電氣自動化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用

陳星光 陳偉明

（湖南交通工程學(xué)校 湖南省衡陽市 421000）

在電氣工程應(yīng)用中，電力電氣的系統(tǒng)運作、電子電力技術(shù)、信息處理、實驗分析等相關(guān)環(huán)節(jié)都需要借助電氣自動化系統(tǒng)得以實現(xiàn)和運用。因此電氣自動化是電氣工程現(xiàn)代化、智能化的重要標(biāo)志，能夠推動電氣工程的高質(zhì)量發(fā)展。

1 電氣自動化在電氣工程中的應(yīng)用價值

電氣自動化是指在電氣工程中，采用一定的電氣技術(shù)裝置以及策略，降低人工勞動力的使用和干預(yù)，僅僅通過技術(shù)以及系統(tǒng)達(dá)到電氣工程運作的預(yù)期目標(biāo)。2012-2018年，我國電力自動化市場呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，2017年我國電力自動化市場規(guī)模達(dá)到了835.56億元，較上年同比增長5.80%；2018年我國電力自動化市場超過900 億元，持續(xù)保持快速增長。

1.1 可實現(xiàn)電氣工程的遠(yuǎn)程監(jiān)控

電氣自動化能夠在遠(yuǎn)程設(shè)計中，通過遠(yuǎn)程的監(jiān)控技術(shù)和系統(tǒng)來實現(xiàn)電氣工程的全時段、全空間監(jiān)控和管理[1]。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)是利用電腦終端以及互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)對其他分布式設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，能夠?qū)崟r觀看各個設(shè)備的運作情況，全時段監(jiān)控數(shù)據(jù)和信息，能夠未雨綢繆發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備運作過程中出現(xiàn)的各種問題，能夠有效降低電氣工程檢修和運營的成本，突破運作和維護(hù)的時間、空間限制，提升管理的可靠性和靈活性。

1.2 能夠?qū)崿F(xiàn)電氣工程的集中化設(shè)計和處理

由于電氣自動化系統(tǒng)連接以及管控的末端設(shè)備數(shù)量眾多，因此整個電氣工程對于電氣自動化集中設(shè)計以及處理能力的要求較高。隨著電氣領(lǐng)域相關(guān)硬件和軟件的發(fā)展，電氣自動化的處理器的承載能力越來越高，能夠具有強大的功能，具有較高的處理能力以及處理的效率，承擔(dān)更加繁重的工作任務(wù)。在此過程中，電氣自動化也能夠進(jìn)一步保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性[2]。

1.3 能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)化的通訊管理

在電氣自動化中，設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與系統(tǒng)之間、設(shè)備與管理者之間的交互性逐漸加強，在信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展以及應(yīng)用下，電氣設(shè)計能夠通過現(xiàn)場總線式連接的方式連接現(xiàn)場電氣工程中的所有設(shè)備以及設(shè)施，并且能夠?qū)崟r同步各個設(shè)備設(shè)施的運行數(shù)據(jù)和信息，在信息共享以及同步儲存、分析的情況下，提升電氣自動化的數(shù)據(jù)化運作效率。聯(lián)網(wǎng)化的通訊管理使得電氣自動化逐漸走向了智能化的管理，各個設(shè)備與設(shè)備之間能夠逐漸實現(xiàn)高質(zhì)量和高效率的物聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，能夠自我實時更新各個設(shè)備數(shù)據(jù)、做好數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而能夠提前發(fā)現(xiàn)、分析以及解決系統(tǒng)問題，大大降低了檢查時間，提升了運營維護(hù)的效率。

圖1：PLC 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟

2 電氣自動化在電氣工程中的應(yīng)用模塊

在電氣自動化技術(shù)以及系統(tǒng)中，隨著機電一體化的設(shè)備越來越多，PLC 控制技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、變頻技術(shù)、計算機集散控制技術(shù)（DCS）、微電子技術(shù)等新知識在電氣工程中的應(yīng)用頻率越來越頻繁，產(chǎn)生的作用越來越重要[3]。

2.1 PLC技術(shù)在電氣自動化中的重要作用

PLC 是電氣自動化控制系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個控制系統(tǒng)的安全性和可靠性指標(biāo)。其主要組成的模塊包括電源模塊、中央處理單元、各種信號模板、通信模板、功能模板以及接口模板等，各個模板之間都實現(xiàn)了自身的功能，在整合過程中發(fā)揮了PLC 在電氣自動化上的控制作用。PLC 問世以來引起了國內(nèi)外電氣控制界的普遍關(guān)注，現(xiàn)已成為具有發(fā)展前景和影響力的一項高新技術(shù)產(chǎn)品。近年來，隨著工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，PLC 得以廣泛應(yīng)用，在各種場合中都能夠承擔(dān)自動檢測、監(jiān)測以及控制的作用，并且還能更進(jìn)一步連接網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)更加復(fù)雜的控制功能。隨著PLC 中通信模塊的融入，通信處理器在PLC 中的應(yīng)用和發(fā)展有效促進(jìn)了接口對終端設(shè)備的控制數(shù)量，能顯著拓展PLC 的輸入和輸出點數(shù)，進(jìn)而提升了電氣自動化控制的集中性性能。

作為電氣自動化實現(xiàn)自身功能的核心技術(shù)和系統(tǒng)，PLC 在發(fā)揮強大功能的過程中也不斷精進(jìn)自身的設(shè)計和功能。例如很多電氣設(shè)備中的PLC 都積極采用模塊化的設(shè)計，不僅能夠達(dá)到經(jīng)久耐用的標(biāo)準(zhǔn)，同時更能夠同時選用多種級別的CPU，靈活配備多種通用功能的模板，提升自動化系統(tǒng)設(shè)計的靈活性和個性化。

