[DOI]10.3969/j.issn.1672-0407.2024.09.064
[摘 要]邊緣計(jì)算技術(shù)在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中扮演關(guān)鍵角色,通過實(shí)時(shí)響應(yīng)與智能控制提升系統(tǒng)性能。同時(shí),智能電網(wǎng)與可再生能源的融合實(shí)現(xiàn)了高效電力負(fù)荷調(diào)度和節(jié)能減排。這些技術(shù)進(jìn)步共同推動(dòng)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)向更高效、可持續(xù)的方向發(fā)展。
[關(guān)鍵詞]邊緣計(jì)算;實(shí)時(shí)響應(yīng);智能控制;智能電網(wǎng);可再生能源
[中圖分類號(hào)]TP2文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
隨著科技的不斷進(jìn)步,電氣自動(dòng)化系統(tǒng)正逐漸成為現(xiàn)代工業(yè)和社會(huì)發(fā)展的重要支撐。邊緣計(jì)算技術(shù)的引入為電氣自動(dòng)化系統(tǒng)帶來了革命性的變革,使其能夠?qū)崟r(shí)感知環(huán)境變化并做出快速響應(yīng)。同時(shí),智能電網(wǎng)與可再生能源的融合,進(jìn)一步推動(dòng)了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的高效運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展。這些技術(shù)的應(yīng)用,不僅提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性,還為節(jié)能減排和應(yīng)對(duì)全球氣候變化做出了積極貢獻(xiàn)。本文將深入探討邊緣計(jì)算技術(shù)在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用及其帶來的技術(shù)變革,以及智能電網(wǎng)與可再生能源融合所帶來的深遠(yuǎn)影響。
1 智能化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
如今,智能化技術(shù)已在工業(yè)領(lǐng)域嶄露頭角,成為推動(dòng)其發(fā)展的關(guān)鍵力量。在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中,智能化技術(shù)的應(yīng)用更是如魚得水,大放異彩。通過引入智能化技術(shù),電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的自動(dòng)化水平得到了顯著提升,許多繁瑣的人工操作被自動(dòng)化流程所替代,大大提高了生產(chǎn)效率。此外,智能化技術(shù)還賦予了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)強(qiáng)大的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析能力。通過對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和分析,智能化技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題,為決策者提供準(zhǔn)確、及時(shí)的信息支持。這不僅有助于優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行,提高能源利用效率,還能有效預(yù)防和減少故障的發(fā)生,確保生產(chǎn)安全。
2 當(dāng)前電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中常見的缺陷及解決策略
2.1 安全漏洞和網(wǎng)絡(luò)威脅
隨著電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,其面臨的安全問題也日益突出。網(wǎng)絡(luò)攻擊、惡意軟件入侵和數(shù)據(jù)泄露等安全漏洞,不僅可能導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓,還可能造成重大經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺陷、密碼管理不當(dāng)、軟件更新滯后等,都是造成安全漏洞的主要原因。為了應(yīng)對(duì)這些威脅,必須強(qiáng)化系統(tǒng)安全防護(hù)措施,如加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全管理、定期進(jìn)行安全漏洞掃描和修復(fù)、增強(qiáng)用戶安全意識(shí)等。同時(shí),研發(fā)更為先進(jìn)的安全防護(hù)技術(shù),如入侵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)加密技術(shù)等,這也是保障電氣自動(dòng)化系統(tǒng)安全的關(guān)鍵。
2.2 兼容性和標(biāo)準(zhǔn)化問題
在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中,不同設(shè)備、軟件和系統(tǒng)之間的兼容性問題,常常導(dǎo)致信息傳遞不暢、操作復(fù)雜和效率低下。由于缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),不同廠商的產(chǎn)品往往難以兼容,這給用戶帶來了很大的不便。為了解決這一問題,推動(dòng)電氣自動(dòng)化行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)至關(guān)重要。制定統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式和通信協(xié)議,能夠大大提高系統(tǒng)的兼容性和互操作性,降低用戶使用成本和維護(hù)難度。
2.3 復(fù)雜性與可維護(hù)性
電氣自動(dòng)化系統(tǒng)通常涉及多個(gè)子系統(tǒng)和組件,其復(fù)雜性隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大而增加。復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不僅增加了維護(hù)難度,還可能導(dǎo)致故障難以定位和修復(fù)。為了提高系統(tǒng)的可維護(hù)性,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注重簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高模塊化程度,并采用故障診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)手段。此外,建立完善維護(hù)管理制度和應(yīng)急預(yù)案,也能有效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)故障,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
2.4 能源效率和可持續(xù)性
