的區(qū)別范文
關鍵詞 繼電器；電氣工程；自動低壓電器
中圖分類號TM 92 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）91-0171-02
1 繼電器的基本原理及其作用分析
1.1繼電器的基本原理
現如今，隨著科學技術水平的不斷提高，電氣系統(tǒng)的自動化程度也越來越高，繼電器作為電氣系統(tǒng)中較為重要的組成部分之一，其應用也越來越廣泛。就繼電器而言，其常常被用于保護電氣設備的運行安全性，如變壓器、馬達、發(fā)電機以及輸電線路短路保護等等。當電力系統(tǒng)出現異常故障時，繼電器可以向值守人員發(fā)出告警信號，而想要確保繼電器能夠發(fā)揮出應用的作用，其應當具備以下功能特性：其一，安全性和可靠性，這是一個合格的繼電器必須具備的特性，只有這樣才能避免繼電器本身出現故障；其二，快速反應能力。能夠以最短時間消除可以消除的所有故障；其三，選擇性。繼電器應當能夠確保電力系統(tǒng)始終向無故障區(qū)域進行供電；其四，靈敏性。電力系統(tǒng)運行過程中的參數在正常運行和發(fā)生故障情況下的區(qū)別是非常明顯的，繼電器就是通過這些參數的具體變化情況，在反映和檢測的基礎之上對電力系統(tǒng)的故障性質和故障影響范圍進行判斷，并作出相應的反應和處理。繼電器的基本工作原理如下：由取樣單元負責將被保護設備運行過程中的物理量經過電氣隔離并將之轉換為繼電保護裝置中比較鑒別單元能夠接收到的信號，然后根據該單元的要求進行相應處理，再按照比較環(huán)節(jié)輸出量的性質、大小以及組合方式出現順序的先后確定出繼電保護裝置是否需要動作。
1.2繼電器的作用
繼電器本身具有以下優(yōu)點：標準化程度高、通用性好、能夠使電路簡化等，正是因為繼電器的這些優(yōu)點使其被廣泛應用于工業(yè)自動化控制以及家電產品等領域當中。但是有些專家認為，在電子元器件當中，繼電器是最不可靠的一種裝置，并且在整機的可靠性設計當中，往往將繼電器、可調電感器以及電位器等裝置列為不用或是少用的元件。然而，因為繼電器在控制電路中有著十分獨特的電氣和物理特性，其斷路狀態(tài)下的高絕緣電阻以及通路狀態(tài)下的低導通電阻是其它任何電子器件都無法比擬的。為此，確保繼電器的運行可靠性成為業(yè)界研究的重點課題之一。電子元器件的可靠性應當包括以下兩個方面的內容，即固有可靠性和使用可靠性。其中前者是元器件可靠的基礎，一般都是通過設計和制造廠商來進行控制，以確保制造出來的元器件能夠達到要求的可靠性等級，而后者則是整機可靠性的基礎，必須闡明的是，使用高可靠質量等級的元器件卻并一定能夠制造出高可靠性的整機，這是因為里面涉及到使用可靠性的問題。使用可靠性具體是指按照各種元器件的特性通過可靠性設計方法，最大限度地發(fā)揮出元器件固有可靠性的作用，進而達到整機的可靠性要求。與其它電子元器件相比，繼電器是由機械傳動和電磁兩個部分構成的，這種結構更加復雜，因而繼電器的可靠性就顯得相對較差，若是實際使用過程中采取一定的防范措施，則能夠使其達到理想中的效果。此外，繼電器可靠性不高除了自身質量原因外，使用方法不當也是一個原因。因此，想要使繼電器能夠充分發(fā)揮出自身的作用，不但應當進一步完善自身的質量，而且還必須合理使用。
2 繼電器在電氣工程及其自動化低壓電氣中的具體應用研究
2.1電磁類繼電器的應用
1）電磁繼電器的特性。此類繼電器的主要特性是輸入-輸出，也就是我們通常所說的繼電特性，其特性曲線如圖1所示。當繼電器的輸入量X由0增至X2之前，繼電器輸出量Y為0；當輸入量X增至X2時，繼電器吸合，此時輸出量為Y1，如果X繼續(xù)增大，Y保持不變；當X減小至X1時，繼電器釋放，此時輸出量由Y1變?yōu)?，若是X繼續(xù)減小，Y值均為0。圖1中的X2是繼電器的吸合值，想要使繼電器完成吸合這一過程，輸入量就必須≥X2；X1是繼電器的釋放值，想要使繼電器完成釋放這一過程，輸入量則必須≥X1。繼電器的返回系數則可以用表示，，這是繼電器較為重要的一個參數，并且本身是能夠調節(jié)的，這樣一來即便輸入量的波動變化較大也不會引起繼電器誤動作。通常情況下，欠電壓繼電器對返回系數的要求相對較高，值應當>0.6。假設某一繼電器的=0.66，吸合電壓為額定電壓的90%，那么當電壓低于額定電壓的50%時，繼電器便會釋放，進而達到欠電壓保護的目的。此外，繼電器的吸合與釋放時間也是比較重要的參數之一。其中吸合時間主要是指從線圈接受電信號到銜鐵完成吸合過程所需要的時間，而釋放時間則是指從線圈失電到銜鐵完全釋放所需要的時間。通常情況下，繼電器的吸合與釋放時間為0.05-0.15，該數值的大小對繼電器的操作頻率會有一定的影響。
圖1 電磁繼電器繼電特性曲線圖
2.2非電磁類繼電器的應用
非電磁類繼電器又被稱為熱繼電器，即FR，這種類型的繼電器常常被用于電力拖動系統(tǒng)當中電動機負載的過載保護。在實際運行過程中，電動機常常會出現過載的現象，一般時間較短、絕緣繞組在允許溫升范圍內的過載是可以經常出現的，但是若過載情況比較嚴重、時間較長，便會引起電動機絕緣過早老化，這樣會導致電動機的使用壽命縮短，如果過載情況非常嚴重，還有可能造成電動機燒損的后果。為此，對電動機進行過載保護就顯得非常重要。FR主要由雙金屬片、熱元件以及觸點等組成，其中熱元件是由發(fā)熱電阻絲制作而成，雙金屬片具體是由兩種熱膨脹系數不停的金屬輾壓而成，當雙金屬片受熱時便會出現彎曲變形的情況。實際使用時，可將熱元件串接到電動機的主電路上，同時將常閉觸點串接在電動機的控制電路當中。當電動機處于運轉的狀態(tài)時，雖然熱元件所產生出來的熱量也會使雙金屬出現彎曲的情況，但是并不足以是FR的觸點發(fā)生動作；而當電動機過載時，雙金屬片的彎曲位移便會隨之不斷增大，在這一過程中會推動導板是常閉觸點斷開，進而起到切斷電動機控制電路的作用，這樣便不會造成電動機因過載損壞。通常情況下，FR動作之后不會自動復位，需要等待雙金屬片完全冷卻后手動按下復位按鈕才會恢復到原位。FR動作電流的調節(jié)可通過旋轉凸輪到不同的位置來實現。
3結論
總而言之，在電氣工程中，繼電器是不可或缺的設備之一，它的應用能夠進一步降低自動化低壓電器設備故障的發(fā)生幾率。而想要使繼電器充分發(fā)揮出自身的保護作用，應當進行合理選型，并確保繼電器的運行可靠性。只有這樣，才能使繼電器在電氣工程中的作用獲得最大程度地發(fā)揮。
參考文獻
[1]賀元康.趙鑫樊.江濤.變壓器相間短路后備保護中負序阻抗繼電器應用探討[J].電力系統(tǒng)自動化，2011（15）.
[2]周驍威.陳振生.UP908型數字式SF6密度繼電器原理及應用[A].第七屆全國”智能化電器及應用”學術年會暨”2008年配網自動化和變電站自動化”論壇論文集[C]，2008（4）.
