論電氣工程自動化技術的發展和運用

李樹民

摘 要：隨著我國經濟的不斷增長，電氣工程自動化技術在工業行業中的重要性是與日俱增。電氣自動化是運用電子技術、微機控制技術和計算機網絡技術實現電氣自動控制，是結合電氣技術和計算機技術實現直接或間接程序控制，通過系統集成，實現自動控制電力系統運行和維護功能。工業自動化不僅是工業現代化的一項重要標志。也是工業現代化的物質基石。本文針對當前電氣工程中自動化技術的發展和運用，對電氣工程及其自動化問題進行了探討。

關鍵詞：電氣工程；自動化；技術

電氣自動化是運用電子技術、微機控制技術和計算機網絡技術實現電氣自動控制，是結合電氣技術和計算機技術實現直接或間接程序控制，通過系統集成，實現自動控制電力系統運行和維護功能。

1 電氣工程自動化及其重要性

電氣工程是保證工業生產正常運行的基礎保障。在工業生產中，各種智能化的先進設備儀器不斷的應用到生產中，所以電氣工程中的作用越來越重要。電氣自動化是從上個世紀50 年代開始興起并且逐步發展壯大的，以化工企業為例，到如今，化工工業自動化技術和裝備技術不斷發展，其發展速度和應用領域急速擴大，幾十年來，從初期簡單的手工操作到連續工藝迅速發展，為工業發展做出了巨大的貢獻。同時工藝單發展也對生產穩定性提出了越來越高的要求，儀表使用越來越普遍，由于自動化專業在國民經濟領域里發揮的巨大的作用，涉及面之寬，應用范圍之廣，自動化技術從簡單回路的閉環控制到單元裝置的全面自動控制，所使用的工具也從氣動單元組合儀表、電動單元組合儀表到DCS，普遍應用在化學工業中，控制水平也日新月異，從傳統單參數簡單控制回路到多變量復雜控制技術，而且正以蓬勃發展之勢影響著人們的生產和生活。目前生產中的快速反應、臨界穩定工藝、能量綜合平衡等得到廣泛應用，可以說生活中到處都有自動化的身影。隨著工業規模的進一步推廣，特別是在化工行業中，對自動化提出了更高的要求。同時，信息技術更是極大地影響著化工自動化技術的發展，電氣自動化技術應用更為廣泛。

2 電氣工程自動化問題所在

電氣自動化系統集成是電氣自動化系統功能提升的必經之路，我國目前一些電氣自動化還處在初級自動化的層次，自動化具有互不連接、功能單一、信息獨享的缺陷，不能充分發揮電氣自動化的功能和作用。而且電氣自動化的發展方向是建立高效、快捷的電氣工程及自動化系統，但目前很多企業自身網絡構架不盡相同，使得依托于網絡結構而發展的電氣工程自動化的發展受到了阻礙。另外不同企業和商家在軟、硬件產品交換過程中，因為程序接口的不一致，影響企業數據和信息的傳輸交流，進而阻礙了企業數據和信息的共享，使電氣工程及自動化系統在實際運行中無法發揮應有的效應。

3 電氣工程自動化對策分析

（一）發電廠自動化。發電廠作為電力系統的始端，它的自動化決定了整個電力工程的自動化。火力發電廠是利用煤、油、天然氣、油頁巖等為燃料的發電廠。它的自動化系統一般由廠級監控信息系統（SIS）、電廠管理信息系統（MIS）、遠動系統、故障信息子系統、繼電保護及故障信息管理子站、數據采集與監視控制系統（SCADA）、機組分散控制系統（DCS）構成。（PCU）是其中最為重要的部分，可接受現場變送器、脈沖量、開關量、電氣量、熱電偶、熱電阻等信號，可直接應用于生產過程，它是由能可冗余配置的主控模件（MCU）和智能 I/O 模件構成，在運算處理之后可實現生產過程的聯鎖監測、聯鎖控制、聯鎖保護等。運行人員工作站（OS）和工程師工作站（ES）能夠提供了人機接口，同時為電氣設備維修工程師提供系統診斷、系統維護、系統組態設置等手段。數據的采集、處理、監控都采用微型計算機來完成，機組的監控水平得到了大幅度的提升，也提高了人機交互界面；無論是進口的機組，還是國產的大型機組，基本都安裝了協調控制系統；在很多電廠的自動裝置設備都是采用數字化儀表來進行顯示控制，而不再是過去那種傳統的機械式儀表，這些措施都將我國的電廠熱工自動化技術推向到了一個新的高度。

