電氣工程自動(dòng)化控制智能化技術(shù)應(yīng)用

張立業(yè)

（中國(guó)黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021400）

自動(dòng)化控制技術(shù)可以在電氣設(shè)備無(wú)人控制的情況下正常運(yùn)行，在很大程度上提高了設(shè)備工作的效率，并使設(shè)備的運(yùn)行與正常作業(yè)具有較高的安全性，因此被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。近年來(lái)，我國(guó)電氣工程自動(dòng)化控制技術(shù)在不斷革新與升級(jí)中，實(shí)現(xiàn)了與智能化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，拓寬了電氣工程的應(yīng)用領(lǐng)域。電氣工程在工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，且隨著工業(yè)進(jìn)步逐漸突顯，自動(dòng)化控制是電氣工程的突出競(jìng)爭(zhēng)力，在全球科技高速發(fā)展的背景下，有著較好的應(yīng)用前景。電力行業(yè)在加快電氣自動(dòng)化進(jìn)程的同時(shí)使各個(gè)行業(yè)也逐步走向成熟，智能化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用能夠在一定程度上彌補(bǔ)自動(dòng)控制所存在的缺陷，大大減少了人工操作的成本，提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)在發(fā)展中逐漸暴露問(wèn)題，在遇到復(fù)雜動(dòng)態(tài)的操控對(duì)象時(shí)，無(wú)法對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行有效的控制。智能化控制對(duì)電氣設(shè)備系統(tǒng)的改進(jìn)有著重要的作用，能夠針對(duì)新的工程施工需求提出自動(dòng)控制的解決方法，電力是礦山進(jìn)行安全生產(chǎn)的重要?jiǎng)恿?，礦井作業(yè)條件復(fù)雜容易發(fā)生意外事故，威脅著礦山開(kāi)采人員的安全，進(jìn)行智能化控制能夠保證礦山電氣工程更加合理，對(duì)日后在各領(lǐng)域的應(yīng)用具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 電氣工程自動(dòng)化控制智能化技術(shù)應(yīng)用

1.1 智能控制電氣設(shè)備

智能化技術(shù)可以對(duì)電氣工程所使用的電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)做出反饋，是電氣工程自動(dòng)化控制的保障，為了使礦山工程安全有序地開(kāi)展，利用電氣工程系統(tǒng)、液壓機(jī)和電氣設(shè)備制動(dòng)系統(tǒng)組成控制設(shè)備，為礦山電氣設(shè)備的運(yùn)行提供充足的制動(dòng)力，利用液壓機(jī)調(diào)節(jié)制動(dòng)力的大小，其制動(dòng)力來(lái)自于制動(dòng)設(shè)備之間的摩擦，在形成制動(dòng)力的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)大量功耗，在礦山電氣設(shè)備的運(yùn)行所需電流電壓充足時(shí)，電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)根據(jù)檢測(cè)到的設(shè)備數(shù)據(jù)而控制對(duì)機(jī)電設(shè)備的電流供應(yīng)，智能控制礦山電氣設(shè)備的運(yùn)行速度。在此過(guò)程中，可以將電氣自動(dòng)化智能技術(shù)集成在模糊控制器中，使用此種方式，對(duì)傳統(tǒng)的PID控制器綜合性能進(jìn)行優(yōu)化，在進(jìn)行電氣設(shè)備智能控制時(shí)，可將控制的行為氛圍兩個(gè)階段，分別為M階段與S階段，前者是指對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行調(diào)速的控制，后者是指對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行規(guī)則的控制，將控制后輸出的解集作為模糊規(guī)則。根據(jù)前端運(yùn)行的需求，從模糊化角度、智能推理角度進(jìn)行電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的集中調(diào)控，將控制器量化的結(jié)果與設(shè)計(jì)的隸屬函數(shù)值導(dǎo)入智能端邏輯庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)將通過(guò)對(duì)參數(shù)的比對(duì)與反演推理，模仿人類行為進(jìn)行智能決策。在開(kāi)發(fā)知識(shí)庫(kù)過(guò)程中，可以將專家知識(shí)與現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)按照某種邏輯與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行格式的集中處理，處理后將電氣設(shè)備預(yù)設(shè)的目標(biāo)導(dǎo)入操作端，按照指令進(jìn)行設(shè)備行為的控制，在控制過(guò)程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以作為設(shè)備的推理機(jī)，通過(guò)對(duì)中間數(shù)值的反模糊化進(jìn)行數(shù)值量化，根據(jù)量化的結(jié)果，進(jìn)行控制參數(shù)的調(diào)整。整個(gè)電氣工程控制系統(tǒng)中包括大量控制的步驟，借助相關(guān)處理使智能控制設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的評(píng)估，對(duì)礦山電氣工程中設(shè)備的相關(guān)參數(shù)監(jiān)測(cè)需要通過(guò)傳感器來(lái)進(jìn)行信號(hào)的輸送，將礦山網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心建立連接，保障數(shù)據(jù)的傳送。通過(guò)靜態(tài)動(dòng)態(tài)兩種調(diào)試方法對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)部位的調(diào)試。當(dāng)設(shè)備處于正常運(yùn)行時(shí)，操作人員可通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的控制，開(kāi)展礦山電氣設(shè)備的掃描工作，確定調(diào)試點(diǎn)，再將設(shè)備關(guān)閉進(jìn)行二次回路調(diào)試，檢測(cè)絕緣部位，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的調(diào)試與控制。

