電氣自動化技術(shù)在機電工程中的應(yīng)用研究

北京萬國長安科技有限公司 張融年 西門子工廠自動化工程有限公司 李樹志

北京東升駿杰投資管理有限公司 鄭 偉 北京城建十建設(shè)工程有限公司 張園春

引言

機電工程是由機械和電氣構(gòu)成的系統(tǒng)。在機電工程中實施自動化技術(shù)，不僅能為為機械設(shè)備提供技術(shù)解決方案，而且也為機電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了保障。

目前，機電工程重點發(fā)展電氣自動化技術(shù)、能源技術(shù)、智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及電子技術(shù)和仿真技術(shù)等多個方面。能源技術(shù)包括電網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)傳輸和分配，配電網(wǎng)根據(jù)電力規(guī)模進行電力分配，能夠為電氣設(shè)備提供賴以工作的能量來源。作為一項基礎(chǔ)技術(shù)，電氣自動化技術(shù)能夠為系統(tǒng)提供能源、信息等方面的自動化技術(shù)支持，并為機電項目提供指導(dǎo)[1]。

隨著電氣系統(tǒng)復(fù)雜性的逐步提升，電氣自動化成為機電工程必不可少的一部分，是國民經(jīng)濟發(fā)展的一大潛力。通常，在電氣自動化的應(yīng)用過程中，要求設(shè)計原則和設(shè)計思想滿足需求，并要求機電系統(tǒng)具有相應(yīng)的性能和功能。電氣自動化系統(tǒng)依靠電子信息技術(shù)實現(xiàn)自動化控制，并在智能控制操作中控制電氣系統(tǒng)[2]。

我國進入了科技快速發(fā)展的階段，對電氣自動化的需求逐漸加深。在機電工程項目中，電氣自動化的遠程控制和管理，有效地促進了工程的推進。針對電氣自動化在機電工程中的具體應(yīng)用，本文對電氣自動化技術(shù)進行了詳細的分析，針對電氣自動化技術(shù)在機電工程中的應(yīng)用進行詳細分析，對電氣自動化技術(shù)的發(fā)展方向作出了預(yù)測。

1 機電工程中電氣自動化技術(shù)的特點

1.1 電氣自動化概述

電氣自動化全稱為電氣工程及其自動化，是電氣技術(shù)和自動化技術(shù)的交叉學(xué)科。近年來，電子信息技術(shù)在我國得到了發(fā)展，為電氣自動化的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件[3]。機電系統(tǒng)涉及到不同組件之間的協(xié)調(diào)控制，在這個過程中電氣自動化能夠?qū)崿F(xiàn)多個組件之間的互相配合，賦予機電系統(tǒng)自動化控制的性能。電氣工程建設(shè)與國民經(jīng)濟發(fā)展息息相關(guān)。在實踐中，必須分析電氣工程的思想原則，以確保機電工程的設(shè)計、施工和運行。電氣自動化技術(shù)可提高機電系統(tǒng)的控制效果，最終實現(xiàn)電力資源的高效優(yōu)化[4]。

1.2 監(jiān)控自動化

在自動化機電系統(tǒng)的應(yīng)用階段，可在分析數(shù)據(jù)信息之后處理機電工程運行狀態(tài)，監(jiān)控線路和電氣特性，在機電項目的運行過程中消除安全威脅。機電工程的電氣自動化增強了應(yīng)用過程中的實時控制，有效地控制了設(shè)備的運行過程，保障了機電系統(tǒng)的安全。機電工程的電氣自動化有著強大的信息處理功能。通過數(shù)據(jù)收集和分析，可獲得更可靠、更有效的系統(tǒng)控制效果[5]。

1.3 設(shè)備智能化

在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天，綜合智能技術(shù)在各個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。我國在智能技術(shù)研發(fā)、智能工業(yè)發(fā)展、智能增強型設(shè)備及工業(yè)發(fā)展方面一直保持著高水平的創(chuàng)新。在這種發(fā)展狀況下，電氣工程設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛。此外，在應(yīng)用電氣自動化技術(shù)的過程中，信息化工具可使用云計算方案進行信息管理和分析，以增加系統(tǒng)的自動化和通用性。

