電氣工程自動(dòng)化信息技術(shù)及其節(jié)能設(shè)計(jì)探討

左云龍，郭健，季紅春

（鄭州博努力計(jì)算機(jī)科技有限公司，鄭州 450000）

1 引言

隨著我國工業(yè)化高速發(fā)展的推進(jìn)，社會(huì)各行各業(yè)對(duì)電氣工程系統(tǒng)的使用黏性與日俱增，給予該領(lǐng)域發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，還存在著一系列難以忽視的能源問題?，F(xiàn)階段，我國電氣工程自動(dòng)化信息技術(shù)面臨著功能不全、能耗較高、信息化建設(shè)不足等問題，在如今能源儲(chǔ)量日漸緊張的宏觀背景下，諸多問題亟待解決?；诖?，有針對(duì)性與系統(tǒng)性地開展電氣工程自動(dòng)化信息技術(shù)的研究，以多維度的融合節(jié)能的設(shè)計(jì)理念為切入點(diǎn)，并以此探討節(jié)能設(shè)計(jì)的最優(yōu)路徑，有助于促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

2 電氣工程自動(dòng)化信息技術(shù)簡(jiǎn)介與發(fā)展現(xiàn)狀

電氣工程學(xué)作為新時(shí)代背景下的一個(gè)核心專業(yè)領(lǐng)域，對(duì)工業(yè)化國家的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程具有難以取代的主推能力。電氣工程系統(tǒng)的穩(wěn)定與便捷，致使其應(yīng)用范疇逐漸普及于社會(huì)各行各業(yè)，并與當(dāng)前的諸多產(chǎn)業(yè)，如能源動(dòng)力、推進(jìn)控制系統(tǒng)、信號(hào)傳遞、現(xiàn)場(chǎng)管理等，都具有非常高的結(jié)合程度，而且早已成為這些產(chǎn)業(yè)中很重要的一部分。換言之，電氣工程的自動(dòng)化信息水平直接反映著我國當(dāng)前階段工業(yè)發(fā)展的質(zhì)量。電氣工程自動(dòng)化技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)電氣工程及其自動(dòng)化領(lǐng)域的自動(dòng)化、智能化等工作目標(biāo)有著重要的幫助，而且相對(duì)于普通電機(jī)工程科技的優(yōu)越性也非常突出，主要集中表現(xiàn)在兩方面：首先是日漸自動(dòng)化的電氣工程系統(tǒng)能有效地在運(yùn)行及使用的過程中降低其中的人力消耗與時(shí)間消耗，進(jìn)而避免量化資源的浪費(fèi)，在一定程度上提高了作業(yè)單元的效益；其次，有利于電氣工程系統(tǒng)的資源共享、信息采集與儲(chǔ)存等，并在原有的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，有利于各種先進(jìn)技術(shù)手段的交織互融，最大化彰顯該系統(tǒng)的智能化與自動(dòng)化效益?；诖耍姎夤こ套詣?dòng)化信息技術(shù)已成為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

3 電氣工程自動(dòng)化信息技術(shù)發(fā)展中的困局

3.1 功能不全

在經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展的宏觀背景下，我國的電氣工程自動(dòng)化信息水平受到多維社會(huì)發(fā)展因素制約，集中體現(xiàn)在其建設(shè)過程中的使用功能不全，無法基于全面需求滿足整體工作單元的電氣工程系統(tǒng)的需要。對(duì)現(xiàn)階段已有的智能化電機(jī)工程設(shè)備而言，通常一個(gè)裝置可以進(jìn)行一至兩個(gè)工作，但對(duì)一個(gè)工作過程復(fù)雜的項(xiàng)目而言，就需要多套智能化電氣工程裝置協(xié)同工作，而多套裝置內(nèi)部的信息交換受限，缺乏系統(tǒng)化的信息獲取與管理，這也影響了電氣工程與智能化裝置的智能化水平，加劇了工作的難度與負(fù)荷量，由此降低運(yùn)行效率。因此，需要優(yōu)化電氣工程自動(dòng)化信息技術(shù)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)，科學(xué)統(tǒng)籌資源，多維度提高工作效率。

