淺析電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展

吳昊華

摘 要：本文主要簡述電氣工程以及電氣自動(dòng)化的概念、電氣自動(dòng)化應(yīng)用的范圍及構(gòu)成形式，并且分析其未來的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化 概念 應(yīng)用 發(fā)展趨勢

一、電氣工程以及電氣自動(dòng)化的概念

電氣工程（Electrical Engineering，簡稱EE）是當(dāng)今高新技術(shù)領(lǐng)域中舉足輕重的關(guān)鍵學(xué)科之一，更是現(xiàn)代科學(xué)研究領(lǐng)域中的熱門學(xué)科。最成功的例子就是電子通信技術(shù)的巨大進(jìn)步推動(dòng)了以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為中心的信息時(shí)代的蓬勃發(fā)展，并且在根本上改變了人們的工作和生活模式。從某些層次上來講，電氣工程的發(fā)達(dá)程度甚至可以代表一個(gè)國家的科技進(jìn)步水平。

電氣自動(dòng)化（Electrical Automation）的專業(yè)全稱一般為電氣工程及其自動(dòng)化，其應(yīng)用范圍涉及各行各業(yè)，小到電氣開關(guān)的設(shè)計(jì)，大到科技航天的研究，到處都有它的身影。電力的發(fā)展是促進(jìn)生產(chǎn)和提高人們生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著電力應(yīng)用的不斷發(fā)展和深化，新時(shí)代背景下的電氣自動(dòng)化進(jìn)程成了國民經(jīng)濟(jì)和人民生活現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。

二、電氣自動(dòng)化應(yīng)用的范圍及構(gòu)成形式

（一）電氣工程中電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的系統(tǒng)處理

電氣工程中電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的處理系統(tǒng)在電氣工程設(shè)施方面主要通過傳輸信號屏蔽、設(shè)備接地信號處理、選擇合適的抗干擾措施來實(shí)現(xiàn)。為了確保系統(tǒng)故障少、運(yùn)行可靠、操作維護(hù)方便等，在電氣自動(dòng)化設(shè)備選擇時(shí)，需要選擇相應(yīng)的經(jīng)過長期檢驗(yàn)證明其性能穩(wěn)定可靠的設(shè)備來適應(yīng)電氣工程中現(xiàn)場的不同環(huán)境，保證系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）電氣工程中電氣自動(dòng)化導(dǎo)入微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用

由于電氣自動(dòng)化中微型計(jì)算機(jī)的引入，使系統(tǒng)能夠完成自動(dòng)記錄并分析電氣設(shè)施實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況的反饋，還可根據(jù)當(dāng)前設(shè)施運(yùn)行趨勢判定其誤差以及發(fā)展情況，收集運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)并分析以及判斷誤差。增強(qiáng)軟件的循環(huán)查找和不同時(shí)間及環(huán)境狀況的統(tǒng)計(jì)分析，直接進(jìn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的波形分析。為方便管理、電氣工程中的電氣自動(dòng)化應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)全程自動(dòng)控制，還根據(jù)需要添加了必要的接口與界面，增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)用性。

