電氣自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用

許銘軒 郝麗娟

1. 內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院 內(nèi)蒙古 包頭 014010；

2. 唐鋼國(guó)際工程技術(shù)有限公司 河北 唐山 063000

引言

在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展過(guò)程中，電氣工程一直扮演著重要的角色，對(duì)于社會(huì)的進(jìn)步和人們生活水平的提高具有重要價(jià)值。在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，持續(xù)推動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，將其廣泛應(yīng)用于電氣工程中，能夠在最大程度上提高自動(dòng)化生產(chǎn)的水平，更有效滿足人們生活生產(chǎn)生活對(duì)于工業(yè)產(chǎn)品的需求。因此，加強(qiáng)對(duì)電氣自動(dòng)化在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的研究，分析電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，預(yù)測(cè)電氣自動(dòng)化技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的價(jià)值和意義。

1 電氣自動(dòng)化技術(shù)的基本概述

電氣自動(dòng)化技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及國(guó)防科研等領(lǐng)域的一種現(xiàn)代高新技術(shù)，包含了電氣技術(shù)、電氣設(shè)備技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)等多個(gè)門(mén)類，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)“設(shè)計(jì)-安裝-調(diào)試-維護(hù)-改造”等多樣化功能一體化發(fā)展和自動(dòng)化控制的專業(yè)技術(shù)[1]。在當(dāng)前的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)揮了極其重要的價(jià)值，其觸角已經(jīng)延伸到社會(huì)各行各業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)中，大到宇宙飛船的研究，小到一個(gè)開(kāi)關(guān)及按鈕的設(shè)計(jì)，都會(huì)應(yīng)用到電氣自動(dòng)化技術(shù)。因此，通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)軟件技術(shù)與硬件技術(shù)的融合，體現(xiàn)了電力電子控制以及計(jì)算機(jī)等多門(mén)學(xué)科的融合性特點(diǎn)，為工業(yè)生產(chǎn)提供更好的技術(shù)支持。

在實(shí)踐應(yīng)用的過(guò)程中，可以通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)各類機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化的改造，確保人為輸入和設(shè)定的各類信息、指令和命令等，能夠及時(shí)做出快速、準(zhǔn)確的判斷。同時(shí)，還能夠?qū)崿F(xiàn)輸入信息與輸出結(jié)果的匹配，有效滿足人們?cè)谏a(chǎn)生活中的實(shí)際需要。在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，不斷推動(dòng)了電子自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，從最初的電氣式控制、軟件式控制發(fā)展到現(xiàn)如今的計(jì)算機(jī)控制、無(wú)線信號(hào)控制等，推動(dòng)了電氣自動(dòng)化技術(shù)的升級(jí)，也推動(dòng)現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)[2]。例如，應(yīng)用電氣自動(dòng)化中的可編程邏輯控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的有效控制，全面提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率和整體水平。通過(guò)可編程邏輯控制技術(shù)與通信、互聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)的融合發(fā)展，促進(jìn)各類信息技術(shù)與自動(dòng)化控制技術(shù)、管理技術(shù)、制造技術(shù)的充分融合，更好地提高連續(xù)化生產(chǎn)的效率，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)獲得更好的發(fā)展。

2 電氣自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠?yàn)槠髽I(yè)的生產(chǎn)注入強(qiáng)勁的動(dòng)力，它是一項(xiàng)決定了企業(yè)在現(xiàn)代環(huán)境中的生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)水平的關(guān)鍵技術(shù)，它的廣泛應(yīng)用是工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要標(biāo)志。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，通過(guò)應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，能夠全面提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，提高信息傳輸能力，全面降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，為企業(yè)的發(fā)展提供更強(qiáng)的支持。在具體的應(yīng)用中，電氣自動(dòng)化技術(shù)還呈現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。

2.1 工控系統(tǒng)抗干擾力能力更強(qiáng)

在工業(yè)設(shè)備控制過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠提高工業(yè)設(shè)備控制的效率。例如采用西門(mén)子S7-1500型號(hào)PLC能夠適應(yīng)各類場(chǎng)景的工業(yè)環(huán)境。在應(yīng)用過(guò)程中，西門(mén)子S7-1500型號(hào)PLC根據(jù)實(shí)際需求編制并存儲(chǔ)具體的操作程序和各種指令，從而實(shí)現(xiàn)模擬式和數(shù)字式的信息輸出和輸入，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械和電氣、儀表設(shè)備的控制。同時(shí)，還能夠優(yōu)化設(shè)計(jì)外圍設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，根據(jù)生產(chǎn)的需求擴(kuò)展功能[3]。在此過(guò)程中，西門(mén)子S7-1500型號(hào)PLC運(yùn)用大量的現(xiàn)代集成電路技術(shù)，整個(gè)生產(chǎn)的工藝非常嚴(yán)格，內(nèi)部的電路也應(yīng)用了最先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，進(jìn)而提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性。通過(guò)應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠持續(xù)增強(qiáng)工控系統(tǒng)的抗干擾能力，同時(shí)還會(huì)還具備硬件自檢功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并發(fā)出預(yù)警，更有利于強(qiáng)化對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)，提高生產(chǎn)的效率。