1.2 協(xié)調(diào)優(yōu)化泵站系統(tǒng)

智能型集成供液系統(tǒng)將變頻控制、泵站智能聯(lián)動(dòng)控制等功能集于一身，在礦山實(shí)際進(jìn)行自動(dòng)化跟機(jī)作業(yè)時(shí)，由于鉆機(jī)速度過(guò)快會(huì)出現(xiàn)支架動(dòng)作不到位等現(xiàn)象，考慮到鉆機(jī)速度對(duì)液泵站及工作面支架的影響，需要對(duì)泵站系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化協(xié)調(diào)。按照支架的布置規(guī)律，以10個(gè)為一組設(shè)定為加裝壓力傳感器的距離，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泵站壓力變化和工作面支架用夜變化，在對(duì)觀察液壓支架并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，泵站出口壓力受自動(dòng)化樁基作業(yè)的鉆機(jī)速度影響，在鉆機(jī)達(dá)到6m/s時(shí)，泵站壓力發(fā)生明顯變化，此時(shí)工作面壓力和流量大大缺失，需要自動(dòng)控制液壓泵的運(yùn)行數(shù)量，采用遠(yuǎn)距離自動(dòng)供配液，配液站在回采時(shí)不進(jìn)行位置變動(dòng)，取締了傳統(tǒng)的配液方式。乳化液的配置同樣由自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配置，再通過(guò)供液泵進(jìn)行傳輸，泵站液箱經(jīng)過(guò)加壓，運(yùn)用沖洗裝置進(jìn)行過(guò)濾，再輸送回工作面，泵站設(shè)備包括凈化、過(guò)濾及注水裝置等，通過(guò)智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站設(shè)備的集中控制，避免電氣設(shè)備過(guò)載工作，穩(wěn)定供電，保障礦山工程正常開(kāi)展。

