溫博

【摘 要】 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，電氣工程自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)行業(yè)中的重要性是與日俱增。電氣自動(dòng)化是運(yùn)用電子技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)控制，是結(jié)合電氣技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)直接或間接程序控制，通過系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制電力系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)功能。工業(yè)自動(dòng)化不僅是工業(yè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)重要標(biāo)志。 也是工業(yè)現(xiàn)代化的物質(zhì)基石。本文針對(duì)當(dāng)前電氣工程中自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用，對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化問題進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】 電氣工程；自動(dòng)化；技術(shù)

【Abstract】 With the continuous growth of China's economy， the importance of electrical engineering automation technology in the industrial industry is increasing day by day. Electrical automation is the use of electronic technology， computer control technology and computer network technology to achieve electrical automatic control， is the combination of electrical and computer technology to achieve direct or indirect program control， through system integration， to achieve automatic control of power system operation and maintenance functions. Industrial automation is not only an important symbol of industrial modernization. It is also the material foundation for industrial modernization. This paper discusses the development and application of automation technology in current electrical engineering， and discusses electrical engineering and automation issues.

【Key words】 Electrical Engineering；Automation；Technology

1. 電氣工程自動(dòng)化及其重要性

電氣工程是保證工業(yè)生產(chǎn)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。在工業(yè)生產(chǎn)中，各種智能化的先進(jìn)設(shè)備儀器不斷的應(yīng)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(dòng)化是從上個(gè)世紀(jì)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(dòng)化技術(shù)和裝備技術(shù)不斷發(fā)展，其發(fā)展速度和應(yīng)用領(lǐng)域急速擴(kuò)大，幾十年來，從初期簡(jiǎn)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(xiàn)。同時(shí)工藝單發(fā)展也對(duì)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(dòng)化專業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域里發(fā)揮的巨大的作用，涉及面之寬，應(yīng)用范圍之廣，自動(dòng)化技術(shù)從簡(jiǎn)單回路的閉環(huán)控制到單元裝置的全面自動(dòng)控制，所使用的工具也從氣動(dòng)單元組合儀表、電動(dòng)單元組合儀表到DCS，普遍應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)中，控制水平也日新月異，從傳統(tǒng)單參數(shù)簡(jiǎn)單控制回路到多變量復(fù)雜控制技術(shù)，而且正以蓬勃發(fā)展之勢(shì)影響著人們的生產(chǎn)和生活。目前生產(chǎn)中的快速反應(yīng)、臨界穩(wěn)定工藝、能量綜合平衡等得到廣泛應(yīng)用，可以說生活中到處都有自動(dòng)化的身影。隨著工業(yè)規(guī)模的進(jìn)一步推廣，特別是在化工行業(yè)中，對(duì)自動(dòng)化提出了更高的要求。同時(shí)，信息技術(shù)更是極大地影響著化工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用更為廣泛。

2. 電氣工程自動(dòng)化問題所在

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)集成是電氣自動(dòng)化系統(tǒng)功能提升的必經(jīng)之路，我國(guó)目前一些電氣自動(dòng)化還處在初級(jí)自動(dòng)化的層次，自動(dòng)化具有互不連接、功能單一、信息獨(dú)享的缺陷，不能充分發(fā)揮電氣自動(dòng)化的功能和作用。而且電氣自動(dòng)化的發(fā)展方向是建立高效、快捷的電氣工程及自動(dòng)化系統(tǒng)，但目前很多企業(yè)自身網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架不盡相同，使得依托于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而發(fā)展的電氣工程自動(dòng)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?yàn)槌绦蚪涌诘牟灰恢拢绊懫髽I(yè)數(shù)據(jù)和信息的傳輸交流，進(jìn)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(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中無法發(fā)揮應(yīng)有的效應(yīng)。

3. 電氣工程自動(dòng)化對(duì)策分析

3.1 發(fā)電廠自動(dòng)化。

發(fā)電廠作為電力系統(tǒng)的始端，它的自動(dòng)化決定了整個(gè)電力工程的自動(dòng)化。（1）火力發(fā)電廠?；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(dòng)化系統(tǒng)一般由廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）、電廠管理信息系統(tǒng)（MIS）、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、故障信息子系統(tǒng)、繼電保護(hù)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(jī)組分散控制系統(tǒng)（DCS）構(gòu)成。（PCU）是其中最為重要的部分，可接受現(xiàn)場(chǎng)變送器、脈沖量、開關(guān)量、電氣量、熱電偶、熱電阻等信號(hào)，可直接應(yīng)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(gòu)成，在運(yùn)算處理之后可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的聯(lián)鎖監(jiān)測(cè)、聯(lián)鎖控制、聯(lián)鎖保護(hù)等。運(yùn)行人員工作站（OS）和工程師工作站（ES）能夠提供了人機(jī)接口，同時(shí)為電氣設(shè)備維修工程師提供系統(tǒng)診斷、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)組態(tài)設(shè)置等手段。數(shù)據(jù)的采集、處理、監(jiān)控都采用微型計(jì)算機(jī)來完成，機(jī)組的監(jiān)控水平得到了大幅度的提升，也提高了人機(jī)交互界面；無論是進(jìn)口的機(jī)組，還是國(guó)產(chǎn)的大型機(jī)組，基本都安裝了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；在很多電廠的自動(dòng)裝置設(shè)備都是采用數(shù)字化儀表來進(jìn)行顯示控制，而不再是過去那種傳統(tǒng)的機(jī)械式儀表，這些措施都將我國(guó)的電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)推向到了一個(gè)新的高度。