2.2 工業(yè)控制場(chǎng)景的適應(yīng)性更強(qiáng)

電氣自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展過(guò)程中，根據(jù)各類應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，這就形成了不同尺寸、不同規(guī)格的產(chǎn)品體系，能夠被應(yīng)用于各種規(guī)?；a(chǎn)的工控場(chǎng)合中。除了能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯層面的功能處理外，現(xiàn)代化的電氣自動(dòng)化技術(shù)還具備極其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)整合與計(jì)算能力，能夠適應(yīng)各種場(chǎng)景下的數(shù)字控制要求[4]。尤其是近年來(lái)DCS控制系統(tǒng)的功能控制單元更是大量涌現(xiàn)，能夠被廣泛應(yīng)用到溫度控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)等各類工業(yè)系統(tǒng)控制中，具有極強(qiáng)的適應(yīng)性，功能也日趨完善。例如艾默生Deltav-DCS系統(tǒng)，不僅含有常用DI/DO模塊、AI/AO模塊，還有熱電偶/熱電阻信號(hào)模塊，DP通信模塊，串口通信模塊。艾默生Deltav-DCS系統(tǒng)的DP通信模塊為作為主站可以與第三方的PLC進(jìn)行DP通信，不僅能接收PLC系統(tǒng)的狀態(tài)信息，還能發(fā)送指令給PLC系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)PLC完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的啟動(dòng)、停止等功能。應(yīng)用艾默生Deltav-DCS系統(tǒng)的DP通信模塊，還可以與現(xiàn)場(chǎng)的馬達(dá)保護(hù)器、變頻器、電能計(jì)量表等含有DP通信接口的電氣設(shè)備進(jìn)行通信，采集以上設(shè)備的狀態(tài)，并可以遠(yuǎn)程參與控制。

2.3 控制設(shè)備的操作界面更簡(jiǎn)單

在工業(yè)系統(tǒng)中通過(guò)應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，能夠使整個(gè)操作界面更加簡(jiǎn)單清晰，使整個(gè)公共系統(tǒng)易學(xué)易用。西門(mén)子WINCC系統(tǒng)是一種傳統(tǒng)工控計(jì)算機(jī)上位畫(huà)面應(yīng)用軟件，能夠兼容西門(mén)子開(kāi)發(fā)的如S7-200 Smart/S7-1200/S7-1500/S7-300/S7-400等PLC產(chǎn)品，尤其是以西門(mén)子PCS7系統(tǒng)為主要編程軟件的工業(yè)控制系統(tǒng)，其面向?qū)ο蟮木幊谭绞?，操作界面非常?jiǎn)單，編程語(yǔ)言也在行業(yè)內(nèi)受到工程師的高度認(rèn)可。即使不具備工業(yè)軟件專業(yè)知識(shí)背景的維護(hù)人員，或是不太了解計(jì)算機(jī)技術(shù)原理和語(yǔ)言的編程人員，也能夠通過(guò)短時(shí)間應(yīng)用該P(yáng)CS7系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化項(xiàng)目上的設(shè)備的進(jìn)行簡(jiǎn)單的編程控制。再比如，現(xiàn)在的工業(yè)控制中普遍應(yīng)用的變頻器或軟啟動(dòng)器，都有HMI控制面板，維護(hù)人員通過(guò)面板的中文化界面，可以對(duì)變頻器或是軟啟動(dòng)器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，也可以通過(guò)設(shè)備的“自學(xué)習(xí)”功能，完成現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備參數(shù)的自動(dòng)識(shí)別，方便工業(yè)控制系統(tǒng)的維護(hù)人員或是調(diào)試人員對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。

2.4 控制系統(tǒng)的維護(hù)改造更方便

在工控系統(tǒng)中通過(guò)應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，更有利于后期的維護(hù)及改造。在PLC或DCS系統(tǒng)中采用的存儲(chǔ)邏輯，能夠在更大程度上減少外部接線，在維護(hù)和改造中能夠在更大程度上縮短施工的整個(gè)周期[5]。同時(shí)，還可以通過(guò)更改同一套設(shè)備上的程序，進(jìn)而完成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化，更大程度上提高工控系統(tǒng)的應(yīng)用效率。通過(guò)應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)還能夠發(fā)揮較好的節(jié)能效率，在更大程度上降低電能傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的損耗。當(dāng)前PLC或DCS系統(tǒng)普遍都具備擴(kuò)展功能，通過(guò)添加遠(yuǎn)程控制站，可以對(duì)現(xiàn)有控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)或是擴(kuò)展，在應(yīng)用原有CPU的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加I/O模塊和通信模塊，可以在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行有效的擴(kuò)展，這樣能節(jié)約成本，提高原有設(shè)備的利用效率。

3 電氣自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用趨勢(shì)