電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在提高生產(chǎn)效率的同時(shí),也帶來了能源消耗和環(huán)境污染等問題。傳統(tǒng)的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)往往忽視了能源效率和可持續(xù)性,導(dǎo)致能源浪費(fèi)和環(huán)境壓力增加。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn),系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中應(yīng)充分考慮能源效率和環(huán)保要求。采用節(jié)能技術(shù)和設(shè)備、優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行模式、推動(dòng)可再生能源的應(yīng)用等,都是提高能源效率和可持續(xù)性的有效途徑。同時(shí),還應(yīng)加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)教育,提高全社會(huì)對(duì)可持續(xù)發(fā)展的認(rèn)識(shí)和重視程度。
3 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的智能化技術(shù)應(yīng)用
3.1 智能傳感器的廣泛應(yīng)用
智能傳感器是電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中一種非常重要的智能化技術(shù)。智能傳感器是一種能夠感知、測(cè)量、轉(zhuǎn)換和傳輸物理量或化學(xué)量的裝置,能夠?qū)⑺兄降男畔⑦M(jìn)行處理,并輸出數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境和設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。智能傳感器在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛,例如用于測(cè)量溫度、壓力、流量、液位等物理量,以及檢測(cè)氣體濃度、濕度等化學(xué)量。通過智能傳感器,系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境和設(shè)備的精確監(jiān)測(cè)和控制,從而提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和運(yùn)行效率。
智能傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性和易于集成等。與傳統(tǒng)的傳感器相比,智能傳感器具有更高的智能化程度,能夠自主完成數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸和控制等任務(wù),減少了人工干預(yù)和誤差。此外,智能傳感器還可以通過網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制,使得設(shè)備的維護(hù)和管理更加便捷和高效。
在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中,智能傳感器的廣泛應(yīng)用為系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化提供了有力的支持。未來,隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,智能傳感器將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用,為工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展注入新的動(dòng)力。
3.2 人工智能在電力系統(tǒng)優(yōu)化中的突破
隨著科技的快速發(fā)展,人工智能(AI)技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域中取得了顯著的突破。在電力系統(tǒng)中,AI的應(yīng)用更是為電力系統(tǒng)的優(yōu)化帶來了革命性的變革。本節(jié)將從高精準(zhǔn)電力需求預(yù)測(cè)和智能化電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度與供電兩個(gè)方面,探討AI在電力系統(tǒng)優(yōu)化中的突破。
3.2.1 高精準(zhǔn)電力需求預(yù)測(cè)
電力需求預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)優(yōu)化中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),它對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和資源的合理分配具有重要意義。傳統(tǒng)的電力需求預(yù)測(cè)方法往往依賴于歷史數(shù)據(jù)和人工經(jīng)驗(yàn),難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的電力需求變化。AI技術(shù)的應(yīng)用使得電力需求預(yù)測(cè)變得更加精準(zhǔn)和高效。
AI技術(shù)可以通過對(duì)大量的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和分析,建立起精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)模型。這些模型可以充分考慮各種影響電力需求的因素,如天氣、季節(jié)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力需求的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。同時(shí),AI技術(shù)還可以實(shí)時(shí)地收集和處理各種數(shù)據(jù),對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)更新和調(diào)整,使得預(yù)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。
高精準(zhǔn)的電力需求預(yù)測(cè)對(duì)于電力系統(tǒng)的優(yōu)化具有重要意義。它可以幫助電力系統(tǒng)提前規(guī)劃和調(diào)整資源分配,避免電力供應(yīng)不足或過剩的情況發(fā)生。同時(shí),精準(zhǔn)的電力需求預(yù)測(cè)還可以幫助電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更加智能化地管理和運(yùn)行,提高電力系統(tǒng)的整體效率和穩(wěn)定性。
3.2.2 智能化電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度與供電
電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度與供電是確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)調(diào)度往往依賴于人工經(jīng)驗(yàn)和固定的規(guī)則,難以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況和復(fù)雜多變的電力需求[1]。而AI技術(shù)的應(yīng)用,使得電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度與供電變得更加智能化和高效。