（二）變電站綜合自動化。隨著使用規模的擴大和實用技術的推廣，人們已經越來越多的認識到變電站綜合自動化的重要性。自動化技術應用于變電站的主要目的是確保變電站的運營安全，提高變電站工作效率，加強對變電站的監控，逐步取代掉人工監視和人工操作，它是建立在變電站自動控制技術和變電站應用信息處理、傳輸技術基礎之上的。自動化變電站系統主要由以下子系統構成：一是控制系統。主要是進行變電站的數據包括模擬量、開關量和電能量的數據采集、故障錄波和測距、故障記錄、斷路器跳合閘記錄、保護動作順序記錄的事件順序記錄、操作控制功能、安全監視功能、人機聯系功能、數據處理與記錄功能、諧波分析與監視、打印功能。二是繼電保護子系統。變電站綜合自動化系統中的微機繼電保護主要包括輸電線路保護、電力變壓器保護、母線保護、電容器保護、小電流接地系統自動選線、自動重合閘等。三是電壓、無功綜合控制子系統。變電站綜合自動化系統必須具有保證安全、可靠供電和提高電能質量的自動控制功能。電壓和頻率是電能質量的重要指標，因此電壓、無功綜合控制也是變電站綜合自動化系統的一個重要組成部分。四是低頻減負荷控制及備用電源自動投入子系統。備用電源自動投入已成為變電站綜合自動化系統的基本功能之一。五是通信子系統。主要由內部的信息溝通和變電站與其他管理部門的信息溝通。

（三）電氣工程狀態檢修自動化。電氣工程狀態檢修技術主要是指通過應用電氣工程設備資產管理系統的方式，重點發揮其在狀態監視與故障診斷方向的綜合性應用功能，提供狀態檢修所對應設備在正常運行狀態下所表現出的運行狀態信息以及相關數據，同時也可以結合這部分數據實現對電氣工程相應設備運行狀態以及可能存在安全隱患或是故障的問題進行有效預測。按照此種方式，還能夠將傳統意義上的故障檢修模式轉變成為全新的狀態檢修模式。從實踐應用的角度上來說，將狀態檢修技術應用于電氣工程實踐工作過程中不但能夠提高相應電氣設備的穩定性與安全性，同時也使得傳統意義上定期檢修作業模式下可能存在的缺陷以及遺漏性問題得到有效克服，從而保障運行安全。

（四）先進制動控制自動化。相對于常規PD控制，與此相對應的先進制動控制的控制效果要更加突出，表現更加好。先進制動控制自動化采取建立一個動態的數學模型來表征一個實際過程，通過多個輸入和輸出的變量之間關系相互的約束實現控制，主要是通過軟件來實施控制。過程變量數據的采集、處理和軟件測量必須保證其有效性和可靠性，主要是因為現場的數據采集受噪音的干擾，需要做濾波處理。適時計算不可測量的變量數值正是先進控制的主要內容。在化工業生產中，飽和蒸汽壓、反應熱、某些蒸餾塔的質量指標數值，就需要軟測量技術才能準確獲得。先進控制的策略包括傳統的串級、筆直、前饋控制等內容，還有智能控制系統、專家系統、模糊控制等都是先進控制的策略所在。智能控制是目前自動化發展的趨勢及熱點，也是先進控制的熱點。生產過程的故障診斷以及過程的監督控制都需要智能系統來完成。專家系統可以進行自動化生產故障的診斷以及過程的監控，通過計算機完成與人工操作同樣效果的控制。在化工企業中，主要是進行滯后大、非線性的模糊控制及技術。處理復雜多的模式及聯想預測和記憶需要神經網絡來完成。這種技術可以用于質量預測，結合模糊控制進行非線性對象的生產控制，替代儀表，進行疑難及復雜的控制。

總之，電氣自動化不但得到了充分的發展，它也會在現代工業中起著舉足輕重的作用，它完全能促進我國生產力的發展。至此，將會給我們帶來生產效率的大幅度提高，以及社會發展的穩定與進步。

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