（三）電氣工程中電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、集中監(jiān)控方式的設(shè)計(jì)。電氣自動(dòng)化中運(yùn)用的這種集中監(jiān)控方式設(shè)計(jì)，具有運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便、控制系統(tǒng)的技術(shù)要求不高、系統(tǒng)容易設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。但由于這種方式是將系統(tǒng)的各個(gè)功能都集中到一個(gè)處理器進(jìn)行優(yōu)化處理的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，往往造成處理器所承擔(dān)的任務(wù)十分繁重，導(dǎo)致處理的效率受到影響。由于伴隨著監(jiān)控信息的大量增加以及電氣設(shè)備監(jiān)控的全面性要求，隨之而來的是系統(tǒng)冗余下降、電纜數(shù)量增加，設(shè)施處理信息能力嚴(yán)重滯后，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。2、電氣工程中現(xiàn)場總線監(jiān)控方式的設(shè)計(jì)。目前，有關(guān)于以太網(wǎng)（Ethernet）、現(xiàn)場總線等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于發(fā)電廠、變電站工業(yè)自動(dòng)化等綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，智能化電氣設(shè)備的自動(dòng)化進(jìn)程進(jìn)入了較快的發(fā)展時(shí)期。現(xiàn)場總線監(jiān)控的設(shè)計(jì)形式使系統(tǒng)的應(yīng)用更加有針對性，可以根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的具體情況進(jìn)行調(diào)節(jié)和配置。由于各個(gè)裝置設(shè)計(jì)的功能都是彼此獨(dú)立的，并且都通過網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行連接控制，即使其中任何的一個(gè)裝置發(fā)生故障，影響的僅僅是相應(yīng)的元件，而不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。因此現(xiàn)場總線監(jiān)控的控制設(shè)計(jì)在電氣自動(dòng)化中應(yīng)用最多，同時(shí)也是最優(yōu)的選擇。3、電氣自動(dòng)化中運(yùn)用遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的設(shè)計(jì)。電氣自動(dòng)化的應(yīng)用具有遠(yuǎn)程監(jiān)控的作用，通過圖形化的自動(dòng)化控制管理界面我們能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地保障電氣工程中各個(gè)設(shè)施的正確運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)找出故障來源，同時(shí)這種控制應(yīng)用具有大量節(jié)約電纜、節(jié)省安裝費(fèi)用、節(jié)約材料、穩(wěn)定性好、可靠性高、組態(tài)靈活的優(yōu)點(diǎn)，可大量節(jié)省需要投入的人力、物力和財(cái)力。

三、電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用

以工廠制造行業(yè)為例，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，主要包括以下幾個(gè)方面：

（一）生產(chǎn)過程自動(dòng)化

在工廠制造行業(yè)中，可編程邏輯控制器（PLC）控制系統(tǒng)具有廣泛應(yīng)用。可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC），專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用為原則，配置各種傳感器，繼電器、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、人機(jī)界面等電氣元件組成設(shè)備電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)通過現(xiàn)場傳感器的信號采集生產(chǎn)過程各種主要工藝參數(shù)，控制核心PLC對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并輸出信號給執(zhí)行部件完成各種生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。

（二）設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制

在產(chǎn)品制造生產(chǎn)線中，各個(gè)工序設(shè)備的配合非常重要。通過電氣信號連接實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制，協(xié)調(diào)控制各設(shè)備的各項(xiàng)輸入和輸出之間的能量平衡以及質(zhì)量平衡，使各個(gè)制造工序的順利銜接，提高生產(chǎn)效率。

（三）電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

利用中央監(jiān)控主機(jī)、現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可組建各種設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，提升工廠自動(dòng)化程度水平。在工廠制造行業(yè)中，一般有須持續(xù)運(yùn)行的重要設(shè)備與設(shè)施。當(dāng)重要設(shè)備或設(shè)施發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)影響工廠生產(chǎn)進(jìn)度或甚至對生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量帶來污染風(fēng)險(xiǎn)。做好設(shè)備的監(jiān)控管理顯得尤為重要。而設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)安裝使用，可實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行工況及工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)被監(jiān)控設(shè)備發(fā)生故障停機(jī)或運(yùn)行參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)及時(shí)觸發(fā)報(bào)警，便于人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理；監(jiān)控系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)（如設(shè)備開/關(guān)機(jī)、報(bào)警時(shí)間、運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)等信息）均可以自動(dòng)記錄，便于數(shù)據(jù)追溯和事件調(diào)查。因此，電氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用可以減少因人為疏忽帶來的損失，在工廠運(yùn)用中具有重大意義。

（四）設(shè)備安全控制及保護(hù)

設(shè)備的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)傳感器信號，控制設(shè)備的啟動(dòng)與停止，使設(shè)備安全穩(wěn)定地運(yùn)行。如制冷設(shè)備的高低壓保護(hù)；水處理設(shè)備的高低水位控制；鍋爐設(shè)備的蒸汽壓力控制；壓縮空氣處理設(shè)備超溫保護(hù)等。

