基于對電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

賈青睿

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，河南 新鄭 451150）

0 引 言

在電氣工程的應(yīng)用和發(fā)展中，自動(dòng)化技術(shù)的合理應(yīng)用可以為其注入一股新的活力，進(jìn)而使電氣工程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與智能化的控制。就目前電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言，自動(dòng)化控制技術(shù)PLC、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)以及通信技術(shù)都屬于其關(guān)鍵技術(shù)。因此，在電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)過程中，一定要注意這些技術(shù)的合理應(yīng)用，以此來實(shí)現(xiàn)整個(gè)電氣工程的自動(dòng)化控制，為電氣工程的良好應(yīng)用與發(fā)展提供足夠的技術(shù)支撐。

1 電氣工程自動(dòng)化控制中主要的技術(shù)應(yīng)用

1.1 PLC技術(shù)

PLC是一種可編程形式的微處理器，主要適用于自動(dòng)化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器中。具體應(yīng)用中，可以隨時(shí)將相應(yīng)的控制指令載入到控制器內(nèi)存里，并使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化執(zhí)行[1]。PLC主要的組成部分包括CPU、輸入接口、輸出接口、數(shù)據(jù)內(nèi)存、指令內(nèi)存以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換等單元。這種控制器主要是為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)所設(shè)計(jì)的自動(dòng)化和電子化數(shù)字運(yùn)算系統(tǒng)。借助于可編程形式的儲(chǔ)存器，不僅可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算，而且可以實(shí)現(xiàn)順序控制、計(jì)數(shù)以及定時(shí)等各項(xiàng)運(yùn)算指令，并通過模擬形式或者數(shù)字形式輸入和輸出各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行過程。本次電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的PLC是由西門子公司生產(chǎn)的S7-300型PLC，其主要性能參數(shù)如表1所示。

表1 西門子S7-300型PLC主要性能參數(shù)

1.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)是處理海量數(shù)據(jù)的技術(shù)。在大數(shù)據(jù)技術(shù)中，主要的技術(shù)包括數(shù)據(jù)收集技術(shù)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存技術(shù)、基礎(chǔ)架構(gòu)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)、模型預(yù)測技術(shù)以及結(jié)果呈現(xiàn)技術(shù)[2]。在本次電氣工程的自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用到的大數(shù)據(jù)技術(shù)包括數(shù)據(jù)收集技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存技術(shù)，具體的應(yīng)用功能如表2所示。

表2 應(yīng)用到的大數(shù)據(jù)技術(shù)及其功能

1.3 人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)所發(fā)展出來的一種新型技術(shù)。該技術(shù)的主要應(yīng)用目的是通過了解智能實(shí)質(zhì)生產(chǎn)一種與人類智能類似的智能機(jī)器，如圖像識別、語言識別、專家系統(tǒng)以及自然語言處理等。人工智能可以通過計(jì)算機(jī)來按照兩種不同方法實(shí)現(xiàn)，一種是工程學(xué)法，另一種是模擬法。工程學(xué)法通過傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行編程來達(dá)到智能效果，并不考慮與人和動(dòng)物機(jī)體的相通性，其成果有電腦下棋和文字識別等，模擬法實(shí)現(xiàn)方法與人和動(dòng)物機(jī)體具有很大的相通性，其成果有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等。

1.4 通信技術(shù)

在本次電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，通信技術(shù)也是一項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)。借助于通信技術(shù)可傳輸相應(yīng)的數(shù)據(jù)與控制指令等，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制創(chuàng)造科學(xué)合理的網(wǎng)絡(luò)通道。在此主要應(yīng)用的通信技術(shù)有光纖通信技術(shù)和電纜通信技術(shù)，其光纖通信的主要性能參數(shù)如表3所示，電纜通信的主要性能參數(shù)如表4所示。

表3 本次系統(tǒng)光纖通信的主要性能參數(shù)

表4 本次系統(tǒng)電纜通信的主要性能參數(shù)

2 電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用分析

在本次研究中，通過設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)來分析自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程中的具體應(yīng)用，主要包括系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)和各個(gè)自動(dòng)化控制功能模塊的設(shè)計(jì)，具體情況如下。

2.1 電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

在本次的電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用的是自動(dòng)化和人工智能等技術(shù)。通過應(yīng)用這些技術(shù)，可以在根本上實(shí)現(xiàn)電氣工程的自動(dòng)化控制，以此來提升控制效率與控制精度[3]。在實(shí)際的電氣工程中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，需要合理應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)和人工智能技術(shù)，將多個(gè)學(xué)科有機(jī)融合到一個(gè)控制系統(tǒng)中，以此來實(shí)現(xiàn)電氣工程的自動(dòng)化控制。

2.2 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)

在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，通過應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)與其他技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理從傳統(tǒng)的人工處理到設(shè)備處理的轉(zhuǎn)變，以此來提升各個(gè)設(shè)備的自動(dòng)化處理水平。系統(tǒng)自動(dòng)化控制過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容就是準(zhǔn)確全面地輸入信號數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊剛好可以實(shí)現(xiàn)這一功能，通過這一模塊，可以有機(jī)結(jié)合智能監(jiān)控技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，然后借助于相應(yīng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中獲取和重新組合，從而提升整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的測試精度，并保障數(shù)據(jù)輸入的合理性與可靠性[4]。

