試析電氣自動(dòng)化在電氣工程中的應(yīng)用

郭勇

（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠儀表安裝維修大隊(duì)，黑龍江 大慶 163111）

我國的現(xiàn)代化工業(yè)體系從無到有，再到今天的迅猛發(fā)展，取得的成果令人矚目。從我國獨(dú)立制造第一臺(tái)拖拉機(jī)再到如今航空航天、汽車制造等領(lǐng)域取得輝煌成就，電氣工程發(fā)揮了巨大的作用。當(dāng)今工業(yè)化逐步向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，電氣工程自動(dòng)化已經(jīng)成為發(fā)展的方向。筆者通過工作中的電氣自動(dòng)化實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)梳理自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用，并對(duì)相關(guān)論述做出比較和分析。

1 電氣工程和電氣自動(dòng)化技術(shù)概述

1.1 電氣工程

電氣工程定義有傳統(tǒng)和現(xiàn)代化之分，傳統(tǒng)意義上，創(chuàng)造、產(chǎn)生電氣與電子系統(tǒng)的有關(guān)學(xué)科的綜合，即是電氣工程的范疇。在此意義上，電氣工程是一個(gè)比較寬泛的學(xué)科領(lǐng)域，電子工程和光子領(lǐng)域是其工作重點(diǎn)領(lǐng)域。電氣工程信息化技術(shù)蓬勃發(fā)展的前驅(qū)，對(duì)工業(yè)化發(fā)展和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供了許多幫助，是工業(yè)化的基石。隨著工業(yè)和信息化技術(shù)的發(fā)展，電氣工程囊括的領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了電氣工程的二次革命，計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步和電氣工程領(lǐng)域交叉和融合，傳統(tǒng)電子、光子領(lǐng)域的發(fā)展更多地需要多學(xué)科交叉的發(fā)展提供動(dòng)力，因此，現(xiàn)代化角度下的電氣工程幾乎囊括了所有電子、光子領(lǐng)域的工程行為。

1.2 電氣自動(dòng)化

自動(dòng)化技術(shù)源于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，更優(yōu)質(zhì)的算法，更高精尖的計(jì)算能力，計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)過短暫的起步階段，正在迅速的占據(jù)生活、工業(yè)生產(chǎn)中的方方面面。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展催生了自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用在電氣工程領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用，誕生了PLC相關(guān)學(xué)科。電氣自動(dòng)化作為電氣領(lǐng)域轉(zhuǎn)悠的自動(dòng)化技術(shù)，它的特點(diǎn)是智能、高效、錯(cuò)誤率低。幾乎所有的電氣工程作業(yè)場(chǎng)景都有自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，諸如集成電路的生產(chǎn)、車間規(guī)模化生產(chǎn)，都需要電氣自動(dòng)化技術(shù)的支持，它的優(yōu)勢(shì)是顯而易見的，一套成熟的自動(dòng)化操作系統(tǒng)對(duì)于從業(yè)人員的要求降低，但生產(chǎn)過程的效率和生產(chǎn)安全都能得到很好的保證。我國工業(yè)化和信息化進(jìn)程的進(jìn)步，和電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展不無關(guān)系。

2 電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

2.1 操作簡(jiǎn)便、便于控制

實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)，操作過程是否簡(jiǎn)便決定了生產(chǎn)良品率的高低和生產(chǎn)效率的大小。傳統(tǒng)電氣工程作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，工況的變化和操作的高復(fù)雜性讓生產(chǎn)變得效率低下。這是因?yàn)殡姎夤こ淌且婚T應(yīng)用型工程，其中的元器件較多，控制器系統(tǒng)復(fù)雜，器械操控程序?qū)Σ僮鲉T而言難度很大，員工素質(zhì)得不到保證的情況下，很容易發(fā)生生產(chǎn)事故。在電路工作領(lǐng)域，因電路系統(tǒng)的工程量大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在進(jìn)行日常操作和維護(hù)的時(shí)候?qū)ο嚓P(guān)崗位工作人員造成了困擾。電氣自動(dòng)化技術(shù)脫胎于計(jì)算機(jī)技術(shù)，在進(jìn)行科學(xué)的程序設(shè)計(jì)和路線布局后，經(jīng)過周密的試運(yùn)行和程序調(diào)試，自動(dòng)化工作就能夠順利地開展。自動(dòng)化控制技術(shù)較之物理控制系統(tǒng)，優(yōu)勢(shì)是很明顯的，最顯著的一點(diǎn)就是能夠優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)，將控制系統(tǒng)集成在一張電腦屏幕上，控制人員面臨的壓力驟減，且能夠做到對(duì)工程系統(tǒng)運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)、全面地掌控。