第2篇：電氣和自動化的區(qū)別范文
言語簡練，溝通幾乎沒有拐彎抹角，ABB集團北亞區(qū)及中國負責人顧純元的言與行都透射出典型的西方風格，這可能源于其長期在海外留學和工作的經歷。顧純元已在這家跨國企業(yè)集團工作了25年。
這是一家與中國市場已有百年淵源的企業(yè)。經過多年的快速發(fā)展，如今的中國市場已坐實ABB集團全球第二大市場的位置。2013年，ABB在中國市場的銷售收入達到56億美元，且超過80%的銷售收入已源自于本地制造。
然而，即便有如此的本土化深耕，中國市場的復雜性以及正在發(fā)生的深刻變化仍讓ABB感受到了新的挑戰(zhàn)。
“很重要的一個考驗就是如何更深刻地了解市場的需求，比如未來三年、五年、十年的市場需求和模式跟以前有什么區(qū)別，我們的客戶在戰(zhàn)略上會有什么樣的調整以及發(fā)展等等?！鳖櫦冊颉队⒉拧酚浾叻治龅溃瑱C器人自動化、高效電機、電動汽車、可再生能源等領域是產業(yè)升級、增效節(jié)能和改善環(huán)境的重要方面。
關閉90%的光伏EPC項目
若梳理ABB過往在中國市場的發(fā)展軌跡，不難發(fā)現，技術和資金流是其得以開疆拓土的兩大優(yōu)勢。
具體而言，其技術領域的優(yōu)勢集中在智能電網與城市、智能制造與生產和智能家居與建筑三大領域。然而，中國市場已今非昔比，越來越多的狩獵者加入戰(zhàn)團，且競爭格局愈加復雜化，ABB面臨的競爭愈發(fā)激烈。
比如，電力方面，既有西門子等外資企業(yè)的比拼，又有日益崛起的本土企業(yè)如南瑞、特變電工的追趕；自動化方面，形勢也基本一致，安川電機、發(fā)那科、庫卡等知名工業(yè)機器人紛紛搶灘中國市場，ABB這家自動化企業(yè)較早布局中國市場的優(yōu)勢正面臨更多的挑戰(zhàn)。
如何保持領先？ABB的答案是將業(yè)務重心轉向高增長性的終端市場、提升公司競爭力及降低商業(yè)模式風險以推動盈利性增長。事實上，與競爭對手西門子相同，ABB也正在經歷業(yè)務及公司管理層級的調整。
自去年ABB以約10億美元收購Power-one躍身成為光伏逆變器全球領導者，今年又在海纜技術和輕型直流輸電技術取得突破等，都可以看出這家企業(yè)正在重新勾畫一張新的業(yè)務圖景，且愈加傾向于其優(yōu)勢業(yè)務。
顧純元預測，未來企業(yè)增長的主要驅動力來自電力價值鏈上的重大變革、工業(yè)生產效率的提高、快速的城鎮(zhèn)化進程以及公共交通領域對能源效率的要求。
“ABB在具有吸引力的客戶需求細分市場處于有利位置，其中電力和自動化產品、系統(tǒng)及服務將繼續(xù)成為新戰(zhàn)略的核心”，顧純元告訴《英才》記者，ABB對進入客戶終端市場的高成長性業(yè)務領域做好了充分預估和準備：在電力行業(yè)，微網發(fā)展勢頭強勁，而傳統(tǒng)電網也正往數字化電網方向發(fā)展；在石油、天然氣和礦業(yè)等過程工業(yè)，面向未來的設備設計成為趨勢；在交通和基礎設施方面，數據中心電氣化和公共交通的發(fā)展都帶來了增長機會。
在中國市場，ABB已累計投資18億美元。雖然中國經濟有所放緩，但ABB還會穩(wěn)步增加投資，并且不遺余力地在中國推進本土化戰(zhàn)略，同時加緊中西部二、三線城市的布局，進一步擴大市場覆蓋率，“力爭三年內增加100個城市?！?/p>
基于“優(yōu)勢原則”，對于一些所涉業(yè)務的自我定位和進退斟酌亦愈發(fā)關乎成敗。
今年上半年，ABB電力系統(tǒng)業(yè)務部啟動了新計劃，并決定退出光伏EPC市場。截至目前，ABB已經關閉了全球十個光伏EPC項目中的七個，并將在2014年底之前關閉90%的光伏EPC項目?！拔覀儠橹袊峁牡蛪旱阶詣踊刂频榷鄠€領域的光伏解決方案，因地制宜地把握這里光伏市場的機遇”，顧純元告訴《英才》記者。
探路新能源汽車
除了傾注更多資源與優(yōu)勢業(yè)務，實現有機增長，合作伙伴關系將在推動ABB未來增長進程中起到更大的作用。在中國市場，這一戰(zhàn)略思路主要體現在新能源汽車關聯(lián)領域的合作發(fā)展。
今年2月初，ABB宣布與中國首家專注于新能源汽車的合資公司――深圳比亞迪戴姆勒新技術有限公司展開戰(zhàn)略合作，在未來六年里由ABB為DENZA騰勢的第一款電動汽車提供家用直流快速充電樁。9月，雙方再次在儲能領域進行合作。此番合作范圍將聚焦于并網儲能、電力微網、太陽能、船舶應用四大領域。
在顧純元看來，儲能是微電網以及電動汽車發(fā)展必不可少的支撐技術。
然而，就技術本身而言，新能源汽車充電和儲能其實都并非新興技術，產業(yè)“冒尖”僅是最近三五年的事。與相關概念大熱形成鮮明對比的是，國內充電樁及儲能市場始終處于進退躑躅，被業(yè)界寄予厚望的“大蛋糕”處于待切狀態(tài)。
就儲能的實力而言，ABB和比亞迪被認為具有一定的競爭力。囿于成本過高、峰谷價差政策未落實等問題，雖然搶食者眾，但儲能市場始終撬動乏力。
包括新能源汽車充電網絡及儲能產業(yè)的發(fā)展，顯然都需要車企、電網等各方協(xié)同參與才能發(fā)展起來，絕非一己之力可為。但在顧純元看來，產業(yè)的發(fā)展都必須要有先行者，“中國的市場一旦成熟，量會特別大；作為企業(yè)，在生產、研發(fā)、供應各方面要有超前意識，不能等著一蹴而就。”
第3篇：電氣和自動化的區(qū)別范文
從目前相關技術與應用的發(fā)展趨勢中我們可以看出，懷疑物聯(lián)網是不是能夠實現已經完全沒有必要了。相反的，我們需要關注，其到底會以怎樣一種方式實現。
制造業(yè)的實現方式就很值得關注。在這個以專業(yè)型見長的領域，由于流程的一定性，因此其往往很難產生變化，甚至于說其是“數十年如一日”也并不夸張。就是這樣，在這一領域的從業(yè)人員卻都發(fā)現，傳感器與網絡在提高生產流程和供應鏈方面的工作效率上大有潛力。
比如說，系統(tǒng)可以自動采取糾正措施，以免出現次品；每個零部件會自動補足。這些應用場景讓制造業(yè)與工業(yè)的從業(yè)者感到興奮。對于他們來說，物聯(lián)網正在推動著第四次工業(yè)革命的到來。
制造業(yè)和物流業(yè)進入新時代
實際上，早就有廠商將物聯(lián)網與第四次工業(yè)革命聯(lián)系到了一起，這就是“工業(yè)4.0”的概念。其它廠商所提出的“工業(yè)互聯(lián)網”、“智能工業(yè)”等論點，與其基本理論是相似的。這些概念認為，新的技術變革將導致生產控制系統(tǒng)分散化，生產領域的網絡連接將越來越密集，并引發(fā)制造業(yè)出現根本性轉變。
同時，物聯(lián)網會貫穿物流與供應商的網絡。從實際情況來看，制造商需要與越來越多的供應商進行協(xié)調。在全球化經濟下，這些供應商很有可能來自國外。
德國工程公司博世集團董事會副主席Siegfried Dais近期在接受麥肯錫訪問時表示：“如果工廠實行精細化生產的話，其能夠將庫存保持在最低水平。部件不斷被運往全球，常常一天內就能運到。有了物聯(lián)網，這個系統(tǒng)肯定不會局限于某幾家工廠，而是將多家工廠，甚至多個地區(qū)聯(lián)系起來?！?/p>
那么，怎么樣才能夠做到這一點呢？我們怎樣才能找到一種足夠穩(wěn)定，可以將每個獨立系統(tǒng)整合起來的架構？本來封閉的工業(yè)網絡，怎樣與我們的IP網絡進行融合？
Siegfried認為，想真正推動工業(yè)與制造業(yè)的發(fā)展，兩方面的能力缺一不可。首先，人們要意識到新技術所能夠帶來的變化，包括其創(chuàng)造的價值以及降低的成本?！熬湍眯畔⑾到y(tǒng)來說吧，這種系統(tǒng)可以告訴我們，在任何一個時間，每一個部件在什么地方。物流公司常常運用這個工具，但仍然沿用老一套觀念，因而無法利用工具所帶來的應用進步。”他表示，“所以，第一個要求是，物流公司真正運用新技術。”
