淺談電氣工程及其自動(dòng)化

符容

【摘要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，電氣工程自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)行業(yè)中的重要性是與日俱增。電氣自動(dòng)化是運(yùn)用電子技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)控制，是結(jié)合電氣技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)直接或間接程序控制，通過(guò)系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制電力系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)功能。工業(yè)自動(dòng)化不僅是工業(yè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)重要標(biāo)志。 也是工業(yè)現(xiàn)代化的物質(zhì)基石。本文針對(duì)當(dāng)前電氣工程中自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用，對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化問(wèn)題進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】電氣工程；自動(dòng)化；技術(shù)

[文章編號(hào)]1619-2737（2016）01-12-152

1. 電氣工程自動(dòng)化及其重要性

電氣工程是保證工業(yè)生產(chǎn)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。在工業(yè)生產(chǎn)中，各種智能化的先進(jìn)設(shè)備儀器不斷的應(yīng)用到生產(chǎn)中，所以電氣工程中的作用越來(lái)越重要。電氣自動(dòng)化是從上個(gè)世紀(jì)50 年代開(kāi)始興起并且逐步發(fā)展壯大的，以化工企業(yè)為例，到如今，化工工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)和裝備技術(shù)不斷發(fā)展，其發(fā)展速度和應(yīng)用領(lǐng)域急速擴(kuò)大，幾十年來(lái)，從初期簡(jiǎn)單的手工操作到連續(xù)工藝迅速發(fā)展，為工業(yè)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。同時(shí)工藝單發(fā)展也對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求，儀表使用越來(lái)越普遍，由于自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域里發(fā)揮的巨大的作用，涉及面之寬，應(yīng)用范圍之廣，自動(dòng)化技術(shù)從簡(jiǎn)單回路的閉環(huán)控制到單元裝置的全面自動(dòng)控制，所使用的工具也從氣動(dòng)單元組合儀表、電動(dòng)單元組合儀表到DCS，普遍應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)中，控制水平也日新月異，從傳統(tǒng)單參數(shù)簡(jiǎn)單控制回路到多變量復(fù)雜控制技術(shù)，而且正以蓬勃發(fā)展之勢(shì)影響著人們的生產(chǎn)和生活。目前生產(chǎn)中的快速反應(yīng)、臨界穩(wěn)定工藝、能量綜合平衡等得到廣泛應(yīng)用，可以說(shuō)生活中到處都有自動(dòng)化的身影。隨著工業(yè)規(guī)模的進(jìn)一步推廣，特別是在化工行業(yè)中，對(duì)自動(dòng)化提出了更高的要求。同時(shí)，信息技術(shù)更是極大地影響著化工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用更為廣泛。

2. 電氣工程自動(dòng)化問(wèn)題所在

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)集成是電氣自動(dòng)化系統(tǒng)功能提升的必經(jīng)之路，我國(guó)目前一些電氣自動(dòng)化還處在初級(jí)自動(dòng)化的層次，自動(dòng)化具有互不連接、功能單一、信息獨(dú)享的缺陷，不能充分發(fā)揮電氣自動(dòng)化的功能和作用。而且電氣自動(dòng)化的發(fā)展方向是建立高效、快捷的電氣工程及自動(dòng)化系統(tǒng)，但目前很多企業(yè)自身網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架不盡相同，使得依托于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而發(fā)展的電氣工程自動(dòng)化的發(fā)展受到了阻礙。另外不同企業(yè)和商家在軟、硬件產(chǎn)品交換過(guò)程中，因?yàn)槌绦蚪涌诘牟灰恢?，影響企業(yè)數(shù)據(jù)和信息的傳輸交流，進(jìn)而阻礙了企業(yè)數(shù)據(jù)和信息的共享，使電氣工程及自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中無(wú)法發(fā)揮應(yīng)有的效應(yīng)。