2.2 便于調(diào)控

實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境和教學(xué)研究環(huán)境下，程序出現(xiàn)問題是一個(gè)無法避免的過程。電氣工程自動(dòng)化以后，面對(duì)突發(fā)出現(xiàn)的BUG，操作人員可以很迅速地定位到問題所在，且能夠通過電腦操作來糾正錯(cuò)誤，使程序能夠很快地投入工作中去。而在改變生產(chǎn)任務(wù)時(shí)，各控制器的參數(shù)往往需要大規(guī)模變動(dòng)，傳統(tǒng)電氣工程面對(duì)這種情況時(shí)往往覺得頭疼，是因?yàn)殚y門多，控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人員操作過程中容易出現(xiàn)錯(cuò)誤操作。自動(dòng)化技術(shù)對(duì)這一問題的處理顯然足夠科學(xué)，通過鍵入數(shù)據(jù)和對(duì)預(yù)執(zhí)行操作程序的模擬，電腦控制下的自動(dòng)化程序能夠很迅速地完成作業(yè)任務(wù)的轉(zhuǎn)換，對(duì)工程質(zhì)量的提升提供了保證。

2.3 一致性強(qiáng)

電氣工程系統(tǒng)正在變得日趨現(xiàn)代化和復(fù)雜，因此，對(duì)設(shè)備的控制工作就很關(guān)鍵。傳統(tǒng)手工操作儀器開度缺點(diǎn)很多，首先就是無法保證工程控制進(jìn)度的一致性，這是個(gè)很嚴(yán)重的問題。在生產(chǎn)過程中，雖然預(yù)留了足夠的數(shù)據(jù)設(shè)置區(qū)間來應(yīng)對(duì)突發(fā)事件和控制條件改變帶來的不穩(wěn)定因素，但仍然增加了生產(chǎn)不安全因素，且在某些作業(yè)場(chǎng)景下出現(xiàn)了電氣工程工作質(zhì)量的下滑。這個(gè)問題的解決或者說緩解也是來自于電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的支持。成熟的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境大都配備有自動(dòng)化操作系統(tǒng)，諸如DCS系統(tǒng)，在電氣工程工作場(chǎng)景中很常見。借助DCS圖，我們可以很直觀地觀察到整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)閥門、操作器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，且能夠通過自動(dòng)化技術(shù)達(dá)到數(shù)據(jù)控制、改變的一致性。自動(dòng)化控制系統(tǒng)沒有設(shè)備老化、控制器數(shù)量多等問題的騷擾，因此在控制程度上一致性強(qiáng)，是其優(yōu)點(diǎn)之一。

2.4 全面監(jiān)控

得益于計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展，如今的電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠做到對(duì)工程運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)、全面監(jiān)控。傳統(tǒng)意義上的電氣工程，對(duì)于系統(tǒng)狀態(tài)的獲取是不及時(shí)、不全面的，只能重視重要控制器的參數(shù)，因此具有一定的生產(chǎn)隱患。因?yàn)樾畔⒊尸F(xiàn)的不夠及時(shí)和全面，工程技術(shù)人員的工作就會(huì)很辛苦。自動(dòng)化控制通過電子系統(tǒng)來控制各個(gè)閥門、控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，并能夠做到實(shí)時(shí)監(jiān)控各部門數(shù)據(jù)，整合反饋到軟件中，控制人員通過操控軟件可以做到遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時(shí)監(jiān)控、全面監(jiān)控工程運(yùn)行狀況，能夠隨時(shí)調(diào)取各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行參閱，并且某些自動(dòng)化軟件具有一定的警示功能，大大提高了工程人員的工作效率，確保工程的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)總線控制

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一就是不用通過手動(dòng)操作來控制閥門、控制器等的開合程度和參數(shù)設(shè)置。生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，總控環(huán)節(jié)固然至關(guān)重要，但現(xiàn)場(chǎng)操作也亟待引起重視。得益于電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)控制也做到了自動(dòng)化控制、可視化控制，每個(gè)生產(chǎn)單元都能夠做到數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可視化，縮減了生產(chǎn)控制流程的同時(shí)提高了生產(chǎn)安全程度和生產(chǎn)效率。

