論電氣工程自動化技術的發(fā)展和運用

李樹民

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，電氣工程自動化技術在工業(yè)行業(yè)中的重要性是與日俱增。電氣自動化是運用電子技術、微機控制技術和計算機網(wǎng)絡技術實現(xiàn)電氣自動控制，是結合電氣技術和計算機技術實現(xiàn)直接或間接程序控制，通過系統(tǒng)集成，實現(xiàn)自動控制電力系統(tǒng)運行和維護功能。工業(yè)自動化不僅是工業(yè)現(xiàn)代化的一項重要標志。也是工業(yè)現(xiàn)代化的物質(zhì)基石。本文針對當前電氣工程中自動化技術的發(fā)展和運用，對電氣工程及其自動化問題進行了探討。

關鍵詞：電氣工程；自動化；技術

電氣自動化是運用電子技術、微機控制技術和計算機網(wǎng)絡技術實現(xiàn)電氣自動控制，是結合電氣技術和計算機技術實現(xiàn)直接或間接程序控制，通過系統(tǒng)集成，實現(xiàn)自動控制電力系統(tǒng)運行和維護功能。

1 電氣工程自動化及其重要性

電氣工程是保證工業(yè)生產(chǎn)正常運行的基礎保障。在工業(yè)生產(chǎn)中，各種智能化的先進設備儀器不斷的應用到生產(chǎn)中，所以電氣工程中的作用越來越重要。電氣自動化是從上個世紀50 年代開始興起并且逐步發(fā)展壯大的，以化工企業(yè)為例，到如今，化工工業(yè)自動化技術和裝備技術不斷發(fā)展，其發(fā)展速度和應用領域急速擴大，幾十年來，從初期簡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。同時工藝單發(fā)展也對生產(chǎn)穩(wěn)定性提出了越來越高的要求，儀表使用越來越普遍，由于自動化專業(yè)在國民經(jīng)濟領域里發(fā)揮的巨大的作用，涉及面之寬，應用范圍之廣，自動化技術從簡單回路的閉環(huán)控制到單元裝置的全面自動控制，所使用的工具也從氣動單元組合儀表、電動單元組合儀表到DCS，普遍應用在化學工業(yè)中，控制水平也日新月異，從傳統(tǒng)單參數(shù)簡單控制回路到多變量復雜控制技術，而且正以蓬勃發(fā)展之勢影響著人們的生產(chǎn)和生活。目前生產(chǎn)中的快速反應、臨界穩(wěn)定工藝、能量綜合平衡等得到廣泛應用，可以說生活中到處都有自動化的身影。隨著工業(yè)規(guī)模的進一步推廣，特別是在化工行業(yè)中，對自動化提出了更高的要求。同時，信息技術更是極大地影響著化工自動化技術的發(fā)展，電氣自動化技術應用更為廣泛。

2 電氣工程自動化問題所在

電氣自動化系統(tǒng)集成是電氣自動化系統(tǒng)功能提升的必經(jīng)之路，我國目前一些電氣自動化還處在初級自動化的層次，自動化具有互不連接、功能單一、信息獨享的缺陷，不能充分發(fā)揮電氣自動化的功能和作用。而且電氣自動化的發(fā)展方向是建立高效、快捷的電氣工程及自動化系統(tǒng)，但目前很多企業(yè)自身網(wǎng)絡構架不盡相同，使得依托于網(wǎng)絡結構而發(fā)展的電氣工程自動化的發(fā)展受到了阻礙。另外不同企業(yè)和商家在軟、硬件產(chǎn)品交換過程中，因為程序接口的不一致，影響企業(yè)數(shù)據(jù)和信息的傳輸交流，進而阻礙了企業(yè)數(shù)據(jù)和信息的共享，使電氣工程及自動化系統(tǒng)在實際運行中無法發(fā)揮應有的效應。

3 電氣工程自動化對策分析

（一）發(fā)電廠自動化。發(fā)電廠作為電力系統(tǒng)的始端，它的自動化決定了整個電力工程的自動化?；鹆Πl(fā)電廠是利用煤、油、天然氣、油頁巖等為燃料的發(fā)電廠。它的自動化系統(tǒng)一般由廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）、電廠管理信息系統(tǒng)（MIS）、遠動系統(tǒng)、故障信息子系統(tǒng)、繼電保護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）、機組分散控制系統(tǒng)（DCS）構成。（PCU）是其中最為重要的部分，可接受現(xiàn)場變送器、脈沖量、開關量、電氣量、熱電偶、熱電阻等信號，可直接應用于生產(chǎn)過程，它是由能可冗余配置的主控模件（MCU）和智能 I/O 模件構成，在運算處理之后可實現(xiàn)生產(chǎn)過程的聯(lián)鎖監(jiān)測、聯(lián)鎖控制、聯(lián)鎖保護等。運行人員工作站（OS）和工程師工作站（ES）能夠提供了人機接口，同時為電氣設備維修工程師提供系統(tǒng)診斷、系統(tǒng)維護、系統(tǒng)組態(tài)設置等手段。數(shù)據(jù)的采集、處理、監(jiān)控都采用微型計算機來完成，機組的監(jiān)控水平得到了大幅度的提升，也提高了人機交互界面；無論是進口的機組，還是國產(chǎn)的大型機組，基本都安裝了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；在很多電廠的自動裝置設備都是采用數(shù)字化儀表來進行顯示控制，而不再是過去那種傳統(tǒng)的機械式儀表，這些措施都將我國的電廠熱工自動化技術推向到了一個新的高度。