發(fā)展的第二關鍵點是找到能夠設計可靠算法的人。這些人能設計出易于使用的系統(tǒng)，日常使用系統(tǒng)的人可以借此立即發(fā)現問題，知道如何采取應對措施，又不會被錯綜復雜的關系搞得暈頭轉向。
IT：流程與設備的“黏合劑”
新技術與新應用模式，工業(yè)與制造業(yè)的發(fā)展依仗著這兩個關鍵要素。IT技術的存在，承載起了這兩個要素。
博世軟件創(chuàng)新公司首席執(zhí)行官Heinz Derenbach認為，在物聯(lián)網的環(huán)境下，我們實際上是在進行一種將物理世界轉換成IT信號的操作。這需要數學、專業(yè)領域、市場和周圍背景方面的專長。最終，物理設備將會變成業(yè)務流程的一個支撐體系：提供數據、發(fā)送事件以及處理規(guī)則。這個概念推動著工業(yè)與制造業(yè)發(fā)展。
實際上，在物聯(lián)網與第四次工業(yè)革命時代，我們將會面臨兩個不同的世界：一個物理世界和一個虛擬世界。在物理世界中，我們有物流鏈來調配貨物；在虛擬世界中，信息的流動與原材料調配模式也沒有區(qū)別。不得不說一個已經重復過的話題：這種兩個世界的描繪無數次地出現在科幻小說和電影中。
未來的制造過程中，一塊金屬或原材料會自動告知管理系統(tǒng)自身的屬性：“我是屬于產品X中的模塊，這一產品會被交付給客戶Y。”實際上，早在跨上生產線前，這個未被加工過的材料就已經知道自己要被交給哪個客戶，并且自己應該在哪里進行處理加工、何時進入生產線等方面的所有信息。一旦材料進入到機器，材料本身會記錄在生產過程中出現的任何問題，預測產品何時會下線，并知道以何種方式交到客戶手里。這一幕也許不會馬上出現，但形勢絕對會朝這個方向發(fā)展。
Heinz表示，第四次工業(yè)革命意味著一種新的跨學科合作方式。他認為，人類的下一步工作是徹底考慮機器、生產部件、制造環(huán)境以及聯(lián)系這一切的IT系統(tǒng)之間的相互關系，這樣控制機器的生產技術可與部件的技術數據整合起來。其需要很高的標準化程度，這樣機器才知道需要對任何特定的部件采取什么措施，部件才能證實機器已采取了措施。這種以IT為紐帶的聯(lián)系絕非目前的制造系統(tǒng)所能實現的。
從以上描述和觀點中我們不難看出，IT技術的出現將設備和生產流程管理進行了全面整合，其起到了“黏合劑”的作用。在IT的支撐下，流程和設備變得密不可分，實際物體成為了流程的一部分。對工廠來說這意味著，機器和工作流程合并成為一個整體。作為獨立物流層的工作流程不復存在，而是被整合到硬件當中。
更進一步的話，我們會發(fā)現，第四次工業(yè)革命的流程非常類似于云計算等IT概念。當整體流程全部自動化和模式化后，資產擁有者是誰已經不再重要了。Siegfried認為，未來我們很有可能在工業(yè)方面見到類似于云計算的一種應用模式，那就是虛擬化?？蛻糁毁徺I虛擬資源，并可以享受到資源的彈性調度與擴容。
供應鏈，物聯(lián)網的最終體現
最終，在新的運作模式下，整合的供應鏈將起到決定性的作用。這條供應鏈由信息技術所打造，以實際物流為載體，你能想到的所有相關信息都被完全整合到供應鏈中。如同本文開頭所說，今天我們需要關注的是，這個供應鏈是怎么實現的、供應鏈的各個環(huán)節(jié)能否跟得上技術的步伐。
第4篇：電氣和自動化的區(qū)別范文
【關鍵詞】太陽能發(fā)電；純電動公交車；太陽能電-電控制系統(tǒng)
1.引言
太陽能是可再生、可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略能源。當前，各先進技術國家無不在新能源領域下賭注、投資本，特別是以汽車產業(yè)為經濟支柱的國家，在新能源汽車動力上力圖有所創(chuàng)新和發(fā)展，在太陽能汽車領域更是探索不止。其中，電動公交車因車頂面積較大，為太陽能板的安放提供便利，可利用太陽能發(fā)電直接驅動汽車，有效避免蓄電池充放電的能量損耗，延長了電動汽車蓄電池的使用壽命而成為發(fā)展的主流。同時，太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)和電動車控制系統(tǒng)相結合的電-電混合控制系統(tǒng)使太陽能公交車成為可能。另外低壓電氣系統(tǒng)（照明、儀表和信號等用電）、車身附件（刮水器、電動車門）、空調器等，還需要一套輔助電池系統(tǒng)來供給電能，由于電動汽車上沒有發(fā)動機來進行充電，因此這部分電能的消耗量也很大，正好可以利用太陽能發(fā)電系統(tǒng)進行補充。
2.太陽能發(fā)電系統(tǒng)的原理
太陽能發(fā)電系統(tǒng)是指能夠把光伏電池產生的電能直接提供給負載或儲能裝置的系統(tǒng)。它主要是由太陽能電池陣列、控制電路、蓄電池組和負載組成。它既可以提供直流電也可以提供交流電，兩種供電方式最主要的差別是系統(tǒng)在提供交流電時需要在負載和蓄電池組之間加入逆變器。
2.1 工作過程
公交車太陽能發(fā)電系統(tǒng)的工作過程是：有光照的時候，光伏電池組件受到太陽光照產生電能產生的能量通過控制器以及逆變器的處理之后供給驅動系統(tǒng)。如果光照強烈且有富余的能量，則給蓄電池組充電。本設計優(yōu)先為供給用電設備的輔助蓄電池充電，將驅動電力和輔助電力區(qū)分開有助于電池的充放電保護和延長使用壽命。如果在夜晚或是陰雨天的時候，太陽能電池組件產生的能量不能滿足驅動系統(tǒng)工作，這時儲存在蓄電池組的能量就可以供電機驅動汽車。如圖1所示。
2.2 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的構成
本設計的太陽能發(fā)電系統(tǒng)為獨立的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其構成為：
1）太陽能電池板。
2）控制器：控制器的功能包括充放電控制和最大功率點跟蹤控制兩項功能。其中，最大功率點追蹤控制對整個電系統(tǒng)的高效工作起著至關重要的作用。
3）儲能裝置：電動車的動力電池和輔助電池。
4）逆變器：逆變器是在發(fā)電系統(tǒng)對交流負載供電時所必須的設備，因為太陽能電池所提供的是直流電，而公交車上所用負載皆需要用交流電方可工作，所以只有通過逆變器DC/AC的轉換。
2.3 太陽能電池板選型
本設計選擇的太陽能電池板是由天合光能有限公司生產的天合Trina多晶系列太陽能組件，其主要功能為：組件可以承受雪壓達5400Pa，承受風壓達2400Pa；保證輸出功率（0～+3%）；在弱光照條件下（多云天氣和清晨、傍晚）具備高性能；采用4.0mm鋼化玻璃，增加了組件耐用性；平均輸出功率大約0.17kw/㎡。
2.4 蓄電池的選擇
為了最大限度地降低整個電動公交的重量，方便電動公交的運行，太陽能純電動公交車的最佳選擇是大容量高倍率蓄能的鋰離子蓄電池。
本設計選擇的是有比亞迪汽車公司生產的的磷酸鐵鋰電池（320/180*2），它的單位體積能量很大，高達400Wh/L，比能量可達130Wh/kg，而且磷酸鐵鋰電池的反復充電壽命長，單體電池的循環(huán)次數可達1500次以上。作為電池組如果有好的監(jiān)控管理系統(tǒng)，在充放電時達到均衡程度，仍然可達1000次以上。因為太陽能蓄電池在使用時常?？梢愿〕浠驕\放，其電池組壽命不會像純電動汽車那樣短。磷酸鐵鋰電池的另一個優(yōu)點是自放電率低，這在連續(xù)陰天和在夜間蓄存電能都有相當大的好處，可以提高電動車的性能。在磷酸鐵鋰電池的荷電容量保持60%～80%計算，使用年限應不低于3～5年，壽命相當于鉛酸電池的三倍左右。磷酸鐵鋰電池充放電效率相對高一些，在85%-90%之間，除此之外磷酸鐵鋰電池工作溫度范圍寬廣（-20C～+75C），有耐高溫特性，電熱峰值可達350℃～500℃；而且電池容量大，重量輕，無記憶效應，電池無論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無須先放完再充電，由于磷酸鐵鋰電池不含鉛和鎘等重金屬，被業(yè)內稱為綠色環(huán)保電池。