AI技術(shù)可以通過對(duì)電力系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集和處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)測(cè)。基于這些數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)結(jié)果,AI技術(shù)可以自動(dòng)地生成調(diào)度方案和優(yōu)化供電策略,確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和資源的合理分配。同時(shí),AI技術(shù)還可以對(duì)突發(fā)情況進(jìn)行快速響應(yīng)和處理,避免電力系統(tǒng)的故障和事故。
智能化電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度與供電不僅可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率,還可以降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本和維護(hù)成本。通過智能化的調(diào)度和供電策略,電力系統(tǒng)可以更加合理地分配資源,減少能源浪費(fèi)和排放污染。同時(shí),智能化的調(diào)度和供電策略還可以提高電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和可靠性,滿足用戶對(duì)于電力供應(yīng)的多樣化需求。
AI技術(shù)在電力系統(tǒng)優(yōu)化中的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的突破。通過高精準(zhǔn)電力需求預(yù)測(cè)和智能化電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度與供電策略,AI技術(shù)為電力系統(tǒng)的優(yōu)化帶來了革命性的變革。未來隨著AI技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,相信其在電力系統(tǒng)優(yōu)化中的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛和深入。
3.3 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中邊緣計(jì)算技術(shù)的實(shí)時(shí)決策支持
3.3.1 實(shí)時(shí)響應(yīng)與智能控制
在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中,邊緣計(jì)算技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)為實(shí)時(shí)響應(yīng)和智能控制提供了強(qiáng)大的支持。邊緣計(jì)算的核心思想是將數(shù)據(jù)處理和分析任務(wù)從中心服務(wù)器推向網(wǎng)絡(luò)的邊緣,即設(shè)備或終端,從而在數(shù)據(jù)生成源頭進(jìn)行即時(shí)處理。這使得電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠迅速對(duì)各類輸入做出反應(yīng),大大減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t,提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
在實(shí)時(shí)響應(yīng)方面,邊緣計(jì)算技術(shù)使得電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠即時(shí)感知到環(huán)境的變化,如設(shè)備狀態(tài)、電力負(fù)荷等,并快速做出相應(yīng)的調(diào)整。這種即時(shí)性對(duì)于許多需要快速響應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景來說至關(guān)重要,如工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上的故障檢測(cè)與修復(fù),智能電網(wǎng)中的故障隔離與恢復(fù)等。
在智能控制方面,邊緣計(jì)算技術(shù)通過實(shí)時(shí)收集和分析數(shù)據(jù),為電氣自動(dòng)化系統(tǒng)提供了更加精準(zhǔn)的控制策略[2]。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)往往依賴于預(yù)設(shè)的規(guī)則和模型,而邊緣計(jì)算技術(shù)則可以通過機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)算法,從海量數(shù)據(jù)中提取出有用的信息,并實(shí)時(shí)調(diào)整控制策略,使得電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種復(fù)雜多變的環(huán)境。
3.3.2 實(shí)時(shí)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)與調(diào)度決策
邊緣計(jì)算技術(shù)在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用還體現(xiàn)在實(shí)時(shí)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)與調(diào)度決策方面。隨著可再生能源的大規(guī)模接入和電力市場(chǎng)的逐步開放,電力負(fù)荷的波動(dòng)性和不確定性日益增加,這給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了極大的挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法往往依賴于歷史數(shù)據(jù)和人工經(jīng)驗(yàn),難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來的負(fù)荷變化。而邊緣計(jì)算技術(shù)則可以通過實(shí)時(shí)收集和分析電力負(fù)荷數(shù)據(jù),結(jié)合先進(jìn)的預(yù)測(cè)算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)電力負(fù)荷的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。這不僅有助于電力系統(tǒng)提前做好準(zhǔn)備,應(yīng)對(duì)負(fù)荷的波動(dòng)和不確定性,還可以為電力系統(tǒng)的調(diào)度決策提供有力支持。