2 機電工程電氣自動化發(fā)展現(xiàn)狀

隨著電氣自動化的發(fā)展，機電設(shè)備的效率和質(zhì)量得到了有效提高，機械設(shè)備的生產(chǎn)和運行狀態(tài)得到了一定的保證。機電自動化技術(shù)具有較高的精確度，可根據(jù)給定的數(shù)據(jù)進行制造運行，并減少全過程的人力資源消耗，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益。此外，電子信息技術(shù)也是自動化的重要組成部分。在電子信息技術(shù)的協(xié)助下，工作人員可找到機械設(shè)備的故障問題，排查和檢修設(shè)備的安全風(fēng)險，從而提高了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和安全性。然而，機電工程電氣自動化的發(fā)展同樣面臨著一系列的問題。

2.1 員工的技術(shù)水平亟待提高

電氣自動化技術(shù)是具有操作屬性的自動化技術(shù)，需要員工具備一定的操作水平。然而現(xiàn)有技術(shù)員工有限，員工文化素質(zhì)和專業(yè)技術(shù)水平不高，施工單位沒有對于員工進行系統(tǒng)的培訓(xùn)，無法保證自動化技術(shù)的發(fā)展。無論技術(shù)標準如何，工作人員都沒有把學(xué)習(xí)意識放在首位，而且很難保持技術(shù)更新意識，很難使用自動化技術(shù)進行工程操作。

為了達到更好的自動化效果，員工需要掌握操作原理和技術(shù)方法。但現(xiàn)有員工都是自學(xué)成才，缺乏良好的學(xué)習(xí)方法和技能，沒有掌握操作原理和操作方法。員工理論基礎(chǔ)的匱乏，從根本上阻礙了技術(shù)應(yīng)用的作用。

2.2 機電系統(tǒng)和項目不匹配

機電工程的類型非常復(fù)雜，包含電氣技術(shù)、自動化技術(shù)和機械工程技術(shù)。技術(shù)人員必須了解電力技術(shù)和自動化的類型，按照工程項目的要求進行設(shè)計、施工和維護。電氣和自動化系統(tǒng)具有獨立于機電系統(tǒng)的操作程序和方法，通常在一組操作模式中存在不同的操作需求和細節(jié)。在這種情況下，技術(shù)人員和管理人員需了解自動操作技術(shù)的不同模式，確保系統(tǒng)適合機電項目的實際應(yīng)用情況。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)對機電工程的影響

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在不同的行業(yè)中發(fā)展起來，許多行業(yè)需要物聯(lián)網(wǎng)的支持。因此，如果說電氣自動化是機電工程快速增長所必需的，那么物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進程則是機電工程取得跨越式發(fā)展的必要條件。為減少機電項目中的問題并在自動化過程中傳輸數(shù)據(jù)，在發(fā)送和加密數(shù)據(jù)時必須檢查網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。為了增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｃ苄圆崿F(xiàn)機電系統(tǒng)的應(yīng)用程序模塊化，自動化開發(fā)也應(yīng)受到一些限制。

3 電氣自動化在機電工程中的具體應(yīng)用

3.1 電氣自動化在電力調(diào)度中的應(yīng)用

在自動化系統(tǒng)中，電力調(diào)度需要軟件自動化系統(tǒng)和硬件網(wǎng)絡(luò)協(xié)作完成。要確定電網(wǎng)調(diào)度的模式，需要監(jiān)控不同類型的機械設(shè)備，利用電氣自動化技術(shù)快速處理問題，最終滿足電力調(diào)度的目標。電力系統(tǒng)的有效監(jiān)測是建設(shè)機電工程的基礎(chǔ)，利用電氣自動化技術(shù)可分析電力系統(tǒng)問題，從而提高能源系統(tǒng)的綜合水平。自動化技術(shù)可取代傳統(tǒng)的人工分析，監(jiān)控不同的設(shè)備在各種情況下的工作狀態(tài)。在機電工程中，可發(fā)揮智能技術(shù)的優(yōu)勢，在傳統(tǒng)電氣自動化技術(shù)的基礎(chǔ)上，確保實際時間點對電力調(diào)度進行高效監(jiān)控。