綜合上述這些優(yōu)點，磷酸鐵鋰電池是太陽能公交車動力電池的最佳選擇。
3.太陽能發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率及對公交車電源優(yōu)化效率分析
3.1 整車規(guī)格設計
整車規(guī)格設計要求如表1所示：
3.2 車頂面積計算
由表1知車頂面積為：
12.00*2.50=30㎡
頂部太陽能電池板采取邊緣傾斜安放，故面積可增加15%，此時車頂面積為：
30*1.15=34.50㎡
由于有效光照面積約為70%，則有效光照的車頂面積為：
34.50*0.7=24.15㎡
此時每小時的輸出功率為：
24.15*0.17=4.10kW·h
若一天有效光照時間為6h，每天可發(fā)電：
4.10*6=24.64kW·h
可見太陽能發(fā)電系統(tǒng)可以有效延長公交車的續(xù)駛里程，而且在光照條件較好，太陽能發(fā)電系統(tǒng)可在直接供給汽車驅動系統(tǒng)狀態(tài)下，有效避免了蓄電池充放電的能量損耗，對延長蓄電池的使用壽命起到一定作用。
4.整車控制系統(tǒng)設計
整車控制系統(tǒng)設計如圖2所示。
太陽能電動汽車上其控制系統(tǒng)不僅僅控制電動源（電池），還要增加太陽能光伏電池陣列的控制功能。太陽能光伏電池所供應的電壓與蓄電池組飽和電壓基本相同，可直接耦合，在太陽能功率充足時，多余的能量進入儲能的蓄電池，在太陽能光電功率不足時由蓄電池完成電力驅動的任務。所以控制系統(tǒng)的作用就是對充電和放電的過程進行控制和保護，保證對整個電動源系統(tǒng)的正常充電、放電以及對電動汽車的驅動。
4.1 太陽能電-電混合控制系統(tǒng)
太陽能電-電混合控制系統(tǒng)是控制太陽能光伏電池陣列板對蓄電池的充電以及蓄電池和太陽能電池對負載的放電過程，實現對太陽能光伏電池和蓄電池的科學管理，指示蓄電池過壓、欠壓等運行狀態(tài)，控制電能量達到高電壓、高功率的程度，實現太陽能驅動和蓄電池驅動的混合驅動模式和模式的智能控制轉換功能，具有兩路負載輸出的管理，或兩路負載可以隨意設置為同時工作、分時工作或單獨工作等模式，同時具有負載過流、短路保護功能，具有較高的自動化和智能化水平，同時實現對驅動系統(tǒng)和車載電氣系統(tǒng)的智能控制。其硬件結構主要由電壓采集電路、負載輸出控制與檢測電路、指示或顯示電路及鍵盤電路等部分組成。電壓采集電路包括太陽能光伏電池板和蓄電池電壓采集，用于太陽光線強弱的識別以及蓄電池電壓的獲取等，太陽能電動公交車控制系統(tǒng)的軟件設計與硬件電路是相對應的，包括有主程序、定時中斷程序、A/D轉換子程序、外部轉換子程序及鍵盤處理子程序、充放電管理子程序、負載管理子程序等。
太陽能電-電混合控制系統(tǒng)是太陽能電池充電控制系統(tǒng)、電源管理系統(tǒng)的和電機控制系統(tǒng)的綜合控制系統(tǒng)，區(qū)別于一般控制系統(tǒng)的主要特點有：
1）采用分級管理控制，內核控制電路和大功率電路先后上電，避免電源波動引起上電失效。
2）能夠對太陽能電池板進行實時監(jiān)控。
3）行使/停放都能夠給蓄電池組進行充電，增加行駛里程。
4）可以對每個電池的荷電狀態(tài)進行管理，并具有主動電荷平衡能力，避免充/放電保護，從而最大化電池組的整體容量。
5）使用相控調壓技術，實現無級調速。
6）通過實時檢測電機的電壓和電流的相位差和波形，進行對發(fā)動機的輸入功率的控制，實現所供即所需。
4.2 電源管理系統(tǒng)
電源管理控制系統(tǒng)利用子系統(tǒng)的控制功能對蓄電池進行充電管理時，若太陽能光伏電池正常充電蓄電池時，控制器將關斷負載，以保證負載不被損傷，當充電電壓高于保護電壓時自動關斷對蓄電池的充電；此后若電池電壓掉至維護電壓時，蓄電池進入浮充狀態(tài)，當蓄電池低于維護電壓時，啟動的應當是均充狀態(tài)。當蓄電池荷電電壓低于保護電壓時，控制系統(tǒng)應當自動關閉負載開關，以保護蓄電池不受損壞。在蓄電池負載關閉后，有兩路充電電路可選擇使用，在太陽光照較強時自動啟動太陽能光伏電池板充電電路，使其發(fā)揮更大功效，或使用外充電源進行快速充電。本設計利用基于Peukert方程法和神經網絡法的SOC（電池荷電狀態(tài)）預測算法建立針對磷酸鐵鋰特性的電池管理系統(tǒng)，其硬件設計包括電壓檢測電路、太陽能充電和外部充電控制電路、熱敏電阻的溫度檢測電路、CAN通信模塊等，軟件設計包括系統(tǒng)整體軟件設計、電壓和溫度采集程序、CAN總線通信的信息接收和發(fā)送，以及與整車管理系統(tǒng)通訊的通信規(guī)約等。
4.3 電機驅動系統(tǒng)
電機驅動系統(tǒng)主要由交流同步電機、電力電子變流器（IGBT集成模塊）、數字控制器和智能化傳感器等幾個核心部分組成。
a.太陽能公交車電機采用的是稀土交流永磁同步電機（150KW），這種交流無刷電機是輕質材料制造，非常適合于太陽能電動公交車“輕”的要求，在額定的RPM（每秒轉速）達到99%的使用效率。這比以前使用直接引導式驅動傳送動力裝置要先進。這種傳送動力的裝置也稱其為機械驅動。這種機械驅動系統(tǒng)還有選用傳統(tǒng)汽車的變速器、傳動軸、后橋和半軸等部件的。而電動機通過鏈條和履帶同一個單一的齒輪傳動裝置，與車輪鏈接的引導式裝置要比機械驅動裝置先進了一步。雙線圈電動機成為電動車常用的傳動裝置。在雙線圈之間轉換改變了電動機的速度，低速線圈能為太陽能汽車的啟動和減速提供高的轉力矩，而高速線圈則為汽車運行提供高效率和最佳的運行效果。工作時，電機峰值功率可達300KW，最大扭矩1400N.m。電機結構設計緊湊，重量輕、體積小、能量密度高。無需匹配變數箱，實現無級變速。
b.電機控制器特點：1）基于磁場定向的電流矢量控制，采用SVPWM調制方法、死區(qū)補償等技術，使得力矩控制精度高、脈動小，提高了控制系統(tǒng)的性能。2）具有完善的故障檢測與保護功能，包括：過流、過壓、欠壓、過載、超速、過溫等保護功能，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。3）具有自動調諧和無速度傳感器矢量控制功能，便于用戶快速應用，提高生產效率，降低成本。
綜上可知，該電機驅動系統(tǒng)很能滿足基于太陽能的純電動公交的需求。
4.4 其它系統(tǒng)
本設計的其他系統(tǒng)主要有采用分層級式控制的智能化能量管理系統(tǒng)（如圖3所示）、具有制動能量的回收的再生制動控制系統(tǒng)、采用可靠性高、低成本、高效率以及高功率的直流無刷電機為助力電機的電動助力轉向系統(tǒng)。
5.總結
太陽能公交車的太陽能發(fā)電系統(tǒng)在光照較好的條件下，能夠為驅動系統(tǒng)提供充足的動力支持。太陽能電-電混合控制系統(tǒng)的設計保證了太陽能發(fā)電系統(tǒng)和電源管理系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)的相互通信協(xié)調，使太陽能電動公交車安全平穩(wěn)的運行，并能實現對公交車電源的優(yōu)化目的，從而達到增加續(xù)駛里程和節(jié)能減排的目的。
參考文獻
[1]孫重祥，曾志斌.電動汽車的基本知識[J].實用汽車技術，2006（2）：7-8.
[2]宋慧，胡弊.電動汽車的現狀及發(fā)展[J].汽車電器，2001， 23（4）：102-105.
[3]鄺家凱.基于余熱與太陽能發(fā)電對汽車電源的優(yōu)化設計[J].廣西工業(yè)學院學報，2012，23（2）.
[4]陶建軍.太陽能電池組件的綜合應用[J].能源技術， 2008，29（5）：268-270.
