电气自动化专业知识技能概述

一、专业基础知识

1. 电路理论

• 基本概念：电流、电压、电阻、电容、电感等。
• 定律与定理：欧姆定律、基尔霍夫定律（KCL和KVL）、戴维南定理、诺顿定理等。
• 分析方法：节点电压法、网孔电流法、叠加原理、电源变换等。

2. 模拟电子技术

• 半导体器件：二极管、三极管、场效应管（MOSFET）等。
• 放大电路：共射、共集、共基放大器，差分放大器，运算放大器的应用（如加法器、减法器、积分器、微分器）。
• 反馈与稳定性：负反馈的类型及其对系统性能的影响，频率响应分析。

3. 数字电子技术

• 逻辑门电路：AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR等基本逻辑门。
• 组合逻辑电路：编码器、译码器、多路选择器、比较器等。
• 时序逻辑电路：触发器（D触发器、JK触发器）、计数器、移位寄存器等。
• 可编程逻辑器件：PLD、FPGA的基本结构和应用。

4. 自动控制理论

• 经典控制理论：传递函数、方框图化简、根轨迹法、频域分析（Bode图、Nyquist图）、PID控制器设计。
• 现代控制理论：状态空间表示法、能控性与能观性、状态反馈与极点配置、最优控制（LQR）、卡尔曼滤波。

5. 电机学

• 直流电机：工作原理、特性曲线、调速方法。
• 交流电机：异步电机（感应电机）、同步电机的结构与工作原理，变频调速技术。
• 特种电机：步进电机、伺服电机、直线电机的应用。

6. 电力电子技术

• 功率半导体器件：SCR、GTO、IGBT、MOSFET的特性与应用。
• 变流技术：整流（AC-DC）、逆变（DC-AC）、斩波（DC-DC）、交流调压（AC-AC）电路的设计与控制。
• 谐振转换器：LLC谐振变换器的工作原理与优势。

二、核心专业技能

1. PLC编程与应用

• 主流品牌：西门子（SIMATIC S7系列）、三菱（FX系列）、欧姆龙（CP/CJ系列）。
• 编程语言：梯形图（LD）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）、顺序功能图（SFC）。
• 典型应用：工业流水线控制、电梯控制系统、水处理系统、HMI人机界面集成。

2. SCADA系统设计与实施

• 架构组成：上位机软件（如WinCC、iFIX）、远程终端单元（RTU）、通信网络（Modbus、Profibus、Ethernet/IP）。
• 数据采集与监控：实时数据库管理、报警处理、历史数据存储与趋势分析。
• 行业应用：电力调度系统、油气管道监控、智能制造MES系统集成。

3. 工业机器人与运动控制

• 机器人类型：六轴关节臂机器人、SCARA机器人、Delta并联机器人。
• 编程方式：示教再现编程、离线编程（OLP）、基于ROS的自主导航开发。
• 集成应用：汽车焊接生产线、3C产品装配、物流分拣系统。

4. 工业物联网（IIoT）与智能制造

• 通信协议：OPC UA、MQTT、TSN（时间敏感网络）、5G+工业互联网。
• 边缘计算：Predix平台、MindSphere平台的部署与优化。
• 数字孪生技术：虚拟调试、预测性维护、能效管理系统。

5. 变频器与伺服驱动

• 矢量控制：FOC（磁场定向控制）算法实现高精度转矩/速度控制。
• 参数整定：增益调整、惯量匹配、振动抑制算法。
• 节能应用：风机水泵类负载的变频节能改造案例分析。

三、进阶拓展能力

1. MATLAB/Simulink仿真建模

• 动态系统建模：建立电机驱动系统的数学模型并进行仿真验证。
• 控制算法开发：模糊PID控制器设计、滑模变结构控制的实现。
• 代码生成：自动生成嵌入式C代码用于实际控制器部署。

2. EMC设计与可靠性工程

• 电磁兼容性：PCB布局中的串扰抑制、接地设计、屏蔽技术。
• 故障诊断：FMEA（失效模式与影响分析）、FTA（故障树分析）方法论。
• 环境适应性：高低温测试、振动冲击试验、盐雾腐蚀防护措施。

3. 人工智能在自动化中的应用

• 机器学习：支持向量机（SVM）用于设备健康状态评估。
• 深度学习：卷积神经网络（CNN）实现视觉缺陷检测。
• 强化学习：AGV路径规划的Q-learning算法实践。

四、典型应用场景示例

五、职业发展建议

1. 认证体系：考取注册电气工程师（供配电）、ISA-CAP自动化专业认证。
2. 工具链掌握：熟练使用TIA Portal、Codesys、LabVIEW等工程套件。
3. 跨学科融合：加强Python数据分析能力，了解云计算架构基础。
4. 行业标准跟进：持续关注IEC 61131-3、IEC 61499等国际标准的更新动态。