3 電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用

3.1 電網(wǎng)工作中的電氣自動(dòng)化應(yīng)用

電網(wǎng)作為關(guān)乎民生的工程，在工作中經(jīng)常應(yīng)用到電氣自動(dòng)化技術(shù)。電網(wǎng)因其電力相關(guān)參數(shù)隨著用電高峰、企業(yè)生產(chǎn)時(shí)間等因素，變動(dòng)非常頻繁，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷能力的考驗(yàn)較大。為了保證電網(wǎng)運(yùn)行正常，在電網(wǎng)工程中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)來對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，對(duì)電網(wǎng)工作進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化和調(diào)整，對(duì)電力負(fù)荷的預(yù)測(cè)和警示都有積極意義。傳統(tǒng)電網(wǎng)工作過程中對(duì)從業(yè)人員的需求量大，是因?yàn)殡娏ぷ髦行枰^測(cè)的數(shù)據(jù)較多，峰谷變化不定，在追求安全生產(chǎn)的同時(shí)要確保電力生產(chǎn)更加經(jīng)濟(jì)。這種情況下的電網(wǎng)工作者往往工作量大，更好的辦法就是使用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)工作進(jìn)行優(yōu)化改革。

3.2 石油開采、提煉中的電氣自動(dòng)化應(yīng)用

石油開采和煉化工作工藝水平高、工藝流程復(fù)雜，在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中還具有一定的危險(xiǎn)性，譬如，在進(jìn)行原油的分餾過程中，常壓分餾的溫度在逐節(jié)攀升，對(duì)工人的素養(yǎng)要求高，對(duì)作業(yè)設(shè)備的要求也高，變相增加了設(shè)備的維護(hù)周期，增加了生產(chǎn)成本。運(yùn)用PLC控制系統(tǒng)來完成石油開采、再生產(chǎn)的工作，對(duì)工作效率的提高和生產(chǎn)安全性的提高提供了可能。石油開采作為一項(xiàng)大型工程，對(duì)作業(yè)機(jī)械的狀態(tài)和井下壓力等關(guān)鍵數(shù)據(jù)有實(shí)時(shí)了解，這些優(yōu)勢(shì)能夠讓指揮工程師及時(shí)調(diào)整作業(yè)策略。在石油的再生產(chǎn)過程中，工藝流程分為常減壓蒸餾、催化裂化、延遲焦化、清潔化等一系列工藝，工藝流程長(zhǎng)、強(qiáng)調(diào)各流程部門的協(xié)調(diào)作業(yè)能力。在各項(xiàng)工藝中，壓力、流速、流量、罐體總指標(biāo)等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)變化，且各項(xiàng)數(shù)據(jù)都需要嚴(yán)格的監(jiān)管以確保安全，在總控階段常用PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行工藝數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)和優(yōu)化，這是自動(dòng)化生產(chǎn)的進(jìn)步性體現(xiàn)。不同的溫度、壓力區(qū)間下，得到的成品質(zhì)量參差不齊，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)有若干國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行規(guī)定，PLC系統(tǒng)面對(duì)復(fù)雜工藝表現(xiàn)得非常優(yōu)秀，在生產(chǎn)過程中，工程師和操作員可以根據(jù)數(shù)據(jù)變化很方便地調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，也能通過軟件判斷工藝流程是否科學(xué)合理。遇到突發(fā)狀況時(shí)，能夠很及時(shí)地終止工藝，快速定位失誤位點(diǎn)，對(duì)設(shè)備的使用壽命有很直觀的反映。

4 結(jié)語

電氣自動(dòng)化作為當(dāng)代電氣領(lǐng)域生產(chǎn)必不可少的技術(shù)，其對(duì)工程質(zhì)量、工程進(jìn)度、健康預(yù)警的作用是先進(jìn)且及時(shí)的。且這項(xiàng)技術(shù)正在運(yùn)用到更多工程中，筆者羅列的電網(wǎng)系統(tǒng)和工作系統(tǒng)是典型的電氣自動(dòng)化應(yīng)用場(chǎng)景，在這些領(lǐng)域的工程作業(yè)中電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)揮了重要支柱作用，為工業(yè)化發(fā)展提供了動(dòng)力，側(cè)面反映出了電氣自動(dòng)化的應(yīng)用價(jià)值和強(qiáng)大作用。