第5篇：電氣和自動化的區(qū)別范文
關鍵詞：智能花盆；傳感器；自動控制；適宜的環(huán)境
中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）10-00-03
0 引 言
隨著社會的快速發(fā)展，受城市化腳步的加快以及城市人口密度越來越大的影響，城市建筑面積迅速增加，而城市綠地面積卻越來越少，生活環(huán)境逐漸變差，身處鬧市的居民渴望一個舒適安逸、自然悠閑的生活環(huán)境，從而開始對自身居住的空間進行不同程度的綠化。但現在大多數城市居民缺乏植物培育的相關知識，因此本文提出了一種基于Cortex A8處理器的智能花盆機器人方案。首先從數據庫中獲取特定植物的最佳生長環(huán)境參數，再通過物聯(lián)網技術通過及時有效地控制以掌握植物生長的環(huán)境信息，為植物生長營造良好的生長環(huán)境，從而滿足人們對于居住空間綠化的需求。
植物生長的成活率一方面受到自身基因的限制，另一方面受外界環(huán)境條件影響的限制。要想植物更好的生長就要創(chuàng)造最適宜的生長環(huán)境，主要包括土壤濕度、溫度、光照。
該智能花盆可以根據不同的植物類型來設置植物在不同生長階段所需的土壤濕度、溫度、光照參數，并對選定植物的濕度、溫度進行最佳的自動化調控，自動移動到光照適宜的室內空間，還可通過物聯(lián)網方式在移動設備上進行監(jiān)控并修改參數。
1 智能花盆的工作原理
由于植物受限于生長環(huán)境，人們在家里種植的植物很難長期存活，主要原因是大家不了解每種植物的生活習性及沒有持續(xù)關注植物的生長狀況所致。通過圖1所示的主要功能實現對植物的智能控制，可使植物在適宜的環(huán)境中長期生長[1]。其具有如下功能：
（1）第一部分功能是根據植物對光的需求設計了可移動式小車和陣列化紅藍光LED燈兩種方式，并且需在不同條件下使用這兩種方式；
（2）第二部分功能是根據特定植物的不同需水量實現自動澆水；
（3）第三部分是根據特定植物對環(huán)境溫度的要求，人為調節(jié)植物的環(huán)境溫度。
光照是植物進行光合作用的必要條件，不論是光照強度、光照時間還是光質都對植物的生長發(fā)育非常重要，而且不同種類的植物對光照的需求不同。根據植物與光照強度的關系，可以把植物分成陽性植物（月季花、玫瑰花、牡丹）、陰性植物（常春藤、文竹、吊蘭、滴水觀音）、耐陰植物（仙人掌）三大類型，而又根據植物與光照時間的關系，可將其分為長日照植物（鳳仙花）、中日照植物、短日照植物（長壽花、、蟹爪蘭）。根據植物與光質的關系，綠色植物進行光合作用所吸收的光譜范圍主要有兩個，一個是波長為640660 nm的紅光部分，另一個是波長為430450 nm的藍光部分。此外，葉黃素和胡蘿卜素的吸收光譜區(qū)為波長400500 nm的藍光部分，葉黃素和胡蘿卜素吸收藍光后會把能量轉給葉綠素進行光合作用[2]。因此光合作用能夠利用的主要光譜區(qū)是波長為640660 nm的紅光部分和波長為400500 nm的藍光部分，只要光源的頻譜范圍包含上述光譜區(qū)，那么就可以供植物生長。
溫度對植物的生長發(fā)育也起著至關重要的作用，不同的植物喜歡的溫度不同，熱帶植物生活的最適溫度范圍多在30℃35℃之間；溫帶植物多在25℃30℃之間；而寒帶植物的最適溫度一般稍高于0℃。不同植物能耐受的最高、最低溫度也不相同。只要超過植物的最低、最高溫度，植物的生理活動就會停止，甚至死亡。
這里所說的濕度是測量土壤的含水量，水是植株體內的重要成分，同時又是體內新陳代謝的溶劑，但不同植物對于水的需求量有所區(qū)別，例如仙人掌、蘆薈、葉肉等都屬于耐旱植物，所以不需要頻繁澆水；而大本植物（桂花、梔子、海棠等）大多喜溫濕。在生長旺季必須給予充足的肥水，才能使其生長茂盛，葉色濃綠。平時要保持盆土濕潤，高溫季節(jié)每天早、晚各澆1次水，并經常向枝葉上噴水。所以水對植物而言至關重要。
以上這些植物的生長要素只有適度掌控，才能保證植物正常生長，因為忙碌的城市居民鮮有時間打理家里的植物，因此設計一款智能花盆以對植物各項指標的變化采取智能管理。
2 智能花盆的系統(tǒng)構成
智能花盆的基本組件如圖2所示，包含多種傳感器（溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、土壤呼吸傳感器），多個執(zhí)行器（陣列化紅藍光LED照明燈、水箱、加熱器，冷凝器），一個嵌入式控制器（Cortex A8開發(fā)板、包含WiFi式網絡節(jié)點），移動小車[3]。
智能花盆機器人總體設計如圖3所示?？刂破骺梢垣@取溫度、濕度、光照、呼吸傳感器的實時數據，并根據所設參數移動到家中適宜的地方或家中光照不強時打開LED照明燈，同時控制器也可實現自動澆水、加熱、降溫?；谖锫?lián)網概念，控制器上的網絡節(jié)點將信息發(fā)送到移動設備終端以對植物進行監(jiān)控及參數調整。
3 智能花盆的硬件設計
3.1 硬件設計
3.1.1 嵌入式系統(tǒng)概述
作為物聯(lián)網重要技術的嵌入式系統(tǒng)，它的視角有助于深刻地、全面地理解物聯(lián)網的本質。國內普遍認同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。美國電氣和電子工程師協(xié)會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）對嵌入式系統(tǒng)的定義：“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設備的裝置”。嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計算機系統(tǒng)，作為特定裝置或設備的一部分。通常嵌入式系統(tǒng)是一個控制程序存儲在ROM中的嵌入式處理器控制板。物聯(lián)網不僅提供了傳感器的連接、通信，其本身還具有智能處理能力，能夠對物體實施智能控制，而這就是嵌入式系統(tǒng)所承擔的任務。
3.1.2 Cortex A8架構控制器的實際操作
我們采用Cortex A8架構的處理器及一些數據采集裝置和執(zhí)行器共同構成了智能花盆機器人的硬件體系，具體設計如圖4所示。
智能花盆控制系統(tǒng)采用Android操作系統(tǒng)，由于Android系統(tǒng)是基于Java虛擬機而實現的，而java語言是一種解析語言，為了保證能夠流暢快速的運行，智能花盆系統(tǒng)采用性價比比較高的S5PV210處理器（Cortex A8架構）。為了解決Android訪問硬件能力較弱的問題，智能花盆系統(tǒng)將傳感數據采集的任務和自動化控制任務交由單片機來協(xié)助處理。綜合比較市場上的單片機，我們選用STM32處理器單片機[4]。因此主體由S5PV210處理器和STM32處理器（Cortex M3架構）組成，同時包括了所需要的溫度檢測電路、濕度檢測電路及光照檢測電路等模塊。
通過STM32處理器與傳感器的連接可以實時監(jiān)測植物的生長數據，并可對特定植物的參數進行修改（由于能力有限無法實現引用數據庫的方式使用戶直接修改植物環(huán)境信息，并通過網上查詢相關植物環(huán)境參數來修改花盆參數），STM32處理器通過串口傳送給S5PV210處理器，根據參數范圍智能控制對應的執(zhí)行器執(zhí)行操作，當特定植物生長環(huán)境的土壤濕度超出設定范圍值時控制器向水箱發(fā)出信號自動給植物澆水；當特定植物生長環(huán)境光照達不到植物所需要的光合作用的強度時，S5PV210處理器可以讓花盆自動移動到房間光照強的地方吸收自然光、也可通過花盆上安裝的陣列化紅藍LED燈實現，但前者的優(yōu)先級高于后者[5]；或者當室外溫度高于或低于植物適宜溫度時控制器調用加熱器或冷凝器實現[6]，從而達到植物環(huán)境的最佳狀態(tài)。同時還可以利用S5PV210處理器上的網絡節(jié)點（WiFi方式）與遠端移動設備終端進行通訊來查看植物的數據信息，方便實現遠程參數修改，實現精細控制。
3.2 數據采集
3.2.1 環(huán)境參數采集