3.2 能耗較高

在電氣工程自動(dòng)化信息技術(shù)多元化的發(fā)展過程中，由于現(xiàn)階段電氣工程系統(tǒng)尚未健全標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化的設(shè)計(jì)原則，進(jìn)而導(dǎo)致諸多相關(guān)企業(yè)在運(yùn)行中往往只是結(jié)合自身的發(fā)展需求對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化與運(yùn)用，且優(yōu)化的目的只是基于表面提高電氣工程系統(tǒng)的實(shí)效性，并以此獲取更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在此過程中諸多企業(yè)為了有效地降低設(shè)計(jì)成本，并未對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)投入足夠的建設(shè)力度，也因此導(dǎo)致此技術(shù)的優(yōu)化與革新存在局限性，相較于其他發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距。因?yàn)楣?jié)能設(shè)計(jì)的滯后與不足，導(dǎo)致相關(guān)企業(yè)在該項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用時(shí)，通常出現(xiàn)諸多能源消耗問題，并由此增加運(yùn)用的經(jīng)濟(jì)成本。

3.3 信息化建設(shè)不足

相對(duì)于世界先進(jìn)的電氣工程系統(tǒng)研究，我國的該領(lǐng)域的研究起步較晚，由于諸多外界因素的干擾與制約，致使我國電氣工程的信息化建設(shè)存在滯后性，主要表現(xiàn)在：第一，我國對(duì)該領(lǐng)域自動(dòng)化設(shè)備并無統(tǒng)一規(guī)范的運(yùn)行準(zhǔn)則，各個(gè)使用單位根據(jù)自身的工作情況與需求進(jìn)行個(gè)性化的規(guī)范與調(diào)整，進(jìn)而造成了各級(jí)單位間的溝通困難，且并未獲得相關(guān)企業(yè)內(nèi)部的協(xié)調(diào)支撐；第二，對(duì)該領(lǐng)域的信息化建設(shè)投入力度尚淺，由于諸多電氣工程機(jī)械設(shè)備只能淺顯地應(yīng)付一線工作的基本需求，未能充分考慮到對(duì)信息化交流平臺(tái)建設(shè)的實(shí)際需求，并且大量購入此設(shè)備，相關(guān)企業(yè)也不愿意支付額外的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用支撐其信息化設(shè)備的購入，因此導(dǎo)致現(xiàn)階段該領(lǐng)域的信息化建設(shè)不足。

4 電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)的原則

4.1 適用性

在進(jìn)行電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，各個(gè)環(huán)節(jié)始終要圍繞安全性為基礎(chǔ)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。無論是秉持綠色環(huán)保的概念進(jìn)行節(jié)能降耗的設(shè)計(jì)，還是提高電氣設(shè)備的工作效益，都應(yīng)以安全運(yùn)行為基礎(chǔ)，而后開展實(shí)施，以此促進(jìn)電氣工程企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。設(shè)計(jì)研究人員在電氣工程的節(jié)能設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，應(yīng)加大對(duì)相應(yīng)電氣產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)與關(guān)注，不能因?yàn)檫^多節(jié)省電力而造成質(zhì)量出現(xiàn)問題，因?yàn)樵撟龇ㄈ菀自斐僧a(chǎn)品的安全隱患問題。節(jié)能設(shè)計(jì)還應(yīng)以電氣產(chǎn)品的科學(xué)、可行的生產(chǎn)為前提，避免電氣工程系統(tǒng)因自身的運(yùn)行問題而造成生產(chǎn)故障，從而最大化體現(xiàn)出控制系統(tǒng)本身的節(jié)電特性[1,2]。

4.2 環(huán)保性

在電氣工程實(shí)施過程中，進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)充分考慮到工作環(huán)境。盡管其設(shè)計(jì)根本上是為了節(jié)約能源，但終極目的還是要對(duì)地球生態(tài)環(huán)境發(fā)揮防護(hù)功能，所以電氣自動(dòng)化系統(tǒng)就應(yīng)該在環(huán)境保護(hù)基礎(chǔ)上，運(yùn)用降低能源的方法實(shí)現(xiàn)節(jié)電設(shè)計(jì)目的。此外，還需要設(shè)計(jì)師具有較強(qiáng)的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，使其能基于多元化的視角開展電氣設(shè)計(jì)工作，包括材料、工藝技術(shù)等方面實(shí)現(xiàn)節(jié)能的環(huán)保目標(biāo)，最終使得電氣工程自動(dòng)化信息技術(shù)得到質(zhì)的飛躍，切實(shí)提高其工作收益，多維度使相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益最大化[3,4]。