（二）變電站綜合自動化。隨著使用規(guī)模的擴大和實用技術的推廣，人們已經(jīng)越來越多的認識到變電站綜合自動化的重要性。自動化技術應用于變電站的主要目的是確保變電站的運營安全，提高變電站工作效率，加強對變電站的監(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控制技術和變電站應用信息處理、傳輸技術基礎之上的。自動化變電站系統(tǒng)主要由以下子系統(tǒng)構成：一是控制系統(tǒng)。主要是進行變電站的數(shù)據(jù)包括模擬量、開關量和電能量的數(shù)據(jù)采集、故障錄波和測距、故障記錄、斷路器跳合閘記錄、保護動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。二是繼電保護子系統(tǒng)。變電站綜合自動化系統(tǒng)中的微機繼電保護主要包括輸電線路保護、電力變壓器保護、母線保護、電容器保護、小電流接地系統(tǒng)自動選線、自動重合閘等。三是電壓、無功綜合控制子系統(tǒng)。變電站綜合自動化系統(tǒng)必須具有保證安全、可靠供電和提高電能質(zhì)量的自動控制功能。電壓和頻率是電能質(zhì)量的重要指標，因此電壓、無功綜合控制也是變電站綜合自動化系統(tǒng)的一個重要組成部分。四是低頻減負荷控制及備用電源自動投入子系統(tǒng)。備用電源自動投入已成為變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能之一。五是通信子系統(tǒng)。主要由內(nèi)部的信息溝通和變電站與其他管理部門的信息溝通。

（三）電氣工程狀態(tài)檢修自動化。電氣工程狀態(tài)檢修技術主要是指通過應用電氣工程設備資產(chǎn)管理系統(tǒng)的方式，重點發(fā)揮其在狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷方向的綜合性應用功能，提供狀態(tài)檢修所對應設備在正常運行狀態(tài)下所表現(xiàn)出的運行狀態(tài)信息以及相關數(shù)據(jù)，同時也可以結合這部分數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電氣工程相應設備運行狀態(tài)以及可能存在安全隱患或是故障的問題進行有效預測。按照此種方式，還能夠將傳統(tǒng)意義上的故障檢修模式轉變成為全新的狀態(tài)檢修模式。從實踐應用的角度上來說，將狀態(tài)檢修技術應用于電氣工程實踐工作過程中不但能夠提高相應電氣設備的穩(wěn)定性與安全性，同時也使得傳統(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題得到有效克服，從而保障運行安全。

（四）先進制動控制自動化。相對于常規(guī)PD控制，與此相對應的先進制動控制的控制效果要更加突出，表現(xiàn)更加好。先進制動控制自動化采取建立一個動態(tài)的數(shù)學模型來表征一個實際過程，通過多個輸入和輸出的變量之間關系相互的約束實現(xiàn)控制，主要是通過軟件來實施控制。過程變量數(shù)據(jù)的采集、處理和軟件測量必須保證其有效性和可靠性，主要是因為現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集受噪音的干擾，需要做濾波處理。適時計算不可測量的變量數(shù)值正是先進控制的主要內(nèi)容。在化工業(yè)生產(chǎn)中，飽和蒸汽壓、反應熱、某些蒸餾塔的質(zhì)量指標數(shù)值，就需要軟測量技術才能準確獲得。先進控制的策略包括傳統(tǒng)的串級、筆直、前饋控制等內(nèi)容，還有智能控制系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、模糊控制等都是先進控制的策略所在。智能控制是目前自動化發(fā)展的趨勢及熱點，也是先進控制的熱點。生產(chǎn)過程的故障診斷以及過程的監(jiān)督控制都需要智能系統(tǒng)來完成。專家系統(tǒng)可以進行自動化生產(chǎn)故障的診斷以及過程的監(jiān)控，通過計算機完成與人工操作同樣效果的控制。在化工企業(yè)中，主要是進行滯后大、非線性的模糊控制及技術。處理復雜多的模式及聯(lián)想預測和記憶需要神經(jīng)網(wǎng)絡來完成。這種技術可以用于質(zhì)量預測，結合模糊控制進行非線性對象的生產(chǎn)控制，替代儀表，進行疑難及復雜的控制。

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

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