數據采集是物聯(lián)網中最重要的部分，只有通過數據信息的提供才能進行智能化處理與精細管理等操作。本文設計的智能花盆采用了溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、土壤呼吸傳感器等幾個簡單的傳感器[7]。而溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器都屬于電阻式傳感器。溫度傳感器采用正溫度系數的熱敏電阻傳感器，利用半導體元件制成的具有電阻溫度系數大，靈敏度高，熱慣性小，反應速度快，體積小，結構簡單，使用方便，壽命長，易于實現測量等優(yōu)點的敏感元件來測量溫度。隨著溫度的升高，電阻絲的阻值逐漸增大，并根據溫度與阻值的關系最終將溫度信息提供給用戶。
濕度傳感器采用濕敏電阻傳感器，根據濕敏材料吸收的土壤中的水分而導致本身電阻發(fā)生變化這一原理工作。利用濕敏電阻進行濕度測量和控制具有靈敏度高、體積小、壽命長、無需維護、可以進行集中控制等優(yōu)點使得本次實驗選擇它來測量濕度。
光照傳感器采用由半導體元件制成的光敏電阻傳感器。通過光線的作用導致阻值發(fā)生變化，但一般呈負相關，隨著光線的增加阻值變小，這種現象被稱為光電效應。根據這一原理完成與控制器的通信，很容易顯示給用戶。
在本次實驗中，土壤呼吸是測量二氧化碳的濃度，因此土壤呼吸傳感器即測量二氧化碳的傳感器，理論上理解為二氧化碳越多呼吸作用越強，反之亦然。
3.2.2 其他數據采集
小車通過四周安裝的紅外傳感器收集熱能信息，并能在植物當前區(qū)域滿足不了光照要求時自動移動到光照強的地方。
4 智能花盆的軟件設計
4.1 感知層設計
STM32處理器上的接口與傳感器和執(zhí)行器相連，通過串口網絡實現處理器與傳感器、執(zhí)行器的通信。傳感器可以通過串口網絡接收來自S5PV210的命令，實現數據通信[7]，而執(zhí)行器需要應用層調用驅動程序經過網絡層的串口網絡來驅動執(zhí)行器實現操作。
4.2 網絡層設計
由于可移動式智能花盆定位于家庭住宅中使用，大多數城市家庭都普及了無線網絡，目前WiFi物聯(lián)網系統(tǒng)充分利用現有普及的WiFi網絡資源，有效提高了無線網絡的通信距離和覆蓋面積，具有成本低、普及性好、兼容性強、傳輸帶寬寬、傳輸速度快、符合標準化等優(yōu)點，使得WiFi物聯(lián)網在國內外被廣泛應用在智能工業(yè)、智能家居、精細農業(yè)等領域[8]。如圖5所示的智能花盆機器人采用簡單的WiFi方式網絡節(jié)點（利用WiFi網卡插入Cortex A8處理器的USB接口實現操作）與移動終端設備進行通信和控制。
智能花盆中所采用的網絡節(jié)點是以IEEE802.11（WiFi技術）為代表的無線局域網（Wireless Local Area Network，WLAN）技術的補充版本，采用補償編碼鍵控調制方式及點對點模式在數據傳輸速率方面可以根據實際情況在11 Mb/s、5.5 Mb/s、2 Mb/s、1 Mb/s的不同速率間自動切換。1999年9月IEEE802.11b被正式批準，其中定義了介質訪問接入控制層（MAC層）和物理層，該標準規(guī)定WLAN工作頻率在2.4 GHz2.483 5 GHz的ISM頻段上總數據傳輸速率達到11 Mb/s，傳輸距離控制在1545 m之間。
移動設備利用微信掃描花盆顯示屏的二維碼來實現綁定，通過手機流量或在已接入WiFi的前提下對已接入無線網絡的智能花盆實現操控，最主要實現以下兩個功能：
（1）通過網絡節(jié)點發(fā)送的植物環(huán)境數據信息來實時監(jiān)控；
（2）通過無線局域網實現智能花盆與手機終端的通信，從而調節(jié)環(huán)境參數[9]。
4.3 應用層設計
由于智能花盆采用兩種硬件設備Cortex A8 + STM32處理器，所以應用層需要兩套軟件系統(tǒng)程序，一個是Android軟件程序，另一個是STM32軟件程序。
4.3.1 Android系統(tǒng)軟件
首先是Android的UI設計。智能花盆在Android手機界面需要監(jiān)控界面與設置界面。監(jiān)控界面可以實時監(jiān)測傳感數據；設置界面可讓用戶填寫植物參數（目前需要手動輸入植物環(huán)境參數）[10]。其次是執(zhí)行器的驅動開發(fā)。一般驅動程序都有相應的開源代碼，但由于驅動用C語言編寫，而Android用Java編寫，所以需要修改HAL和JNI的相關代碼來協(xié)助S5PV210處理器更容易的對硬件設備實施智能操控。
4.3.2 STM32系統(tǒng)軟件
STM32軟件主要負責采集溫度、土壤濕度及光照強度，同時處理由通過串口發(fā)過來的命令并返回響應。
軟件體系的三層協(xié)議總體實現結構如圖6所示。
5 結 語
此智能花盆機器人基于Cortex A8平臺研究設計，在方案中融入了傳感器技術、嵌入式技術和物聯(lián)網技術等，還對植物生長的最佳環(huán)境參數進行了分析。本設計可以自動調節(jié)植物適宜生長的環(huán)境參數，并且能夠長期穩(wěn)定可靠地運行，但采集數據和控制參數的精度有待提高。
參考文獻
[1]蔡宇，周泓，李許可，等.基于物聯(lián)網的抽屜式家用蔬菜生長柜控制系統(tǒng)[J].農機化研究，2015（4）：203-206.
[2]沈逢源，李高燕，劉思琪.植物組織培養(yǎng)過程中的影響因素[J].現代園藝，2011（5）：12.
[3]王海燕，高之圣.智能滴灌花盆控制器的研制[J].電子測試，2014（11）：18-19.
[4]徐高松.基于物聯(lián)網技術的智慧花盆的設計與實現[D].北京：中國科學院大學，2013.
[5]蘇詩淼.LED光對溫室植物生長的影響[J].安徽農業(yè)科學，2014，42（25）：8494-8496.
[6]曹麗平.基于物聯(lián)網的家庭園藝智能養(yǎng)護系統(tǒng)研究[D].杭州：浙江農林大學，2014.
[7]郝學晟，朱孟陽，李杏.自適應智能花盆的設計[J].科技致富向導，2014（8）：286.
[8]何勇，聶鵬程，劉飛.農業(yè)物聯(lián)網與傳感儀器研究進展[J].農業(yè)機械學報，2013，44（10）：216-226.
第6篇：電氣和自動化的區(qū)別范文
計算機網絡是當今計算機科學與工程中迅速發(fā)展的新興技術之一，也是計算機應用中一個空前活躍的領域。計算機網絡是計算機技術與通信技術相互滲透、密切結合而形成的交叉學科，網絡技術已經廣泛應用于辦公自動化、金融與商業(yè)電子化、電子政務、信息服務等領域。
計算機網絡是指通過通信子網，按照一系列協(xié)議將多個計算機主機或系統(tǒng)互連起來，實現資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。
建筑及居住區(qū)中的計算機網絡，往往是下圖中的計算機局域網絡。
計算機網絡要完成數據處理與數據通信兩大基本功能。網絡中的服務器及客戶機、各種軟件與信息資源組成資源子網，負責網絡的數據處理業(yè)務，向網絡用戶提供網絡資源與網絡服務。通信線路、交換機和路由器等設備構成通信子網，完成網絡數據傳輸、轉發(fā)等通信處理任務。交換機在網絡拓撲結構中稱為網絡節(jié)點，它一方面作為資源子網的服務器、客戶機連接的接口，將服務器和客戶機聯(lián)入網內；另一方面，又作為通信子網的分組存儲轉發(fā)節(jié)點，完成分組的接收、校驗、存儲、轉發(fā)等功能，實現將源主機的報文發(fā)送到目的主機的作用。
“計算機網絡結構圖”中的防火墻是網絡安全設施，用來檢查所有內部網與外部網之間的報文分組是否合法，網絡中傳送的數據是否會對網絡安全構成威脅。
世界上很多網絡是互聯(lián)在一起的，這樣的集合稱為互聯(lián)網（Internet）。廣域網的通信子網，是指由網絡經營者擁有的路由器和通信線路的集合，通常被稱為公用網。公用網提供多種數據通信服務，如SMDH、X.25、幀中繼、ATM等。智能化建筑或數字社區(qū)中的計算機是通過公用網訪問世界其他地方的信息資源。
應用服務系統(tǒng)是指完成特定功能的軟件，這些功能是使用計算機及計算機網絡的最終結果。文字處理軟件、Web瀏覽器和圖像編輯程序、數據庫應用程序等都是應用服務程序。一個數據庫應用管理系統(tǒng)，可以是一個單位的財務管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)等。