1.3 工程安全監(jiān)測(cè)與故障診斷

電氣工程的設(shè)備安全是施工作業(yè)正常進(jìn)行的重要保障，在礦山作業(yè)中，所有涉及勘探與開(kāi)采工作的設(shè)備大部分由發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備構(gòu)成，一旦發(fā)生故障就會(huì)給礦山作業(yè)帶來(lái)一定的損失，影響施工進(jìn)度，對(duì)電氣工程系統(tǒng)的診斷對(duì)工作人員的專業(yè)技能要求較高，且人工對(duì)數(shù)據(jù)問(wèn)題或設(shè)備診斷的偏差無(wú)法避免，因此需要通過(guò)智能化技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行故障診斷，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)能夠快速鎖定故障范圍。使用諧波技術(shù)的電氣設(shè)備故障診斷器可以在發(fā)動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行，同時(shí)其診斷操作可以在不接觸設(shè)備的情況下遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)，對(duì)異常、劣化的程度進(jìn)行測(cè)定，這樣可以在不需要人工操作的情況下完成對(duì)故障的診斷，以及對(duì)偶發(fā)故障的預(yù)防，對(duì)工程安全進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)。其具體流程為用諧波檢測(cè)儀測(cè)得諧波信號(hào)，對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，得到諧波參數(shù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存儲(chǔ)與預(yù)測(cè)分析，對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)得到設(shè)備狀態(tài)報(bào)告。風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)是對(duì)已有的風(fēng)險(xiǎn)變化情況進(jìn)行監(jiān)視和控制，對(duì)新出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別預(yù)評(píng)估，采取一定的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)劃措施，運(yùn)用智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行24h全方位監(jiān)測(cè)，如發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)發(fā)生泄漏，或出現(xiàn)系統(tǒng)控制指令失靈等各種風(fēng)險(xiǎn)故障，能夠及時(shí)做出相應(yīng)的報(bào)警響應(yīng)和保護(hù)措施。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)明確本文研究的智能化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的技術(shù)，可以根據(jù)前端電氣工程預(yù)設(shè)信息的需求，進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)化調(diào)整，相比人工主動(dòng)調(diào)節(jié)的方式，此種控制方式不需要人工干預(yù)，可以在一定程度上為電氣工程的遠(yuǎn)程操作提供指導(dǎo)。為了進(jìn)一步對(duì)技術(shù)應(yīng)用效果的優(yōu)化，下述將對(duì)技術(shù)在安全監(jiān)測(cè)與診斷中的應(yīng)用展開(kāi)詳細(xì)描述。在此過(guò)程中應(yīng)明確誘發(fā)工程異常、異常的主要原因是電氣設(shè)備定子繞組未按照預(yù)設(shè)步驟執(zhí)行工作。因此，可將工程安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)置于電氣工程前端放電的監(jiān)測(cè)中，明確放電的形式包括局部放電、內(nèi)部放電、端部放電等，在電氣工程三相高壓出線端與中性點(diǎn)安裝一個(gè)集成智能化技術(shù)的傳感器，根據(jù)傳感器反饋的數(shù)據(jù)，進(jìn)行定子絕緣監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn)電氣工程中設(shè)備運(yùn)行總?cè)萘繛?.15MW及以下時(shí)，對(duì)應(yīng)的并網(wǎng)電壓為0.5kV；總?cè)萘繛?.15MW～7.50MW時(shí)，工程電網(wǎng)的并網(wǎng)電壓等級(jí)為15kV；總?cè)萘繛?.50MW～25.50MW時(shí)，并網(wǎng)電壓為40kV；當(dāng)容量大于25.50MW時(shí)，并網(wǎng)電壓為110kV。由于當(dāng)前大部分電氣工程在運(yùn)行時(shí)存在分布式電源容量較低的現(xiàn)象，因此在進(jìn)行其運(yùn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)先控制電氣設(shè)備在運(yùn)行電壓等級(jí)為380V，以此種方式，方便后續(xù)智能化技術(shù)對(duì)電氣工程并網(wǎng)的規(guī)劃。在進(jìn)行電氣工程母線電壓故障診斷時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，滿足現(xiàn)階段直流電氣用電設(shè)備對(duì)輸入電壓范圍的實(shí)際需要。規(guī)定當(dāng)前單相電壓的有效數(shù)值為220V，三相電壓的有效數(shù)值為400V。因此，根據(jù)這一規(guī)定，將電氣工程設(shè)備的故障診斷范圍定義在220V～400V之間，明確前端工程電氣診斷后，對(duì)用于驅(qū)動(dòng)工程用電設(shè)備的、用于驅(qū)動(dòng)小型用電設(shè)備及計(jì)算機(jī)的工程電氣設(shè)備故障電壓進(jìn)行預(yù)設(shè)，參照預(yù)設(shè)的范圍，進(jìn)行故障的集中診斷。當(dāng)傳感器反饋的信息超過(guò)預(yù)設(shè)的故障范圍，可以認(rèn)為此時(shí)工程中的電氣設(shè)備運(yùn)行超過(guò)安全警戒范圍，從而觸發(fā)前端預(yù)警。通過(guò)此種方式，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣工程運(yùn)行的安全監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣化設(shè)備故障的及時(shí)診斷與預(yù)警。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