在調(diào)度決策方面,邊緣計(jì)算技術(shù)可以為電力系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)分析和優(yōu)化建議。通過對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析,邊緣計(jì)算技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患和運(yùn)行瓶頸,并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施[3]。這不僅可以提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性,還可以降低運(yùn)營(yíng)成本和維護(hù)成本。
3.3.3 技術(shù)性特色
邊緣計(jì)算技術(shù)在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用具有鮮明的技術(shù)特色。
邊緣計(jì)算技術(shù)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和就地處理性。通過將數(shù)據(jù)處理和分析任務(wù)推向網(wǎng)絡(luò)邊緣,邊緣計(jì)算技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的即時(shí)處理和分析,從而提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和決策準(zhǔn)確性。
邊緣計(jì)算技術(shù)注重設(shè)備的智能化和自適應(yīng)性。通過集成先進(jìn)的傳感器、控制器和算法,邊緣計(jì)算技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制策略的動(dòng)態(tài)調(diào)整,使得電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種復(fù)雜多變的環(huán)境。
邊緣計(jì)算技術(shù)還具有高度的可擴(kuò)展性和靈活性。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)的不斷發(fā)展,邊緣計(jì)算技術(shù)可以方便地與其他技術(shù)進(jìn)行融合和擴(kuò)展,從而滿足電氣自動(dòng)化系統(tǒng)不斷升級(jí)和擴(kuò)展的需求。這些技術(shù)性特色使得邊緣計(jì)算技術(shù)在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
3.4 智能電網(wǎng)與可再生能源的融合
3.4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)整可再生能源的發(fā)電狀況
隨著可再生能源的廣泛應(yīng)用,智能電網(wǎng)技術(shù)為其實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)整發(fā)電狀況提供了有力支持[4]。智能電網(wǎng)通過先進(jìn)的傳感技術(shù)和數(shù)據(jù)分析,能夠?qū)崟r(shí)獲取各類可再生能源發(fā)電設(shè)施的運(yùn)行數(shù)據(jù),包括風(fēng)速、光照強(qiáng)度、發(fā)電功率等。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析處理,智能電網(wǎng)可以預(yù)測(cè)可再生能源的發(fā)電趨勢(shì),及時(shí)調(diào)整電力負(fù)荷,確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。這不僅提高了可再生能源的利用率,還有助于降低電力成本,推動(dòng)清潔能源的廣泛應(yīng)用。
3.4.2 智能電力負(fù)荷調(diào)度
智能電網(wǎng)通過智能電力負(fù)荷調(diào)度,實(shí)現(xiàn)了對(duì)可再生能源的高效利用。智能調(diào)度系統(tǒng)能夠根據(jù)可再生能源的發(fā)電狀況,合理安排電力負(fù)荷,優(yōu)先使用清潔能源,減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴。同時(shí),智能電網(wǎng)還能實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷的遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)度,提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。這種智能調(diào)度模式不僅有助于節(jié)能減排,還能促進(jìn)電力市場(chǎng)的健康發(fā)展,為用戶提供更加穩(wěn)定、可靠的電力服務(wù)。
3.4.3 節(jié)能減排與可持續(xù)發(fā)展
智能電網(wǎng)與可再生能源的融合對(duì)于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。智能電網(wǎng)通過優(yōu)化電力負(fù)荷調(diào)度,減少了對(duì)傳統(tǒng)能源的消耗,降低了碳排放量,為應(yīng)對(duì)全球氣候變化做出了積極貢獻(xiàn)。同時(shí),可再生能源作為清潔、可再生的能源,具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。智能電網(wǎng)的應(yīng)用,推動(dòng)了可再生能源的廣泛應(yīng)用,促進(jìn)了能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí),為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。[5]
4 結(jié)語
在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展中,邊緣計(jì)算技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)正在發(fā)揮著越來越重要的作用。通過實(shí)時(shí)響應(yīng)與智能控制、實(shí)時(shí)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)與調(diào)度決策等技術(shù)應(yīng)用,邊緣計(jì)算技術(shù)為電氣自動(dòng)化系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的支持。同時(shí),智能電網(wǎng)與可再生能源的融合,進(jìn)一步推動(dòng)了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的高效運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新,我們有理由相信,電氣自動(dòng)化系統(tǒng)將在未來發(fā)揮更加廣泛和深入的作用,為人類的生產(chǎn)和生活帶來更多的便利和福祉。
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[作者簡(jiǎn)介]曹發(fā)強(qiáng),男,重慶人,重慶五一職業(yè)技術(shù)學(xué)院,高級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師,本科,研究方向:電氣自動(dòng)化教學(xué)。