4.3 綜合性

在該技術(shù)實(shí)際運(yùn)用的過程中，除必須強(qiáng)調(diào)安全性和環(huán)保性之外，還應(yīng)重視綜合性的使用效益，在這里具體是指各企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。以往為保證電氣設(shè)備行業(yè)的經(jīng)濟(jì)性，常通過“材料替換”的方式減少企業(yè)投資成本，而這些方式盡管具有經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也會(huì)影響電氣設(shè)備的應(yīng)用效益，從而導(dǎo)致企業(yè)后期出現(xiàn)了維修成本增加的問題。所以，在電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的節(jié)能設(shè)計(jì)流程中，因地制宜，根據(jù)企業(yè)的發(fā)展實(shí)情制定節(jié)能設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而保障自動(dòng)化信息技術(shù)的最大效益。

5 電氣工程自動(dòng)化信息技術(shù)中的節(jié)能設(shè)計(jì)

電氣工程自動(dòng)化信息技術(shù)的節(jié)能設(shè)計(jì)是必然的升級(jí)優(yōu)化方向，意義深重。本文就某制造業(yè)企業(yè)照明節(jié)能設(shè)計(jì)照度結(jié)果實(shí)證分析（見表1），有無節(jié)能設(shè)計(jì)的照明效果差異較大，節(jié)能設(shè)計(jì)的運(yùn)用能最大化減少能耗，進(jìn)而提高運(yùn)行生產(chǎn)的效率。

表1 某制造業(yè)企業(yè)照明節(jié)能設(shè)計(jì)照度數(shù)據(jù)

5.1 配電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于節(jié)能設(shè)計(jì)理念，必須對(duì)配電控制系統(tǒng)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。將配電控制系統(tǒng)和電力智能化技術(shù)加以科學(xué)、合理的匹配，這樣可以使電氣工程智能化技術(shù)的協(xié)調(diào)性和工作效能獲得明顯的提高。在電氣工程智能化技術(shù)的運(yùn)用過程中，對(duì)智能化工作所包含的每個(gè)環(huán)節(jié)，必須加以嚴(yán)密的管理與監(jiān)控，有效保證整個(gè)電機(jī)工程智能化操作的有效性。并且，就算在工作的流程中發(fā)生了故障，也可以有效地進(jìn)行上報(bào)處理，防止因?yàn)閱栴}沒有處理而影響電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的工作。最后，對(duì)于配電控制系統(tǒng)中的通信導(dǎo)線，是整個(gè)配電控制系統(tǒng)中十分關(guān)鍵的部分，在配電控制系統(tǒng)的工作流程中有著效益非凡的作用力[5]。所以，在進(jìn)行導(dǎo)線選擇的過程中，要秉承因地制宜的原則，依據(jù)發(fā)展實(shí)情選擇通訊導(dǎo)線，最大化彰顯運(yùn)行效益，避免浪費(fèi)，進(jìn)而提高電氣工程系統(tǒng)的工作效率，保障其穩(wěn)定運(yùn)行。

5.2 合理選取變壓器

變壓器的選擇是節(jié)能設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵的內(nèi)容，也是制約電氣工程自動(dòng)化信息技術(shù)節(jié)能效益彰顯的核心要義，所以，在實(shí)施節(jié)能設(shè)計(jì)的過程中，一定要對(duì)變壓器做出正確的選型。而由于變壓器的材料不同，其在工作過程中產(chǎn)生的影響也不盡相同，因此，銅質(zhì)變壓器在工作時(shí)期產(chǎn)生的輸出電量消耗問題往往要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鐵質(zhì)變壓器，所以，在進(jìn)行節(jié)電方案設(shè)計(jì)的過程中，就要盡量地選擇銅質(zhì)變壓器。而想要更進(jìn)一步提高其節(jié)電效益，就要保證所選用變壓器存在著較小的能源消耗設(shè)計(jì)，進(jìn)而能具有針對(duì)性地減少運(yùn)行過程中的能耗。當(dāng)然，對(duì)變壓器的選用也一定要以工程的實(shí)際需要和電氣企業(yè)節(jié)能目標(biāo)為基準(zhǔn)。首先，一定要保證變壓器的節(jié)電功效，具備節(jié)能效益的變壓器則可有效地降低內(nèi)部運(yùn)行的各種因素影響，但一旦不具有良好節(jié)電功效時(shí)，受多種能源因素的影響就會(huì)使變壓器產(chǎn)生功率突然增加的狀況，從而難以獲得一定的效益；其次，要對(duì)變壓器中的電壓做好管理，增加其額定電流均衡性，避免因?yàn)殡妷翰黄胶鈱?duì)變壓器產(chǎn)生損壞，以此順應(yīng)節(jié)能設(shè)計(jì)的目的，切實(shí)提高其運(yùn)行效益。