為驗(yàn)證本文方法的有效性，對(duì)應(yīng)用了本文方法的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了滿足實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性要求，選擇某礦山企業(yè)作為此次實(shí)驗(yàn)的參與單位，在與該企業(yè)完成合作協(xié)議的簽訂后，調(diào)派技術(shù)人員在企業(yè)內(nèi)獲取實(shí)驗(yàn)所需的相關(guān)信息。將所選企業(yè)現(xiàn)行的礦山工程項(xiàng)目作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過(guò)模擬礦山作業(yè)各種故障來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)功能測(cè)試，對(duì)過(guò)壓保護(hù)進(jìn)行了不同倍數(shù)過(guò)載的5次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中，預(yù)設(shè)過(guò)載倍數(shù)在1.0～5.0之間，分析設(shè)備在發(fā)生過(guò)載行為時(shí)，執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作所需要的時(shí)間，將實(shí)際執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間與計(jì)算得到過(guò)載保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間進(jìn)行比對(duì)，分析過(guò)載保護(hù)行為的實(shí)施是否可在標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行時(shí)間范圍內(nèi)。為了確保記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有時(shí)效性，在過(guò)載設(shè)備保護(hù)動(dòng)作的執(zhí)行端與傳感器建立通信聯(lián)系，一旦觸發(fā)前端的過(guò)載保護(hù)行為，終端通信設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行時(shí)刻的記錄，并由傳感器進(jìn)行此時(shí)過(guò)載設(shè)備行為動(dòng)作的記錄，將記錄后的數(shù)據(jù)整理成表格，實(shí)驗(yàn)記錄如下表1所示。

表1 過(guò)載保護(hù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，過(guò)載保護(hù)的實(shí)際時(shí)間接近理論動(dòng)作時(shí)間，且每次實(shí)驗(yàn)時(shí)間在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi)，實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生的時(shí)間誤差是由保護(hù)電流的測(cè)量誤差導(dǎo)致的，可以選擇更高精度的電流互感器保障實(shí)際動(dòng)作時(shí)間的精度。在確保保護(hù)功能后對(duì)經(jīng)過(guò)本文方法智能化自動(dòng)控制的鉆機(jī)動(dòng)力頭進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，將設(shè)備輸出功率與單位時(shí)間內(nèi)流量值作為測(cè)試指標(biāo)，在相同條件下（即前端給定壓力值相等的條件下），設(shè)備輸出功率越高，單位時(shí)間內(nèi)流量越穩(wěn)定，證明本文設(shè)計(jì)的控制技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的控制效果越佳。為了確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定的直觀性，將預(yù)設(shè)壓力均控制在0MPa～30MPa范圍內(nèi)，繪制本文技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)相同設(shè)備的功率與流量控制效果示意圖，將其測(cè)試結(jié)果以曲線的方式進(jìn)行表達(dá)，如圖1所示。

