電氣自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與前景展望

王 鋒，呂紅芝，曹建東，王永春

（1.山東廣富集團(tuán)有限公司，山東 濱州 256217；2.山東魯冶瑞寶電氣自動(dòng)化有限公司，山東 濟(jì)南 250010）

隨著我國工業(yè)化水準(zhǔn)的上升與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電氣自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)發(fā)展過程中的核心技術(shù)，對維護(hù)一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有著至關(guān)重要的作用。電氣自動(dòng)化技術(shù)本身涵蓋了包括電力、計(jì)算機(jī)、電工、自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，因此其發(fā)展水平也是一個(gè)國家工業(yè)實(shí)力的具體表現(xiàn)之一。隨著當(dāng)前電氣自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用程度越來越高，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中起到的作用也就越來越大，同時(shí)經(jīng)濟(jì)水平的上漲也帶來了社會(huì)需求的提升，這也就意味著工業(yè)生產(chǎn)必須同步進(jìn)行提升，以滿足不同時(shí)期的不同社會(huì)需求，而這就刺激了電氣自動(dòng)化技術(shù)的革新與演化[1]。

1 電氣自動(dòng)化技術(shù)的相關(guān)概念

電氣自動(dòng)化技術(shù)，是指一種通過對計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)及電子儀器設(shè)備實(shí)現(xiàn)對整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)流程進(jìn)行控制、管理及優(yōu)化的技術(shù)，具有替換勞動(dòng)力、信息反饋、技術(shù)管控的作用及特點(diǎn)，而其目的是為了在保障工業(yè)生產(chǎn)安全性與穩(wěn)定性的前提下，有效提升工業(yè)生產(chǎn)的效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)成本的合理縮減與產(chǎn)品質(zhì)量的可靠提升。由于電氣自動(dòng)化技術(shù)本身包含了眾多工科內(nèi)容，因此其具體應(yīng)用具有一定的難度，且要實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化技術(shù)還需要硬件、系統(tǒng)及自動(dòng)化軟件的支持。只有在這三者的幫助下，電氣自動(dòng)化技術(shù)才能在工業(yè)生產(chǎn)中獲得有效應(yīng)用。就當(dāng)前電氣自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用情況來看，在化工、冶金、礦產(chǎn)、港口、電力、尖端制造產(chǎn)業(yè)中均有電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，這些應(yīng)用主要體現(xiàn)在相關(guān)設(shè)備的維修、調(diào)試、運(yùn)行、安裝、管理維護(hù)等方面，在我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

2 電氣自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化技術(shù)在不同行業(yè)的生產(chǎn)中均有所應(yīng)用，且取得了可喜的效果，但受篇幅所限，本文僅針對該技術(shù)在礦產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)及化工工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

2.1 電氣自動(dòng)化技術(shù)在礦產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化技術(shù)在礦產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用包括但不限于采掘、運(yùn)輸、監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)及排水系統(tǒng)中。相比其他工業(yè)生產(chǎn)而言，礦產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)所處的環(huán)境更加復(fù)雜，其安全性的需求也使得自動(dòng)化技術(shù)有很大的應(yīng)用空間。

電氣自動(dòng)化技術(shù)在礦產(chǎn)資源采掘作業(yè)中的應(yīng)用有效提升了設(shè)備的采掘容量及技術(shù)含量。在電氣自動(dòng)化技術(shù)的影響下，原本人力進(jìn)行的很多工作被各種類型的采掘設(shè)備替代，從而保證了采掘作業(yè)的安全性。而與人力不同的是，人力的作業(yè)量是有限的，而采掘設(shè)備則可以通過更新型號來獲取更高的作業(yè)量，且整個(gè)采掘過程也避免了因?yàn)槿肆Φ牟灰?guī)范操作造成意外，進(jìn)而提升了采掘作業(yè)的安全性。而在采掘工作靈活性的對比上，盡管人力具有更高的靈活性，但電氣自動(dòng)化所控制的設(shè)備同樣可通過對設(shè)備功能、規(guī)模、型號的調(diào)整來使設(shè)備滿足礦產(chǎn)采掘工作的需求。就礦產(chǎn)采掘工作本身的復(fù)雜程度而言，當(dāng)前已經(jīng)很少需要完全依靠人力現(xiàn)場判斷的工作內(nèi)容，電氣自動(dòng)化設(shè)備及技術(shù)能夠基本勝任礦產(chǎn)采掘工作的需求[2]。