5.3 優(yōu)選自動(dòng)化電能裝置

5.3.1 無功補(bǔ)償裝置

無功功率的產(chǎn)生會(huì)造成電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)容量空間變小等狀況，影響較為嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部線路質(zhì)變問題，故因根據(jù)電氣工程的實(shí)情選擇無功補(bǔ)償設(shè)備，以滿足工作所需，已達(dá)到最穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，以此減少能源的損耗。當(dāng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的功率因數(shù)小于0.9 時(shí)，將嚴(yán)重加大公司的經(jīng)營壓力。所以，無功補(bǔ)償設(shè)備的安裝是幫助公司節(jié)省生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素。在制定該設(shè)備規(guī)格時(shí)應(yīng)以容量要求、設(shè)備電壓容量、諧波率為基礎(chǔ)，通過并聯(lián)方法實(shí)現(xiàn)安裝具有良好的實(shí)用價(jià)值。

5.3.2 有源濾波器

有源濾波器的有效融合使用是基于保障節(jié)能設(shè)計(jì)效益彰顯的重要設(shè)備。通常情況下，當(dāng)電氣設(shè)備系統(tǒng)受到諧波影響時(shí)，就會(huì)極大程度降低工作運(yùn)行效率，同時(shí)還會(huì)提高系統(tǒng)運(yùn)行故障的產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)，就應(yīng)該在有源濾波器的輔助下減少諧波，從而為電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用奠定基礎(chǔ)。

5.3.3 電阻器

電阻值是影響電氣工程系統(tǒng)能源損耗指數(shù)的量化指標(biāo)，基于此，在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)科學(xué)合理地選擇電阻器（400 kVA 配電變壓器補(bǔ)償裝置運(yùn)行記錄如表2所示），以此運(yùn)用電阻杜絕了系統(tǒng)的短路電流問題，又可從低溫電阻材料、厚度、橫截面等參數(shù)控制電阻器的阻值。另外，還應(yīng)該確保在能量傳遞階段不能產(chǎn)生很大的電流量。因?yàn)橥ǔｋ娮杵髯柚翟酱?，其功率也?huì)更大?；诖耍€應(yīng)依據(jù)節(jié)能的需求選擇電阻值較低的電阻器，以此減少能源消耗，并依靠電氣工程系統(tǒng)嚴(yán)格設(shè)置的線路布置情況準(zhǔn)確判斷電阻器的運(yùn)行性能，進(jìn)而保持電氣工程設(shè)備的穩(wěn)定性。

表2 400 kVA 配電變壓器補(bǔ)償裝置運(yùn)行記錄

5.4 融入PLC 自動(dòng)控制理念

在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)時(shí)，若是能融合PLC 自動(dòng)控制理念，則電氣工程系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)作將事半功倍。其中PLC 技術(shù)是現(xiàn)階段節(jié)能特性尤為顯著的一種自動(dòng)化信息技術(shù)，其是根據(jù)人類的思考方法進(jìn)行模仿，因此當(dāng)運(yùn)用到電氣工程及其自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，不僅可以加快電機(jī)工程信息化建設(shè)，同時(shí)還可以有效提升工作效率，從而為電氣工程及其自動(dòng)化系統(tǒng)提供重要的安全保護(hù)，主要體現(xiàn)在如下方面：第一，遠(yuǎn)程控制管理和智能化系統(tǒng)故障診斷服務(wù)，利用PLC 技術(shù)可為電氣工程以及自動(dòng)化生產(chǎn)中的智能化控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化管理。例如，可以對(duì)隔離開關(guān)、斷路器等設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的數(shù)據(jù)處理，并按照具體分析結(jié)果對(duì)有關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，以此避免安全隱患。故障診斷以通過PLC 技術(shù)進(jìn)行對(duì)電氣工程系統(tǒng)的合理且全面的內(nèi)在安全隱患評(píng)估，并通過評(píng)估數(shù)據(jù)加以修正，以保證確定安全問題出現(xiàn)的故障段的同時(shí)最大化保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，多層面地幫助工作人員準(zhǔn)確判斷故障段，減少在此浪費(fèi)的時(shí)間，以此提高產(chǎn)品運(yùn)行生產(chǎn)的效率。第二，實(shí)現(xiàn)融合發(fā)展，現(xiàn)階段PLC 技術(shù)已與先進(jìn)的信息化、自動(dòng)化的技術(shù)進(jìn)行融合，PLC 技術(shù)將可以作為企業(yè)智能化管理設(shè)備，為電氣工程企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)提供了巨大助力，從而帶動(dòng)電機(jī)工程的高效發(fā)展。