3. 電氣工程自動(dòng)化對(duì)策分析

3.1發(fā)電廠自動(dòng)化。

發(fā)電廠作為電力系統(tǒng)的始端，它的自動(dòng)化決定了整個(gè)電力工程的自動(dòng)化。

火力發(fā)電廠?；鹆Πl(fā)電廠是利用煤、油、天然氣、油頁(yè)巖等為燃料的發(fā)電廠。它的自動(dòng)化系統(tǒng)一般由廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）、電廠管理信息系統(tǒng)（MIS）、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、故障信息子系統(tǒng)、繼電保護(hù)及故障信息管理子站、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）、機(jī)組分散控制系統(tǒng)（DCS）構(gòu)成。（PCU）是其中最為重要的部分，可接受現(xiàn)場(chǎng)變送器、脈沖量、開(kāi)關(guān)量、電氣量、熱電偶、熱電阻等信號(hào)，可直接應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程，它是由能可冗余配置的主控模件（MCU）和智能 I/O 模件構(gòu)成，在運(yùn)算處理之后可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)鎖監(jiān)測(cè)、聯(lián)鎖控制、聯(lián)鎖保護(hù)等。運(yùn)行人員工作站（OS）和工程師工作站（ES）能夠提供了人機(jī)接口，同時(shí)為電氣設(shè)備維修工程師提供系統(tǒng)診斷、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)組態(tài)設(shè)置等手段。數(shù)據(jù)的采集、處理、監(jiān)控都采用微型計(jì)算機(jī)來(lái)完成，機(jī)組的監(jiān)控水平得到了大幅度的提升，也提高了人機(jī)交互界面；無(wú)論是進(jìn)口的機(jī)組，還是國(guó)產(chǎn)的大型機(jī)組，基本都安裝了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；在很多電廠的自動(dòng)裝置設(shè)備都是采用數(shù)字化儀表來(lái)進(jìn)行顯示控制，而不再是過(guò)去那種傳統(tǒng)的機(jī)械式儀表，這些措施都將我國(guó)的電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)推向到了一個(gè)新的高度。

3.2變電站綜合自動(dòng)化。

隨著使用規(guī)模的擴(kuò)大和實(shí)用技術(shù)的推廣，人們已經(jīng)越來(lái)越多的認(rèn)識(shí)到變電站綜合自動(dòng)化的重要性。自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于變電站的主要目的是確保變電站的運(yùn)營(yíng)安全，提高變電站工作效率，加強(qiáng)對(duì)變電站的監(jiān)控，逐步取代掉人工監(jiān)視和人工操作，它是建立在變電站自動(dòng)控制技術(shù)和變電站應(yīng)用信息處理、傳輸技術(shù)基礎(chǔ)之上的。自動(dòng)化變電站系統(tǒng)主要由以下子系統(tǒng)構(gòu)成：

（1）控制系統(tǒng)。主要是進(jìn)行變電站的數(shù)據(jù)包括模擬量、開(kāi)關(guān)量和電能量的數(shù)據(jù)采集、故障錄波和測(cè)距、故障記錄、斷路器跳合閘記錄、保護(hù)動(dòng)作順序記錄的事件順序記錄、操作控制功能、安全監(jiān)視功能、人機(jī)聯(lián)系功能、數(shù)據(jù)處理與記錄功能、諧波分析與監(jiān)視、打印功能。

（2）繼電保護(hù)子系統(tǒng)。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的微機(jī)繼電保護(hù)主要包括輸電線路保護(hù)、電力變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、電容器保護(hù)、小電流接地系統(tǒng)自動(dòng)選線、自動(dòng)重合閘等。

（3）電壓、無(wú)功綜合控制子系統(tǒng)。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)必須具有保證安全、可靠供電和提高電能質(zhì)量的自動(dòng)控制功能。電壓和頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此電壓、無(wú)功綜合控制也是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。

（4）低頻減負(fù)荷控制及備用電源自動(dòng)投入子系統(tǒng)。備用電源自動(dòng)投入已成為變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能之一。