圖1 鉆機(jī)動(dòng)力頭馬達(dá)效率測(cè)試

由圖1可知，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，根據(jù)測(cè)試曲線對(duì)流量和輸出功率進(jìn)行分析，在相同壓力條件下，經(jīng)本文方法控制的馬達(dá)流量更大更穩(wěn)定，且輸出效率更高，傳統(tǒng)方法控制的馬達(dá)流量存在著一定的波動(dòng)，由此可以證明本文提出的技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于工程鉆機(jī)動(dòng)力設(shè)備的控制效果更加，可以在提高設(shè)備運(yùn)行輸出功率的前提下，將流量控制在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的條件下。為了更加真實(shí)地驗(yàn)證經(jīng)本文方法控制的動(dòng)力頭馬達(dá)裝置的鉆機(jī)施工效果，將其應(yīng)用于實(shí)際礦山勘查中與未經(jīng)改進(jìn)前的鉆機(jī)進(jìn)行對(duì)比，將鉆孔鉆進(jìn)時(shí)間作為指標(biāo)，分析本文技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，是否可以對(duì)礦山工程的實(shí)施起到優(yōu)化作用，下圖2為鉆機(jī)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

圖2 實(shí)際施工圖

由圖2可知，在實(shí)際施工中我們找到地質(zhì)條件相似的樁孔進(jìn)行分別施工，6個(gè)樁孔的施工情況證明，經(jīng)過(guò)了本文方法進(jìn)行智能化自動(dòng)控制的鉆機(jī)馬達(dá)裝置比傳統(tǒng)鉆機(jī)的鉆孔時(shí)間平均減少1.5h～2.5h，經(jīng)本文技術(shù)控制改進(jìn)后，施工效率明顯提升，滿足施工的應(yīng)用要求。綜合上述分析，得出本次對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：相比傳統(tǒng)的智能化控制技術(shù)，本文提出的技術(shù)無(wú)論是在仿真模擬測(cè)試中，或是在工程實(shí)際應(yīng)用中，均可以起到優(yōu)化工程施工的效果，因此，可在后續(xù)的工程中，將本文技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)，在企業(yè)工作中進(jìn)行推廣。

3 結(jié)語(yǔ)

智能化技術(shù)與電氣工程自動(dòng)化控制的結(jié)合有力地推動(dòng)著我國(guó)工業(yè)發(fā)展水平的發(fā)展，也是社會(huì)發(fā)展的需求和我國(guó)技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志。本文通過(guò)對(duì)電氣設(shè)備的智能控制，協(xié)調(diào)優(yōu)化泵站系統(tǒng)，運(yùn)用自動(dòng)化控制智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣工程的系統(tǒng)安全檢測(cè)和電氣設(shè)備故障診斷，取得了一定的研究成果。但由于時(shí)間和條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，如在對(duì)電氣工程的安全檢測(cè)中沒(méi)有充分考慮干擾因素的存在，對(duì)故障診斷所得到的諧波參數(shù)還應(yīng)該進(jìn)行更準(zhǔn)確地處理。在今后的電氣工程發(fā)展中，還應(yīng)該在實(shí)現(xiàn)電氣工程自動(dòng)控制智能化的同時(shí)，進(jìn)行繼電保護(hù)與停電管理，接入儲(chǔ)能裝置、進(jìn)行智能用電互動(dòng)，使電氣設(shè)備運(yùn)行更加綠色環(huán)保，減少能耗。此外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)此項(xiàng)技術(shù)在市場(chǎng)內(nèi)應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，應(yīng)持續(xù)加大對(duì)此項(xiàng)技術(shù)科研的投入，不斷進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用的研究，并嘗試從不同角度對(duì)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用效果進(jìn)行檢驗(yàn)，以此種方式，掌握技術(shù)在市場(chǎng)不同領(lǐng)域中應(yīng)用存在的缺陷與不足，為我國(guó)智能化行業(yè)的優(yōu)化發(fā)展提供支持。