5.5 提升應(yīng)用效率

相關(guān)企業(yè)若是想提升內(nèi)部的運(yùn)行與使用效率，需以相關(guān)的信息技術(shù)為應(yīng)用基礎(chǔ)，在多維度提高工作效率的同時(shí)，有針對(duì)性地將系統(tǒng)的運(yùn)用成本做反比計(jì)算。為了在節(jié)能工程中實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，首先，需要客觀分析其中的資源運(yùn)用情況，并強(qiáng)化其中各類設(shè)備的聯(lián)系，由此來提高系統(tǒng)電力的傳遞效率與輸出質(zhì)量，并改善各種裝置的工作效率，同時(shí)盡量減少輔助環(huán)節(jié)和人工作業(yè)，這對(duì)效率的提高和節(jié)能降耗效果的達(dá)成有著十分積極的意義，并可以在降低設(shè)備消耗的同時(shí)，將設(shè)備使用壽命適當(dāng)延伸。其次，要在裝置內(nèi)部形成一種自動(dòng)化的控制系統(tǒng)，減少系統(tǒng)開關(guān)次數(shù)，并以此實(shí)現(xiàn)了降低其能源消耗的目的。最后，在實(shí)施節(jié)電設(shè)計(jì)的過程中，必須針對(duì)負(fù)載數(shù)值加以考量，并且要根據(jù)各裝置的實(shí)際工作狀況，進(jìn)行負(fù)荷的調(diào)節(jié)工作，以使得負(fù)載之間能一直處于均衡狀態(tài)下，在提高電力輸送效能的同時(shí)，也使消耗問題有效地減少。

5.6 降低自動(dòng)化設(shè)備損耗

節(jié)能設(shè)計(jì)的主要目的是妥善解決運(yùn)行過程中的能源消耗問題，進(jìn)而促使電氣工程系統(tǒng)具有更高質(zhì)量的節(jié)能性能。首先，在導(dǎo)線的選擇方面，應(yīng)對(duì)諸多導(dǎo)線類型進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而選擇電導(dǎo)率較低的導(dǎo)線，以順應(yīng)節(jié)能設(shè)計(jì)的目的，以此延長使用的壽命。其次，還可以企業(yè)的照明設(shè)備為節(jié)能設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)，予以降耗處理。一般而言，在照明設(shè)備上進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)能夠有效幫助企業(yè)減少35%的經(jīng)濟(jì)投入，其中在電光源上可選擇節(jié)能的LED、熒光燈等。據(jù)實(shí)證資料分析，250 W的納燈所產(chǎn)生的能耗僅僅只有20 W。在照明方法的節(jié)能設(shè)計(jì)上，可基于實(shí)際運(yùn)行情況選擇混合照明、局部照明等方式，同時(shí)利用白墻的反射性能，多維度增加光的使用率，以達(dá)到節(jié)能的目的。最后，可基于設(shè)計(jì)方法與實(shí)際運(yùn)行布置照明線路，減少經(jīng)濟(jì)投入，例如，220 V 電壓，可以按照單相二線或三相四線進(jìn)行供電設(shè)計(jì)，以此減少能源消耗，最大程度契合節(jié)能的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

6 結(jié)語

基于電氣工程自動(dòng)化信息技術(shù)的節(jié)能設(shè)計(jì)研究，能最大化彰顯其運(yùn)行價(jià)值，并在提高相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營的同時(shí)，有效解決能源損耗的問題，這對(duì)推動(dòng)相關(guān)電氣企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用?；诖?，電氣工程系統(tǒng)的優(yōu)化與升級(jí)應(yīng)以節(jié)能為介入點(diǎn)，客觀分析當(dāng)前的不足，合理強(qiáng)化其節(jié)能設(shè)計(jì)，科學(xué)統(tǒng)籌資源，優(yōu)化運(yùn)營配置，強(qiáng)化運(yùn)行效益，并為相關(guān)研究與運(yùn)行領(lǐng)域提供多元化的技術(shù)支撐。