電網(wǎng)調(diào)度是電力自動化系統(tǒng)中最具代表性的部分，是保證電力系統(tǒng)正常運行的管理方法。它由自動化操作系統(tǒng)和設(shè)備組成。電網(wǎng)系統(tǒng)是調(diào)度系統(tǒng)的重要信息源，有助于跟蹤機電設(shè)備的操作，使電網(wǎng)調(diào)度成為一個面向多方綜合的高水平管理系統(tǒng)。監(jiān)控機電自動化系統(tǒng)時，機電自動化可通過機電監(jiān)控來提高工作效率。將自動化技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)調(diào)度、信息采集、信息傳輸、信息處理，以及人機界面交互的基礎(chǔ)設(shè)施，便于實現(xiàn)應(yīng)用分析自動化。

3.2 電氣自動化在建筑行業(yè)的應(yīng)用

快速發(fā)展的計算機技術(shù)和對象技術(shù)是智能技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。在智能建筑行業(yè)的發(fā)展過程中，電氣自動化在制造業(yè)中扮演著不可逆轉(zhuǎn)的角色。電氣自動化是維護高層建筑智能化發(fā)展的基礎(chǔ)。在電氣自動化的輔助之下，施工人員提高了工程的安全性和穩(wěn)定性，以提高施工項目的效率，從而縮短工期。近年來，互聯(lián)網(wǎng)由計算機技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，智能建筑也隨之出現(xiàn)，從而使施工人員能夠確保施工的安全性和效率，并確保有效的工程安全。在機電工程領(lǐng)域，自動化技術(shù)提高了管理水平，并在后臺進行信息匯總和數(shù)據(jù)交換，極大地提高了效率。

3.3 電氣自動化在發(fā)電設(shè)備中的應(yīng)用

電氣自動化可實現(xiàn)分級分布目標，最終能夠滿足有效的發(fā)電控制目標。自動控制系統(tǒng)可根據(jù)發(fā)電設(shè)備的需要安裝應(yīng)用程序，并使用以太網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)遠程控制和管理機電設(shè)備。在機電系統(tǒng)架構(gòu)期間，員工可對設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行分析和決策。在水電廠，電氣自動化設(shè)備的使用提高了生產(chǎn)效率，提高了發(fā)電的安全性和穩(wěn)定性；在火力發(fā)電廠，電氣自動化完成了電、機、爐的綜合管理目標，從而實現(xiàn)火力發(fā)電廠的一體化運行。員工操作端可監(jiān)控由發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備的問題，有效降低公司維護成本，提高生產(chǎn)效率。

4 機電工程電氣自動化的發(fā)展方向

4.1 創(chuàng)新化

機電產(chǎn)品的創(chuàng)新應(yīng)用是實現(xiàn)電氣自動化生產(chǎn)的有效途徑。在這一階段，可提高原有的工作能力和綜合創(chuàng)新能力，在實踐中形成創(chuàng)新的思路。在技術(shù)自動化、故障排除和持續(xù)探索過程中重視創(chuàng)新，提高電氣產(chǎn)品的技術(shù)水平，并為實現(xiàn)技術(shù)奠定基礎(chǔ)。基于創(chuàng)新發(fā)展理念，技術(shù)含量有所提高，呈現(xiàn)出我國自主研發(fā)的特色。為了實現(xiàn)集約化發(fā)展目標，需確定電氣自動化研究或應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新的有效性，調(diào)整機構(gòu)管理體制，加強合作交流，積極制定創(chuàng)新型政策，為機電項目提供創(chuàng)新的機會。