（5）通信子系統(tǒng)。主要由內(nèi)部的信息溝通和變電站與其他管理部門(mén)的信息溝通。

3.3電氣工程狀態(tài)檢修自動(dòng)化。

電氣工程狀態(tài)檢修技術(shù)主要是指通過(guò)應(yīng)用電氣工程設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)的方式，重點(diǎn)發(fā)揮其在狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷方向的綜合性應(yīng)用功能，提供狀態(tài)檢修所對(duì)應(yīng)設(shè)備在正常運(yùn)行狀態(tài)下所表現(xiàn)出的運(yùn)行狀態(tài)信息以及相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以結(jié)合這部分?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣工程相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及可能存在安全隱患或是故障的問(wèn)題進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。按照此種方式，還能夠?qū)鹘y(tǒng)意義上的故障檢修模式轉(zhuǎn)變成為全新的狀態(tài)檢修模式。從實(shí)踐應(yīng)用的角度上來(lái)說(shuō)，將狀態(tài)檢修技術(shù)應(yīng)用于電氣工程實(shí)踐工作過(guò)程中不但能夠提高相應(yīng)電氣設(shè)備的穩(wěn)定性與安全性，同時(shí)也使得傳統(tǒng)意義上定期檢修作業(yè)模式下可能存在的缺陷以及遺漏性問(wèn)題得到有效克服，從而保障運(yùn)行安全。

3.4先進(jìn)制動(dòng)控制自動(dòng)化。

相對(duì)于常規(guī)PD控制，與此相對(duì)應(yīng)的先進(jìn)制動(dòng)控制的控制效果要更加突出，表現(xiàn)更加好。先進(jìn)制動(dòng)控制自動(dòng)化采取建立一個(gè)動(dòng)態(tài)的數(shù)學(xué)模型來(lái)表征一個(gè)實(shí)際過(guò)程，通過(guò)多個(gè)輸入和輸出的變量之間關(guān)系相互的約束實(shí)現(xiàn)控制，主要是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)施控制。過(guò)程變量數(shù)據(jù)的采集、處理和軟件測(cè)量必須保證其有效性和可靠性，主要是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集受噪音的干擾，需要做濾波處理。適時(shí)計(jì)算不可測(cè)量的變量數(shù)值正是先進(jìn)控制的主要內(nèi)容。在化工業(yè)生產(chǎn)中，飽和蒸汽壓、反應(yīng)熱、某些蒸餾塔的質(zhì)量指標(biāo)數(shù)值，就需要軟測(cè)量技術(shù)才能準(zhǔn)確獲得。先進(jìn)控制的策略包括傳統(tǒng)的串級(jí)、筆直、前饋控制等內(nèi)容，還有智能控制系統(tǒng)、專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊控制等都是先進(jìn)控制的策略所在。智能控制是目前自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)及熱點(diǎn)，也是先進(jìn)控制的熱點(diǎn)。生產(chǎn)過(guò)程的故障診斷以及過(guò)程的監(jiān)督控制都需要智能系統(tǒng)來(lái)完成。專(zhuān)家系統(tǒng)可以進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)故障的診斷以及過(guò)程的監(jiān)控，通過(guò)計(jì)算機(jī)完成與人工操作同樣效果的控制。在化工企業(yè)中，主要是進(jìn)行滯后大、非線性的模糊控制及技術(shù)。處理復(fù)雜多的模式及聯(lián)想預(yù)測(cè)和記憶需要神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成。這種技術(shù)可以用于質(zhì)量預(yù)測(cè)，結(jié)合模糊控制進(jìn)行非線性對(duì)象的生產(chǎn)控制，替代儀表，進(jìn)行疑難及復(fù)雜的控制。

4. 結(jié)束語(yǔ)

電氣自動(dòng)化不但得到了充分的發(fā)展，它也會(huì)在現(xiàn)代工業(yè)中起著舉足輕重的作用，它完全能促進(jìn)我國(guó)生產(chǎn)力的發(fā)展。至此，將會(huì)給我們帶來(lái)生產(chǎn)效率的大幅度提高，以及社會(huì)發(fā)展的穩(wěn)定與進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]楚力.電氣自動(dòng)化在電氣工程中的應(yīng)用分析[J].廣東科技，2012，09.

[2]梁媛園.淺析電氣工程自動(dòng)化的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].民營(yíng)科技，2012，07.

[3]黃雪芳.探討電氣工程中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用[J].廣東科技，2012，13.