電氣自動(dòng)化技術(shù)在礦產(chǎn)運(yùn)輸中的應(yīng)用是從上世紀(jì)八十年代之后出現(xiàn)的，在上世紀(jì)八十年代之前，礦產(chǎn)運(yùn)輸主要依靠人力完成，因而當(dāng)時(shí)的運(yùn)輸效率及作業(yè)量都十分不理想；而在那之后，電氣自動(dòng)化設(shè)備在礦產(chǎn)運(yùn)輸作業(yè)中的應(yīng)用大幅提升了運(yùn)輸量，履帶運(yùn)輸設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)大批量源源不斷的運(yùn)輸，在提升運(yùn)輸效率的同時(shí)也大幅縮減了礦產(chǎn)運(yùn)輸所需的勞動(dòng)力，而在監(jiān)控系統(tǒng)的幫助下，礦產(chǎn)運(yùn)輸作業(yè)的安全性及穩(wěn)定性也得到了可靠保障。后來隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)及其他相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，包括斬波器、集中監(jiān)控系統(tǒng)、PLC 技術(shù)、交頻同步拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)均在礦產(chǎn)運(yùn)輸中獲得應(yīng)用，使得當(dāng)前礦產(chǎn)資源運(yùn)輸作業(yè)的效率比過往已經(jīng)有了顛覆性的提升（如圖1）。

圖1 電氣自動(dòng)化技術(shù)在礦產(chǎn)運(yùn)輸中的應(yīng)用

礦產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中也在監(jiān)控系統(tǒng)中加入了電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)前我國多數(shù)礦產(chǎn)開采區(qū)域已經(jīng)裝配了安全監(jiān)控系統(tǒng)，并根據(jù)實(shí)際需求裝入了不同規(guī)模的風(fēng)電閉鎖裝置、紅外線自動(dòng)噴霧、斷電儀及有害氣體遙測儀等裝置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對礦產(chǎn)資源的全面監(jiān)控。這種監(jiān)控能夠同時(shí)作用于礦產(chǎn)開采的井下作業(yè)及運(yùn)輸作業(yè)，進(jìn)而對礦產(chǎn)生產(chǎn)安全起到相應(yīng)的監(jiān)督作用。但問題在于這些負(fù)責(zé)監(jiān)控功能的設(shè)備往往具有較高的精密度，在礦產(chǎn)開采的復(fù)雜環(huán)境下很容易受到影響，進(jìn)而導(dǎo)致其性能出現(xiàn)問題，因而這些監(jiān)控設(shè)備的管理維護(hù)開支較高，且應(yīng)用效果尚不能滿足當(dāng)前礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)需求，使得礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到阻礙。

礦產(chǎn)生產(chǎn)面臨的環(huán)境是很復(fù)雜的，在開采過程中誕生的有害氣體更是有著很高的危險(xiǎn)性，因而礦產(chǎn)中需要配備系統(tǒng)化且高可靠性的通風(fēng)系統(tǒng)。當(dāng)前自動(dòng)化水平的提升已經(jīng)使得自動(dòng)化技術(shù)能夠融入到礦產(chǎn)開采的通風(fēng)系統(tǒng)中，并能夠?qū)崿F(xiàn)良好的通風(fēng)排氣效果，不僅有效減低了礦產(chǎn)生產(chǎn)過程中的有害氣體含量，也使礦產(chǎn)開采作業(yè)的效率及安全性均得到了可靠保障。自動(dòng)化技術(shù)在礦產(chǎn)開采區(qū)域內(nèi)排風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用具有分散化、分層化及數(shù)字化的特征，也就進(jìn)一步提升了通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性。除通風(fēng)系統(tǒng)之外，礦產(chǎn)開采中的排水系統(tǒng)也發(fā)揮著十分重要的作用。礦產(chǎn)開采中的積水會(huì)對井下環(huán)境的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，也會(huì)影響礦產(chǎn)的生產(chǎn)質(zhì)量，因而需要借助排水系統(tǒng)排出積水。而電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠自動(dòng)控制礦產(chǎn)工程中排水系統(tǒng)中的積水開關(guān)，并有效緩解負(fù)壓、過載、高溫的情況，進(jìn)而保障開采工作中的安全性及可靠性，在礦產(chǎn)工程施工安全生產(chǎn)過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

2.2 電氣自動(dòng)化技術(shù)在化工工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化技術(shù)在化工工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在先進(jìn)控制及現(xiàn)場總線兩方面，均是通過相應(yīng)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。