計算機網絡體系結構
計算機網絡的最大特點是通過不同的通信介質把不同廠家、不同操作系統(tǒng)的計算機和其他相關設備（例如打印機、傳感器等）連接在一起，打破時間和空間的界限，共享軟硬件資源和進行信息傳輸。然而，為了實現不同傳輸介質上的不同軟硬件資源之間的通信共享，這就需要計算機與相關設備按照相同的協(xié)議，也就是通信規(guī)則的集合來進行通信。由于計算機網絡需要連接各種不同廠家的計算機軟硬件資源和設備，通信協(xié)議被劃分為許多具有不同功能的層次，以使人們可以從某一個協(xié)議層次開始，屏蔽低層協(xié)議軟件和相關硬件之間的差異與區(qū)別，從而保證高層協(xié)議與應用之間的互連、互通與資源共享。因此，網絡體系結構也就是構成計算機網絡的軟硬件產品的標準。
網絡體系結構是計算機網絡的分層、各層協(xié)議和層間接口的集合。不同的計算機網絡具有不同的體系結構，其層的數量、各層的名字、內容和功能以及各相鄰層之間的接口都不一樣。
至今為止，計算機網絡經過了20世紀70年代的各公司為主的計算機網絡體系結構并存，80年代的ISO／OSI參考模型以及90年代的以Internet體系結構為主潮流的幾個發(fā)展階段。盡管當前計算機網絡的體系結構是以TCP／IP協(xié)議為主的Internet結構，ISO／OSI參考模型等網絡體系結構仍對計算機網絡的發(fā)展做出了巨大貢獻。
1. ISO/OSI網絡體系結構
OSI網絡體系結構（open systems Interconnection）是由國際標準化組織（ISO）提出和定義的計算機網絡的分層、各層協(xié)議和層間接口的集合。
制訂OSI網絡體系結構的背景是，70年代，各公司紛紛提出了自己的網絡體系結構，而這些網絡體系結構所構成的網絡之間無法互相通信和互操作。為了在更大范圍內共享資源和通信，人們迫切需要一個共同的可以參照的標準，使得不同廠商的軟硬件資源和設備能夠互通和互操作。OSI網絡體系結構（或稱OSI參考模型）于 1977年被ISO的信息技術委員會TC97提出以后，TC97又分別為它的各層指定了協(xié)議標準，從而使OSI網絡體系結構更為完善。
OSI參考模型如上圖所示（省略了物理介質）。該模型基于國際標準化組織（ISO）的建議，作為各種層上使用的協(xié)議國際標準化而發(fā)展起來的。這一模型被稱作 ISO/OSI開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（ Open System interconnection reference model），因為它是關于如何把開放式系統(tǒng)連接起來的，所以常簡稱它為OSI模型。
OSI模型有7層，其分層原則如下：
(1)根據不同層次的抽象分層；
(2)每層應當實現一個定義明確的功能；
(3)每層功能的選擇應該有助于制定網絡協(xié)議的國際標準；
(4)各層邊界的選擇應盡量減少跨過接口的通信量；
(5)層數應足夠多，以避免不同的功能混雜在同一層中，但也不能太多，否則體系結構會過于龐大。
OSI模型本身不是網絡體系結構的全部內容，這是因為它并未確切地描述用于各層的協(xié)議和服務，它僅僅告訴我們每一層應該做什么。不過，ISO已經為各層制定了標準，但它們并不是參考模型的一部分，是作為獨立的國際標準公布的。
2. Internet網絡體系結構
Internet網絡體系結構以TCP／IP協(xié)議為核心。其中IP協(xié)議用來給各種不同的通信子網或局域網提供一個統(tǒng)一的互聯(lián)平臺，TCP協(xié)議則用來為應用程序提供端到端的通信和控制功能。
Internet并不是一個實際的物理網絡或獨立的計算機網絡，它是世界上各種使用統(tǒng)一TCP／IP協(xié)議的網絡的互連。Internet已是一個在全球范圍內急劇發(fā)展、且占主導地位的計算機互連網絡。
TCP／IP參考模型共分4層（見下頁表）。
局域網技術
局域網出現后不久，其產品的數量和品種迅速增多，用戶為了能在不同廠家生產的局域網間很方便地進行通信，迫切希望有一個局域網的標準。美國電氣和電子工程師學會于1980年成立的IEEE 802委員會，對此做出了積極的貢獻，它所制定的IEEE 802標準已逐步成為國際標準。我們國家除第11部分修改采用國際標準外，其余部分等同采用國際標準，了國家標準，標準號GB/T 15629系列標準。
GB/Z 15629.1――信息技術 系統(tǒng)間遠程通信和信息交換局域網和城域網 特定要求 第1部分:局域網標準綜述；
GB/T 15629.2――信息處理系統(tǒng) 局域網 第2部分:邏輯鏈路控制；
GB/T 15629.3――信息處理系統(tǒng) 局域網 第3部分:帶碰撞檢測的載波偵聽多址訪問(CSMA/CD)的訪問方法和物理層規(guī)范；
GB/T 15629.5――信息技術 局域網和城域網 第5部分：令牌環(huán)訪問方法和物理層規(guī)范；
GB 15629.11――信息技術 系統(tǒng)間遠程通信和信息交換局域網和城域網 特定要求 第11部分: 無線局域網媒體訪問控制和物理層規(guī)范。
1．局域網的組成
一個典型的局域網包含四個組成部分：
服務器（Server）：為多個網絡用戶提供服務的共享設備；
工作站（ Professional）：用戶使用的計算機；
網絡通信系統(tǒng)（Network Communications System）：連接工作站和服務器的設備；
網絡操作系統(tǒng)（Network Operating System）：管理網絡硬件操作的軟件。
其中，服務器、工作站以及網絡通信系統(tǒng)為網絡中的硬件部分，網絡操作系統(tǒng)為網絡中的軟件部分。
2．服務器
服務器運行網絡操作系統(tǒng)，能夠為每個工作站的用戶提供豐富的網絡服務，如文件服務、打印服務、Web服務、FTP服務、E-mail服務、數據庫服務、索引服務等等。
服務器大多是專用的，對硬件的配置要求非常高，通常應具有一個或多個高速CPU、一個或多個大容量硬盤、比普通計算機標準配置多4至8倍或更高的內存、更加穩(wěn)定的主板和電源。但是，服務器對顯示沒有過高的要求，因為服務器很少有人對它直接進行操作。有了這樣的配置，才能保證服務器具有更快的速度、更堅固的結構以及更強的可擴展性。某些服務器從硬件上直接支持磁盤雙工，即服務器上的兩個磁盤組執(zhí)行完全相同的工作，當一個磁盤組出現故障時，系統(tǒng)將自動切換至第二個磁盤組，從而保證整個網絡系統(tǒng)的可靠性。
3．工作站
當一臺計算機連接到網絡時，它便成為網絡上的一個節(jié)點，該節(jié)點又稱為工作站或客戶機（Client）。對于使用不同操作系統(tǒng)的計算機，若要使其成為網絡的一個客戶機，即使該計算機能夠訪問網上的資源，還應根據客戶機所運行的操作系統(tǒng)和網絡操作系統(tǒng)的不同而運行適當的程序，或進行適當的設置。對于運行 Windows 95／98／Me的用戶，只要經過網絡管理員的授權（即提供域名、賬號和口令），在本機上稍加設置即可登錄上網。
工作站的配置通常要求不高，只要能夠運行常用的操作系統(tǒng)和應用程序即可，如常用的 486、586或 P-11的標準配置。此外，有些工作站還可以沒有硬盤，需要登錄網絡時，運行服務器中保存的操作系統(tǒng)和應用程序。
4. 網絡通信系統(tǒng)
通信線路、交換設備等組成網絡通信系統(tǒng)。用戶創(chuàng)建網絡時，需要在每一臺PC和服務器安裝一塊特殊的板卡，然后使用電纜把它們相互連接起來。這種接口板是網絡適配器，在大多數網絡類型中，每個設備連接到交換機。連接兩個或者多個網絡時，可以使用路由器（Router）、網橋（Bridge）或者網關（Gateway）。
大多數類型的網絡通信系統(tǒng)能夠提供的通信速度范圍是從每秒2Mb到250Mb。由于電纜必須連接網絡上的每一臺工作站，網絡的距離擴展必然受到限制。一般地，網絡必須限制在建筑物或者園區(qū)以內。
無線網絡是網絡中的新生代。對于局域連接，無線傳輸常常用來連接工作站；對于長途連接，需要使用微波傳輸或者紅外傳輸。
(1) 交換機
交換機是主導網絡系統(tǒng)的集線設備，大部分交換機是在OSI參考模型的數據鏈路層（第二層）操作。