2.2 故障診斷技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用價值

在電氣自動化中，故障診斷技術(shù)是利用各種檢查或者測試的設(shè)備和方式來發(fā)現(xiàn)自動化系統(tǒng)中、相關(guān)設(shè)備中是否存在故障，進(jìn)而進(jìn)一步確定好故障的位置以及程度。在電氣工程中所需要應(yīng)用的電氣設(shè)備的數(shù)量較大，并且機械設(shè)備的逐漸呈現(xiàn)大型化發(fā)展的趨勢，性能指標(biāo)的要求越來越高，零部件組成的機構(gòu)也越來越復(fù)雜，因此故障診斷技術(shù)的應(yīng)用能夠在設(shè)備運行的過程中以及在設(shè)備基本不拆卸的狀態(tài)下通過技術(shù)手段掌握設(shè)備當(dāng)前的運行狀態(tài)，通過振動噪聲測試法、無損檢測方法、磨損檢測方法以及機器性能參數(shù)測定方法等測試方式和技術(shù)定位好故障點，確定好故障原因以及損害程度，并進(jìn)而因地制宜開展維護(hù)和維修工作。目前隨著機械設(shè)備現(xiàn)代化管理的發(fā)展和進(jìn)階，故障診斷技術(shù)逐漸采用計算機為中心的設(shè)備監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，能夠在獲取信號的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行信號的分析和數(shù)據(jù)的處理，并初步判斷好設(shè)備狀態(tài)以及故障原因，進(jìn)而確定好故障的類型、位置以及原因等，最后獲得診斷的決策和預(yù)測。

2.3 微電子技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用價值

微電子技術(shù)是指電子器件的尺寸越來越小，但是其效用和效能則越來越大。在電氣自動化的發(fā)展過程中，微電子技術(shù)的應(yīng)用能夠降低各項設(shè)備設(shè)施的占地面積以及運營成本，從而提升電氣自動化的運作效率。在電氣工程中，微電子技術(shù)能夠?qū)⒏鞣N信息處理系統(tǒng)以及執(zhí)行器融合在一起，制作成集成芯片，逐漸實現(xiàn)微型、系統(tǒng)集成、邊緣整合等多樣化的功能[4]。同時微電子技術(shù)與電氣工程中的其他技術(shù)結(jié)合，能夠產(chǎn)生創(chuàng)新化的電氣技術(shù)，例如機械技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等，逐漸降低現(xiàn)有軟硬件設(shè)備制作的成本，提升整體系統(tǒng)的運作效率。

3 電氣自動化在電氣工程中應(yīng)用的注意事項

電氣自動化需要各種系統(tǒng)、設(shè)備設(shè)施以及技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用，因此對于軟硬件的維護(hù)和維修工作就顯得尤為重要，因此在電氣工程管理中，需要格外關(guān)注好電氣自動化的維護(hù)維修工作。

3.1 電氣自動化中硬件的維護(hù)維修工作

在硬件故障的檢修過程中，從故障現(xiàn)象出發(fā)能夠在大量的組件和線路中迅速、準(zhǔn)確地找出故障，并能夠在后續(xù)的反復(fù)測試和綜合分析中做出判斷，逐步找出故障的精確原因。故障產(chǎn)生的原因很多，情況也很復(fù)雜，有的是一種原因引起的簡單故障，有的是多種原因相互作用引起的復(fù)雜故障[5]。因此，引起故障的原因很難簡單分類。對于使用一段時間后的硬件出現(xiàn)的故障，故障原因可能是元器件損壞，外部接線發(fā)生短路或斷路或使用條件發(fā)生變化而影響系統(tǒng)中硬件的正常運行。對于新購買第一次使用的硬件來說，故障原因可能是：在運輸過程中，因振動等因素引起內(nèi)部的插件松動或脫落，連線發(fā)生短路或斷路等[6]。因此對于不同的硬件使用情況，在維護(hù)和維修工作中需要因地制宜開展相關(guān)的行動。

3.2 電氣自動化中控制系統(tǒng)的維護(hù)維修工作

在電氣自動化中，控制系統(tǒng)故障是指其喪失了或者削弱了原有的既定功能，一般指整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)失效的總和。由于不同控制系統(tǒng)的組成部分以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是差異化的，因此不同的控制系統(tǒng)的問題以及維護(hù)的方式都是不同的[7]。例如，以電氣自動化中PLC系統(tǒng)為例子，PLC 系統(tǒng)包括中央處理器、主機箱、擴展機箱、I/O模塊及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)和外部設(shè)備。現(xiàn)場控制設(shè)備包括端口和現(xiàn)場控制檢測設(shè)備，如繼電器、接觸器、閥門、電動機等。因此當(dāng)PLC 系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，工作人員需要根據(jù)既定的總體檢查流程圖找出故障點的大方向，逐漸細(xì)化，以找出具體故障[8]。PLC 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟如圖1所示。

4 結(jié)語

自動化技術(shù)在電氣工程中具有不可替代的發(fā)展作用，并且隨著智能化制造行業(yè)的進(jìn)一步升級和轉(zhuǎn)型，電氣自動化的各項PLC技術(shù)、微電子技術(shù)、故障檢測技術(shù)等都會不斷更新迭代實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，以此實現(xiàn)更好的設(shè)備、系統(tǒng)和人工之間的協(xié)同工作、智能工作，最終提升電氣工程的發(fā)展效率和效果。