先進(jìn)控制是指化工工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際生產(chǎn)情況及過程往往比較復(fù)雜，無法有效采取建立數(shù)學(xué)模型的做法進(jìn)行控制。如果直接對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，其控制效果往往不會(huì)很理想，在這種情況下可以借助先進(jìn)控制來實(shí)現(xiàn)對其生產(chǎn)過程的有效控制，相比傳統(tǒng)控制方式而言，先進(jìn)控制能夠有效預(yù)測生產(chǎn)數(shù)字模型并進(jìn)行推斷，還能進(jìn)行多變量耦合等各種復(fù)雜多變量的處理控制工作。而在電氣自動(dòng)化技術(shù)的幫助下，先進(jìn)控制在發(fā)展過程中也逐漸體現(xiàn)出智能化的特點(diǎn)?；どa(chǎn)中的變量之間存在一定的關(guān)系，一般需要通過辨別技術(shù)加以確定，而具有動(dòng)態(tài)化特征的數(shù)學(xué)模型又能表現(xiàn)出實(shí)際生產(chǎn)過程。在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理工作時(shí)，可應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)來避免人力采集可能產(chǎn)生的誤差，而無法測量的數(shù)據(jù)也可應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)判斷不同因素并加以運(yùn)算，避免人力計(jì)算出現(xiàn)數(shù)據(jù)收集不全面導(dǎo)致最終誤差較大的情況（如圖2）。在電氣自動(dòng)化技術(shù)中軟測量技術(shù)的幫助下，飽和蒸氣壓、反應(yīng)熱、部分蒸餾塔的質(zhì)量指標(biāo)等數(shù)值也可實(shí)現(xiàn)有效獲取。最后，電氣自動(dòng)化技術(shù)中的智能控制系統(tǒng)還可用于診斷自動(dòng)化生產(chǎn)中的故障，進(jìn)而監(jiān)控自動(dòng)化生產(chǎn)的實(shí)際情況。

現(xiàn)場總線的本質(zhì)是一種控制技術(shù)，是指將現(xiàn)場的智能設(shè)備與自動(dòng)化系統(tǒng)相連，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有機(jī)整合，因此現(xiàn)場總線本身對化工工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域有很大的影響。相比當(dāng)前的PLC 及DCS 而言，現(xiàn)場總線技術(shù)不僅具有開放性及相互的可操作性，還能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信、控制現(xiàn)場通信設(shè)備的功能。在具體的應(yīng)用上，由于現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)相對比較簡單，且需要實(shí)現(xiàn)控制的室內(nèi)設(shè)備整體數(shù)量較少，僅需要一對雙絞線就能完成有效連接，因此在硬件投資上的成本更低，也就減少了電氣自動(dòng)化工作人員在安裝上的工作量[3]。而現(xiàn)場總線控制技術(shù)還能節(jié)約自動(dòng)化生產(chǎn)的后期投資，這是因?yàn)榛どa(chǎn)過程進(jìn)行到后期時(shí)可能需要加入一定的控制設(shè)備，但在應(yīng)用了現(xiàn)場總線的前提下，生產(chǎn)場地不需要再增加新的電纜，在原有電纜上就近進(jìn)行鏈接即可滿足工作需求。

圖2 電氣自動(dòng)化技術(shù)在化工數(shù)據(jù)采取中的應(yīng)用

3 電氣自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的發(fā)展前景

3.1 開放性

很大程度上電氣自動(dòng)化技術(shù)中控制系統(tǒng)的性能取決于硬件，而隨著近年來單片機(jī)技術(shù)的長足發(fā)展，電氣控制系統(tǒng)的硬件技術(shù)也因此得到了更高科技含量的支持，并在發(fā)展過程中呈現(xiàn)出相應(yīng)的開放性特點(diǎn)。就當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展需求來說，新型電氣控制系統(tǒng)不僅需要達(dá)到更高的運(yùn)行效率，其成本也需盡可能向下縮減，同時(shí)還要能夠?yàn)樯a(chǎn)企業(yè)提供更多的平臺。從社會(huì)發(fā)展的角度來看，信息時(shí)代下不同工業(yè)及企業(yè)在發(fā)展過程中也需具備一定的開放性，從而獲得更多的發(fā)展機(jī)遇，這也就意味著電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展必然要考慮開放性這一趨勢。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化與智能化

當(dāng)前的電氣自動(dòng)化技術(shù)在發(fā)展過程中已經(jīng)具備了一定的自我診斷能力，也就能夠有效排出應(yīng)用中的一部分障礙。但就障礙處理速率及有效性而言，有時(shí)還會(huì)需要人力參與到障礙判斷的過程中，這就意味著電氣自動(dòng)化技術(shù)需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化與智能化的發(fā)展，借助網(wǎng)絡(luò)高度集成不同母線的保護(hù)，并在各種人工智能技術(shù)的支持下獨(dú)立進(jìn)行一些運(yùn)行障礙的排除與解決，進(jìn)而向網(wǎng)絡(luò)化與智能化的發(fā)展方向邁進(jìn)。

4 結(jié)語

結(jié)合上述內(nèi)容來看，電氣自動(dòng)化技術(shù)在我國工業(yè)發(fā)展的過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，而就社會(huì)發(fā)展的需求來看，電氣自動(dòng)化的發(fā)展也面臨著開放性、網(wǎng)絡(luò)化與智能化的發(fā)展趨勢。相信在電氣自動(dòng)化有效實(shí)現(xiàn)這些發(fā)展之后，其技術(shù)能夠?yàn)楫?dāng)今社會(huì)的發(fā)展提供更加強(qiáng)勁的動(dòng)力支持。