如果把集線器看成一條內置的以太網總線，交換機就可以看作由多條總線構成交換矩陣的互聯(lián)系統(tǒng)。每一個交換機端口對應著一條高出一個數量級的背板帶寬總線，背板總線與一個交換引擎相連接。不同端口間的數據包經背板總線進入交換引擎，通過存儲轉發(fā)、直通轉發(fā)和準直通轉發(fā)模式進行交換。
(2) 路由器
所謂“路由”，是指把數據從一個地方傳送到另一個地方的行為和動作，而路由器，正是執(zhí)行這種行為動作的機器，是一種連接多個網絡或網段的網絡設備，它能將不同網絡或網段之間的數據信息進行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀懂”對方的數據，從而構成一個更大的網絡。
路由器主要有以下幾種功能：
網絡互連，路由器支持各種局域網和廣域網接口，主要用于互聯(lián)局域網和廣域網，實現不同網絡互相通信；
數據處理，提供包括分組過濾、分組轉發(fā)、優(yōu)先級、復用、加密、壓縮和防火墻等功能；
網絡管理，路由器提供包括配置管理、性能管理、容錯管理和流量控制等功能。
為了完成“路由”的工作，在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關數據――路由表，供路由選擇時使用。路由表中保存著子網的標志信息、網上路由器的個數和下一個路由器的名字等內容。路由表可以是由系統(tǒng)管理員固定設置好的，也可以由系統(tǒng)動態(tài)修改，可以由路由器自動調整，也可以由主機控制。由系統(tǒng)管理員事先設置好固定的路由表稱之為靜態(tài)路由表，一般是在系統(tǒng)安裝時就根據網絡的配置情況預先設定的，它不會隨未來網絡結構的改變而改變。動態(tài)路由表是路由器根據網絡系統(tǒng)的運行情況而自動調整的路由表。路由器根據路由選擇協(xié)議提供的功能，自動學習和記憶網絡運行情況，在需要時自動計算數據傳輸的最佳路徑。
(3) 防火墻
防火墻是目前一種最重要的網絡防護設備。防火墻是位于兩個(或多個)網絡間，實施網絡之間訪問控制的一組組件集合。
防火最初的設計思想是對內部網絡總是信任的，而對外部網絡卻總是不信任的，所以最初的防火墻是只對外部進來的通信進行過濾，而對內部網絡用戶發(fā)出的通信不作限制。當然目前的防火墻在過濾機制上有所改變，不僅對外部網絡發(fā)出的通信連接要進行過濾，對內部網絡用戶發(fā)出的部分連接請求和數據包同樣需要過濾，但防火墻仍只對符合安全策略的通信通過，也可以說具有“單向導通”性。
典型的防火墻具有以下三個方面的基本特性：
內部網絡和外部網絡之間的所有網絡數據流都必須經過防火墻。
只有符合安全策略的數據流才能通過防火墻。
防火墻自身應具有非常強的抗攻擊免疫力。
5. 網絡操作系統(tǒng)
操作系統(tǒng)是局域網中的一個重要部分，它用來管理和控制計算機的硬件資源。早期的網絡操作系統(tǒng)主要功能集中于資源共享方面，而現在的網絡操作系統(tǒng)則要管理較多的東西，如用戶管理、 Internet服務管理等。目前較多使用的網絡操作系統(tǒng)主要包括 UNIX、 Novell公司的 Netware、Microsoft公司的 Windows系統(tǒng)以及 Linux系統(tǒng)等。
6. 局域網的結構類型
組建局域網時，根據網絡安裝的費用、網絡的靈活性和可靠性來選擇網絡中各節(jié)點相互連接的結構類型，也即是網絡的拓撲結構。構建局域網的拓撲結構有很多種，其中最常見的有星型（Star）網絡拓撲結構、總線型（Bus）網絡拓撲結構和環(huán)型（Ring）網絡拓撲結構。在實際應用中，有時會將網絡的結構結合在一起，增強網絡的穩(wěn)定性和安全性。
（1） 星型網絡拓撲結構
星型網絡拓撲結構是指每一個遠程節(jié)點都通過一條單獨的通信線路直接與中心節(jié)點聯(lián)結。中央設備可以是文件服務器本身，也可以是一個專門的接線中心，如集線器或者交換機。某些集線器或者交換機具有內置的診斷設備，這些設備可用廠家提供的軟件包進行管理。
星型網絡拓撲結構的一種擴充便是星型樹。每個Hub與用戶的連接仍為星型，Hub的級連而形成樹。星型網絡拓撲結構的特點主要表現在下面幾個方面：
功能高度集中：整個網絡的處理和控制功能高度集中在中心節(jié)點。
響應時間與終端數目有關：當終端數目較少時，終端的請求能夠獲得及時響應，但隨著終端數目的增多，響應時間也隨著加長。
單信息流通路徑：每個終端通常只有一條信息流通路徑到達中心節(jié)點，反之亦然，因此不存在路徑選擇問題。
線路利用率低：每條通信線路只連接一個終端，使該線路利用不充分。
(2) 總線型網絡拓撲結構
總線型網絡拓撲結構中，文件服務器和所有工作站都連在一條主干電纜上。信號和分組根據目的地址，在電纜中上下傳輸。每個節(jié)點都檢查網上分組的地址，看看是否與自己的站址相符。
總線型網絡拓撲結構的特點主要表現在下面幾個方面：
信道利用率高：由于多個節(jié)點共用一條傳輸信道，因此信道利用率較高。
地理覆蓋范圍?。汗每偩€的長度受到一定的限制，通常小于幾千米，節(jié)點至總線的連接線也較短，因此一般局限于某個單位。
網絡建造容易：由于網絡的物理結構簡單，將節(jié)點連接到總線上也容易，相應地，傳輸控制機構也簡單。
(3) 環(huán)型網絡拓撲結構
在環(huán)型網絡拓撲結構中，信號沿一個方向在閉合環(huán)路電纜中傳播。網上傳輸的數據都賦有一個具體地址，該地址也是網上某站的地址。環(huán)型網絡拓撲結構的特點主要表現在下面幾個方面：
傳輸時延的確定性：從某源點發(fā)出的信息能在確定的時間內到達目標節(jié)點。基于這一特點，可構成實時性要求較高的網絡。
可靠性差：當環(huán)路上任何一個轉發(fā)器或者兩個轉發(fā)器之間的連線發(fā)生故障時，都將導致整個網絡癱瘓，因此，基本環(huán)型網絡是不可靠的。
靈活性差：無論在增加或減弱網絡節(jié)點時，都需要斷開原有環(huán)路，并對介質訪問控制進行靈活調整。
網絡建造容易：由于網絡中的每個轉發(fā)器都只與相鄰的兩個轉發(fā)器相連接，這使網絡結構簡單，且介質訪問控制也不復雜，所以網絡建造比較容易。
7. 以太網
以太網（Ethernet）以其高度靈活，相對簡單，易于實現的特點，成為當今最重要的一種局域網技術。雖然其它網絡技術也曾經被認為可以取代以太網的地位，但是絕大多數的網絡技術人員仍然把以太網作為首選的網絡解決方案。以太網所采用的傳輸機制仍然是目前網絡數據傳輸的重要基礎。
(1) 以太網的主要優(yōu)點
容易安裝：對于以太網，用戶能夠使用大量不同類型的電纜。用戶能夠以一種成本合理的方式完成安裝。在某些安裝中，用戶能夠使用建筑物中已經存在的電話布線。
廣泛使用：因為以太網是使用最廣泛的結構，許多廠商使用它、改善并且優(yōu)化它的性能。以太網廣泛使用的另一個好處就是互操作性，如果一家使用以太網的公司希望把它的一個網絡和另一家公司連接起來，很可能另一家公司使用的也是以太網。
速度：以太網可提供高達1000MbpS的速度。
(2) 以太網從提出到現在主要經歷了三個不同技術時代
以太網：即傳統(tǒng)上說的以太網（GB/T 15629.3），采用同軸電纜作為網絡媒體，傳輸速率10Mbps。
100Mbps以太網：又稱為快速以太網，采用雙絞線作為網絡媒體，傳輸速率達到100Mbps。
1000Mbps以太網：又稱為千兆以太網，采用光纜或雙絞線作為網絡媒體，傳輸速率達到 1000Mbps。
目前，1000Mbps以太網主要用于交換機到服務器的升級、交換到交換的升級、交換式快速以太網主干網部分的升級和高性能工作站的升級。
同現有的其他高速網絡技術（如ATM）相比，千兆以太網最大的優(yōu)點在于它對現有以太網的兼容性。與快速以太網一樣，千兆以太網使用與10MbpS以太網相同的幀格式和幀大小，以及相同的CSMA／CD協(xié)議。這意味著廣大的以太網用戶能夠在保留現有應用程序、操作系統(tǒng)、IP、IPX及AppleTalk等協(xié)議以及網絡管理平臺與工具的同時，可以對現有以太網進行平滑的、無中斷的升級，無需增加附加的協(xié)議?；蛑虚g件。并且千兆以太網還繼承了以太網和快速以太網的其他特點，如可靠性較高、易于管理等。