四、電氣自動(dòng)化的發(fā)展趨勢

（一）電氣自動(dòng)化產(chǎn)品種類將更加的多樣化、創(chuàng)新化

目前，國家綜合實(shí)力的競爭就是科學(xué)技術(shù)的競爭、國家創(chuàng)新能力的競爭。同樣對于企業(yè)發(fā)展而言就是不斷地提高企業(yè)科技水平和自主研發(fā)能力，并且不斷的應(yīng)用新技術(shù)，增強(qiáng)企業(yè)自身的綜合實(shí)力和競爭力，從而提高產(chǎn)品的科技含量。對于電氣自動(dòng)化產(chǎn)品發(fā)展而言，也要不斷地提高的研發(fā)更多的電氣系統(tǒng)以及設(shè)備，加強(qiáng)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用能力，提升企業(yè)的發(fā)展能力。科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，對于電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展而言也同樣的適用，國家在未來會(huì)對企業(yè)的自主生產(chǎn)力提出更好的優(yōu)惠政策，為電氣自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步提供更為優(yōu)質(zhì)的環(huán)境，使我國的企業(yè)更具有國際競爭力，轉(zhuǎn)變我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，研發(fā)出更多的電氣產(chǎn)品，提高我國工業(yè)化水平。

（二）電氣自動(dòng)化系統(tǒng)平臺逐漸實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的平臺實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化，將會(huì)使同一個(gè)自動(dòng)化平臺，能夠同時(shí)控制多個(gè)生產(chǎn)程序，這就能夠使得企業(yè)在生產(chǎn)某個(gè)產(chǎn)品時(shí)，不必再次調(diào)整電氣自動(dòng)化程序，可以更快地設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的生產(chǎn)方案，將產(chǎn)品生產(chǎn)方案更快地實(shí)施，其生產(chǎn)過程初期的測試、調(diào)試也能夠更快地完成，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行將會(huì)更為穩(wěn)定。如此一來，就可以大大縮短新產(chǎn)品從研制開發(fā)到實(shí)際生產(chǎn)的周期，加快企業(yè)的生產(chǎn)，節(jié)約更多的時(shí)間、費(fèi)用，以及企業(yè)的人力物力，并且實(shí)現(xiàn)操作平臺的統(tǒng)一化，同時(shí)也能夠使電氣自動(dòng)化設(shè)備的維護(hù)更為方便，延長自動(dòng)化設(shè)備的壽命。

（三）電氣自動(dòng)化系統(tǒng)采用通用結(jié)構(gòu)

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行過程中需要有一個(gè)通暢的渠道來傳遞信息，這就需要整個(gè)系統(tǒng)能夠具有一個(gè)通用的結(jié)構(gòu)。在企業(yè)運(yùn)用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，控制中心需要通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來控制整個(gè)系統(tǒng)中的監(jiān)督設(shè)備以及生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)設(shè)備，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向傳遞。同時(shí)，企業(yè)的管理人員需要通過網(wǎng)絡(luò)來對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督。在對電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)能夠緊密地連接控制部分與生產(chǎn)部分，因此，無論是運(yùn)用系統(tǒng)內(nèi)部的信息傳輸線路還是互聯(lián)網(wǎng)，都需要電氣自動(dòng)化的系統(tǒng)具有通用結(jié)構(gòu)才能夠?qū)崿F(xiàn)，以此來保證信息的傳遞，完成整個(gè)生產(chǎn)過程。

總結(jié)語

可見，當(dāng)電氣自動(dòng)化與科技創(chuàng)新相結(jié)合時(shí)，新興的力量與時(shí)代的科技發(fā)展將再一次降臨我們身邊，帶給我們極大的福利，成為我們社會(huì)發(fā)展非常重要的支撐。電氣工程及自動(dòng)化的發(fā)展大大促使電氣工程學(xué)科的進(jìn)步，讓其呈現(xiàn)出日趨精細(xì)化的態(tài)勢，為人們的生活提供便利性。相關(guān)人員更加需要對其進(jìn)行深入研究，讓電氣工程及其自動(dòng)化為人們的生活提供更為優(yōu)越的條件，讓其作用得到更近一步的發(fā)揮。