在數(shù)據(jù)采集模塊的具體設(shè)計(jì)中，可以將可編程的自動(dòng)化控制裝置PLC與各個(gè)電氣設(shè)備相連接，并通過傳感器獲取各個(gè)電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，然后通過智能識別和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)處理各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)，并將處理好的數(shù)據(jù)傳遞給主控制中心。主控制中心在接收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)后，會(huì)將數(shù)據(jù)與儲(chǔ)存在其數(shù)據(jù)庫內(nèi)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比對[5]。設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，主控制中心可及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，并將相應(yīng)的調(diào)節(jié)指令及時(shí)發(fā)送給操作人員或檢修人員，以此來及時(shí)有效調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在保障各個(gè)電氣設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升其控制精度。

2.3 信息傳輸模塊的設(shè)計(jì)

在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，因?yàn)樾畔鬏斁哂须p向性，所以需要借助于相應(yīng)的終端設(shè)備和一定的軟件技術(shù)來接收和傳輸信息。在具體的電氣工程實(shí)踐過程中，數(shù)據(jù)信息的傳輸是一項(xiàng)至關(guān)重要的內(nèi)容，尤其是在電氣工程的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)淖饔酶遣豢苫蛉薄Ｔ诒敬嗡O(shè)計(jì)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕O(shè)備是光纖和電纜，具體的傳輸模塊設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)實(shí)際的傳輸距離、數(shù)據(jù)類型以及數(shù)據(jù)量等來合理選擇傳輸設(shè)備的類型。這樣才可以在有效保障數(shù)據(jù)傳輸效率與安全的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)效益。

具體設(shè)計(jì)中，信息傳輸模塊需要連接相應(yīng)的控制器。在完成信息傳輸?shù)某跏蓟螅绻袛?shù)據(jù)需要發(fā)射，那么立即進(jìn)行待傳輸數(shù)據(jù)的加載和打包，然后借助于光纖或者是電纜將打包好的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。完成發(fā)送后，該模塊會(huì)再一次回到初始化狀態(tài)，等待下一次的數(shù)據(jù)信息傳輸。如果數(shù)據(jù)信息沒有發(fā)送出去，那么該模塊將會(huì)重新發(fā)送打包信息，如果完成了初始化之后并沒有數(shù)據(jù)信息需要發(fā)射，那么該模塊會(huì)一直處在初始化狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)信息的發(fā)射。

2.4 電氣控制模塊的設(shè)計(jì)

在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的電氣控制模塊中，主要應(yīng)用的是人工智能技術(shù)。本次所研究的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)電氣控制模塊的智能控制技術(shù)有自學(xué)習(xí)技術(shù)、專家系統(tǒng)、模糊控制技術(shù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。具體設(shè)計(jì)中，首先借助于相應(yīng)的測量裝置來獲取被控制對象的運(yùn)行參數(shù)，這樣就可以獲得一個(gè)具體的給定值。其次對這個(gè)給定值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳遞給模糊控制器，模糊控制器在接收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)后會(huì)根據(jù)相應(yīng)的模糊邏輯推算規(guī)則來進(jìn)行推算。再次借助于計(jì)算控制器建立相應(yīng)的數(shù)字化控制系統(tǒng)對推算出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。最后在完成轉(zhuǎn)換后將這個(gè)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過命令執(zhí)行的形式來實(shí)現(xiàn)對控制對象的自動(dòng)化控制。

2.5 監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)

在本次的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)主要應(yīng)用的是大數(shù)據(jù)技術(shù)。在這個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，各個(gè)基站都是其子站。相應(yīng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置和數(shù)據(jù)控制裝置都設(shè)立在各個(gè)子站上，以此來自動(dòng)化監(jiān)控各個(gè)子站設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)，在該系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，每一個(gè)子站都可以作為一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送站，通過這些數(shù)據(jù)發(fā)送站，可以將獲取到的所有數(shù)據(jù)都發(fā)送到大數(shù)據(jù)處理平臺上。在接收到來自于各個(gè)子站發(fā)送過來的數(shù)據(jù)后，大數(shù)據(jù)處理平臺將會(huì)整理和分析所有的數(shù)據(jù)，同時(shí)獲取相應(yīng)的環(huán)境信息[6]。大數(shù)據(jù)處理平臺和智能化監(jiān)控平臺連接在一起后，智能化監(jiān)控平臺就可以按照實(shí)際的數(shù)據(jù)處理結(jié)果來給每一個(gè)子站下達(dá)相應(yīng)的指令，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)子站的自動(dòng)化控制。

3 結(jié) 論

綜上所述，在電氣工程的具體運(yùn)行過程中，自動(dòng)化控制技術(shù)所發(fā)揮的作用至關(guān)重要。因此，電氣工程領(lǐng)域一定要充分重視電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用，借助自動(dòng)化控制技術(shù)PLC、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及通信技術(shù)等合理建設(shè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)。通過這樣的方式，可有效保障電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行需求，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。