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展過(guò)程中，制造業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也面臨日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)，各類生產(chǎn)企業(yè)要不斷提高生產(chǎn)效益，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，才能在新經(jīng)濟(jì)環(huán)境中獲得更好的發(fā)展。為此，企業(yè)要謀求更大的發(fā)展，就必須全面提升自身的生產(chǎn)水平和裝配水平，持續(xù)推進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)，才能夠更好地推動(dòng)企業(yè)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求，滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求。因此，在企業(yè)的發(fā)展中，應(yīng)當(dāng)高度重視電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，提高生產(chǎn)水平，塑造市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在未來(lái)，通過(guò)應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，能夠幫助企業(yè)構(gòu)建“集成化”的生產(chǎn)模式，建設(shè)“智能化”的應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)化”的工序設(shè)計(jì)，推進(jìn)“無(wú)人化”的應(yīng)用模式，推動(dòng)企業(yè)在新環(huán)境中獲得更好發(fā)展。

3.1 全面整合生產(chǎn)資源，構(gòu)建“集成化”的生產(chǎn)模式

企業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)電氣自動(dòng)化的應(yīng)用，能夠充分發(fā)揮集成效應(yīng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各類生產(chǎn)內(nèi)容、生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)資源進(jìn)行有效排序，充分整合整個(gè)生產(chǎn)工作。通過(guò)計(jì)算機(jī)制定局部功能，進(jìn)一步細(xì)化到各個(gè)分支系統(tǒng)中，完成系統(tǒng)的集成化建設(shè)，確保系統(tǒng)之間有科學(xué)合理的明確的分工，在運(yùn)行過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)相互協(xié)作，進(jìn)而完成機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)和制造，全面保證產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，在后期的發(fā)展中，電氣自動(dòng)化將不斷強(qiáng)化集成化的應(yīng)用模式，推動(dòng)企業(yè)全面整合各項(xiàng)生產(chǎn)資源，構(gòu)建起全新的集成化生產(chǎn)模式，提高工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效率

3.2 高度模擬生產(chǎn)活動(dòng)，建設(shè)“智能化”的應(yīng)用場(chǎng)景

智能化是電氣自動(dòng)化技術(shù)的主要特點(diǎn)之一，也是今后機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展的主要方向。通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)以及系統(tǒng)工程技術(shù)等，構(gòu)建起一種全新的、先進(jìn)的智能化應(yīng)用技術(shù)，集合“機(jī)械制造技術(shù)”和“人工智能技術(shù)”，實(shí)現(xiàn)工控系統(tǒng)的革新。在此過(guò)程中，將把智能化技術(shù)融入機(jī)械制造的各個(gè)環(huán)節(jié)和系統(tǒng)中，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的高度模擬，在最大程度上提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率。因此，在今后的發(fā)展中，電氣自動(dòng)化技術(shù)將不斷推動(dòng)工業(yè)控制的智能化應(yīng)用水平。

3.3 自動(dòng)控制生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)化”的工序設(shè)計(jì)

在機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中，需要通過(guò)一定的工序來(lái)統(tǒng)籌整個(gè)生產(chǎn)流程，機(jī)械自動(dòng)化就是通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，使生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制，完成“原料篩選-初步加工-精細(xì)加工-產(chǎn)品成型-封裝打包-存儲(chǔ)運(yùn)輸”等各個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化控制。在今后的發(fā)展中，電氣自動(dòng)化技術(shù)將被廣泛應(yīng)用于工序設(shè)計(jì)，能夠根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際工序流程，并按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)編制具體的程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制。還能夠完成各個(gè)過(guò)程的分工、調(diào)整等等，不斷提高機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的精度，實(shí)現(xiàn)工序設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。

3.4 強(qiáng)化專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，推進(jìn)“無(wú)人化”的應(yīng)用模式

在未來(lái)的發(fā)展中，電氣自動(dòng)化技術(shù)將與人工智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)高度融合，更廣泛地應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備中，不斷推動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)景的無(wú)人化。同時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備也將日趨走向小型化、多樣化的發(fā)展方向，不斷推動(dòng)無(wú)人化管理的模式。為此，電氣化技術(shù)的廣泛應(yīng)用也將不斷增強(qiáng)企業(yè)的管理意識(shí)，加強(qiáng)對(duì)操作人員的專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，不斷提高職業(yè)綜合素質(zhì)操作技能，積累豐富的機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用知識(shí)，為企業(yè)的更好發(fā)展提供有效的保障，持續(xù)推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)無(wú)人化的新發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，能夠更好地實(shí)現(xiàn)各類生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化控制和智能化控制，使整個(gè)生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)高效率生產(chǎn)連續(xù)生產(chǎn)，不斷提高機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)效率，提高安全運(yùn)行的保障。與此同時(shí)，還能夠更好地完成細(xì)致加工，使整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的流程更順暢、更智能。另外，通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，能夠節(jié)約人力資源、物力資源，工業(yè)企業(yè)可以將更多優(yōu)勢(shì)資源應(yīng)用到企業(yè)的管理和創(chuàng)新中，不斷提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，促使各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力得以快速提升，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。