3.2 變電站綜合自動(dòng)化。

隨著使用規(guī)模的擴(kuò)大和實(shí)用技術(shù)的推廣，人們已經(jīng)越來越多的認(rèn)識(shí)到變電站綜合自動(dòng)化的重要性。自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于變電站的主要目的是確保變電站的運(yùn)營(yíng)安全，提高變電站工作效率，加強(qiáng)對(duì)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(dòng)控制技術(shù)和變電站應(yīng)用信息處理、傳輸技術(shù)基礎(chǔ)之上的。自動(dòng)化變電站系統(tǒng)主要由以下子系統(tǒng)構(gòu)成：（1）控制系統(tǒng)。主要是進(jìn)行變電站的數(shù)據(jù)包括模擬量、開關(guān)量和電能量的數(shù)據(jù)采集、故障錄波和測(cè)距、故障記錄、斷路器跳合閘記錄、保護(hù)動(dòng)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(jī)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。（2）繼電保護(hù)子系統(tǒng)。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的微機(jī)繼電保護(hù)主要包括輸電線路保護(hù)、電力變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、電容器保護(hù)、小電流接地系統(tǒng)自動(dòng)選線、自動(dòng)重合閘等。（3）電壓、無功綜合控制子系統(tǒng)。變電站綜合自動(dòng)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(dòng)控制功能。電壓和頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此電壓、無功綜合控制也是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。（4）低頻減負(fù)荷控制及備用電源自動(dòng)投入子系統(tǒng)。備用電源自動(dòng)投入已成為變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能之一。（5）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。

3.3 電氣工程狀態(tài)檢修自動(dòng)化。

電氣工程狀態(tài)檢修技術(shù)主要是指通過應(yīng)用電氣工程設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)的方式，重點(diǎn)發(fā)揮其在狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷方向的綜合性應(yīng)用功能，提供狀態(tài)檢修所對(duì)應(yīng)設(shè)備在正常運(yùn)行狀態(tài)下所表現(xiàn)出的運(yùn)行狀態(tài)信息以及相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以結(jié)合這部分?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣工程相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及可能存在安全隱患或是故障的問題進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。按照此種方式，還能夠?qū)鹘y(tǒng)意義上的故障檢修模式轉(zhuǎn)變成為全新的狀態(tài)檢修模式。從實(shí)踐應(yīng)用的角度上來說，將狀態(tài)檢修技術(shù)應(yīng)用于電氣工程實(shí)踐工作過程中不但能夠提高相應(yīng)電氣設(shè)備的穩(wěn)定性與安全性，同時(shí)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(yùn)行安全。

3.4 先進(jìn)制動(dòng)控制自動(dòng)化。

相對(duì)于常規(guī)PD控制，與此相對(duì)應(yīng)的先進(jìn)制動(dòng)控制的控制效果要更加突出，表現(xiàn)更加好。先進(jìn)制動(dòng)控制自動(dòng)化采取建立一個(gè)動(dòng)態(tài)的數(shù)學(xué)模型來表征一個(gè)實(shí)際過程，通過多個(gè)輸入和輸出的變量之間關(guān)系相互的約束實(shí)現(xiàn)控制，主要是通過軟件來實(shí)施控制。過程變量數(shù)據(jù)的采集、處理和軟件測(cè)量必須保證其有效性和可靠性，主要是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集受噪音的干擾，需要做濾波處理。適時(shí)計(jì)算不可測(cè)量的變量數(shù)值正是先進(jìn)控制的主要內(nèi)容。在化工業(yè)生產(chǎn)中，飽和蒸汽壓、反應(yīng)熱、某些蒸餾塔的質(zhì)量指標(biāo)數(shù)值，就需要軟測(cè)量技術(shù)才能準(zhǔn)確獲得。先進(jìn)控制的策略包括傳統(tǒng)的串級(jí)、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(jìn)控制的策略所在。智能控制是目前自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)及熱點(diǎn)，也是先進(jìn)控制的熱點(diǎn)。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(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)故障的診斷以及過程的監(jiān)控，通過計(jì)算機(jī)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(jìn)行滯后大、非線性的模糊控制及技術(shù)。處理復(fù)雜多的模式及聯(lián)想預(yù)測(cè)和記憶需要神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來完成。這種技術(shù)可以用于質(zhì)量預(yù)測(cè)，結(jié)合模糊控制進(jìn)行非線性對(duì)象的生產(chǎn)控制，替代儀表，進(jìn)行疑難及復(fù)雜的控制。

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

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[文章編號(hào)] 1619-2737（2018）01-25-681