目前，我國的電氣自動化產(chǎn)品是根據(jù)國家現(xiàn)有計劃生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，并獲得了增強原有能力和集成創(chuàng)新能力。在這樣一個過程中，隨著創(chuàng)新能力的增強，電氣自動化項目的技術(shù)也在不斷提高，更具中國特色。相關(guān)公司應(yīng)不斷完善公司控制制度，推動創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展。目前，市場上低端機電產(chǎn)品已經(jīng)逐步完善。高水平企業(yè)應(yīng)推進自主創(chuàng)新，促進電氣自動化的不斷進步。

4.2 開放化

在機電工程建設(shè)中，要建立開放的管理平臺，為加強自動化建設(shè)提供必要條件。定制管理流程，提高平臺系統(tǒng)的效率，有效控制時間周期的影響，實現(xiàn)更高的技術(shù)目標，最終升級產(chǎn)品規(guī)范。在實際開發(fā)中，IEC1131可定制標準的管理程序，并且可提高系統(tǒng)的運行效率，減少編程工作量。在集成平臺中，產(chǎn)品規(guī)范可進一步完善，確保操作系統(tǒng)高度自動化。在項目路中，單位可對計算機使用彈性系統(tǒng)，在工程平臺中兼容不同的自動化應(yīng)用程序。開放性是電氣自動化的重要發(fā)展方向，也可發(fā)展外部對接技術(shù)的前提。

4.3 結(jié)構(gòu)化

在不久的將來，電氣自動化系統(tǒng)將提供結(jié)構(gòu)自動化和調(diào)制功能，并根據(jù)實際自動化設(shè)備的運行效率狀況決定自身的功能。在這個過程中，無論是工程的演進還是電氣設(shè)備的發(fā)展要求，都在調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、為管理人員提供在線管理條件方面發(fā)揮了良好的作用。機電工程機電系統(tǒng)的流通可大大提高工作效率，有效控制運行成本。

隨著技術(shù)的發(fā)展，在未來自動化設(shè)備無論是在公司的發(fā)展中、還是在機電設(shè)備管理領(lǐng)域，都能夠為管理人員提供遠程監(jiān)控、在線指揮管理功能。當前的問題是如何在不同級別之間執(zhí)行數(shù)據(jù)共享。為了提高系統(tǒng)效率，需要將機電設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效地結(jié)合起來。因此，結(jié)構(gòu)化機電系統(tǒng)可大大提高系統(tǒng)效率、降低成本，提高機電工程的總體利潤。

4.4 集成化

隨著機電工程的發(fā)展，機電設(shè)備的數(shù)量越來越多，配件也逐漸增多。集成化就是利用計算機技術(shù)對這些設(shè)備進行集中監(jiān)控，從而有效地建立起一個穩(wěn)定的機電自動化環(huán)境：首先，中央監(jiān)控可發(fā)現(xiàn)設(shè)備首次出現(xiàn)的潛在風(fēng)險，并確保設(shè)備能夠正常工作；第二，加強集中監(jiān)控力度，對設(shè)備進行精確管理，最大限度地利用所有設(shè)備，及時查找故障原因、及時修復(fù)故障設(shè)備，將所有設(shè)備發(fā)送到最大限度地進行優(yōu)化。

綜上，電氣自動化提高了機電工程的效率，機電工程反過來也在積極推進電氣自動化水平的提高。電氣自動化工作人員必須繼續(xù)積極學(xué)習(xí)、銳意創(chuàng)新，使電氣自動化具有開放性、集成性和創(chuàng)新性。前沿電氣自動化技術(shù)提高了機電設(shè)備的效率，降低了機電系統(tǒng)發(fā)展的成本。在機電工程中，自動化操作技術(shù)和設(shè)備減少了員工的工作量，并保證了工程安全。電氣自動化工作人員應(yīng)該在實踐中改進管理技術(shù)，并繼續(xù)為機電一體化的整體發(fā)展做出貢獻。