上海易同科技股份有限公司 朱玉明

1 引言

當前，廣泛利用電氣自動化系統(tǒng)和電氣技術以及計算機系統(tǒng)可有效減少成本并提升企業(yè)的生產效率，讓傳統(tǒng)的工作模式得到優(yōu)化，企業(yè)需要讓設備在穩(wěn)定的狀態(tài)下運行并不斷提升自動化的設備投資。這樣有利于設備處在穩(wěn)定狀態(tài)下工作，能回避各運行類的問題，維持好企業(yè)的生產秩序并且有效確保產品的質量，同時節(jié)約對設備的維護成本。所以只有讓設備的穩(wěn)定性得到保障，才能更好實現(xiàn)企業(yè)的安全生產，有效減少事故發(fā)生。

2 概述電氣自動化設備現(xiàn)狀

近年來我國不斷發(fā)展機械電子技術和微電子技術，逐漸擴大了電氣自動化設備使用范圍，通過利用電氣自動化設備，有利于提高企業(yè)生產效率，同時可以降低企業(yè)生產成本。此外，利用電氣自動化設備可以減少人力資源利用量，同時可以提高人們生產的便利性。電氣自動化技術發(fā)展現(xiàn)狀反映出國家電子發(fā)展水平，因此需要加大力度控制電氣自動化設備的穩(wěn)定[1]。

3 電氣自動化設備穩(wěn)定性控制的影響因素

3.1 環(huán)境因素

電氣自動化設備所處的環(huán)境溫濕度和氣壓，以及大氣污染等直接關系到設備是否能穩(wěn)定運行。如果運行環(huán)境是惡劣的，那么設備則會自動停機，對設備非常不利。特別是一些電氣自動化設備是在放在戶外的，因此要考慮很多由環(huán)境帶來的問題。例如，降雨量比較多，將會導致空氣過于潮濕，而很多電氣自動化設備屬于金屬材質，在潮濕的環(huán)境中很容易產生短路問題。同時，雷電可能會擊穿供電系統(tǒng)，最終嚴重損壞設備[2]。

3.2 電磁干擾因素

電磁波干擾雖然用肉眼看不到，用手也觸碰不到，但是對于設備卻有非常大的影響。電磁波主要是為了改變電氣自動化的各內組件運行情況，如果內、外的電磁波相互產生了影響，那么將會增加內部波段，但是因為設備內部結構是有限的，因此會引發(fā)噪音問題，不利于控制電氣自動化設備穩(wěn)定性，甚至會引發(fā)安全事故[3]。

3.3 設備因素

一些電氣自動化設備自身質量不符合標準，此外工作人員在日常工作中沒有嚴格遵守工作標準，同時也沒有有序開展設備維修管理工作。例如，設備出現(xiàn)嚴重的磨損情況，并且沒有及時更換完好的零部件，這將會增加設備運行的風險，不利于保障電氣自動化設備使用效果。

4 電氣自動化設備穩(wěn)定性控制有效提升措施

4.1 控制算法優(yōu)化

設備的自動化控制可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩類，絕大多數(shù)自動化設備都采用了閉環(huán)控制。在閉環(huán)控制策略中，PID控制由于結構簡單，因此應用最為廣泛[4]。

如在AGV小車的運動控制中，為了達到理想的行進速度和平穩(wěn)的行進狀態(tài)，常用到PID算法。理想的控制過程為小車從起始位置開始緩慢加速，加速至一定速度后開始緩慢減速，最終在目標位置處減速至停止（見圖1）。

圖1 理想的速度曲線

在未采用PID算法前，小車的加減速控制過程不夠精細，無法做到平滑過渡，整個行進過程中有輕微抖動的現(xiàn)象發(fā)生，而且由于速度的減速有抖動，接近目標位置時候的速度影響到了光電傳感的對位，目標位置的?？颗紶柍霈F(xiàn)誤差過大的情況（見圖2）。

圖2

采用PID算法以后，速度控制過程平穩(wěn)很多，但是偶爾還會出現(xiàn)目標位置的?？空`差過大的情況，經過反復試驗發(fā)現(xiàn)，這是由于減速過程的提前量不夠導致接近目標位置時的速度還是過快，經過反復調整PID參數(shù)，最終獲得了一個相對平滑也符合要求的控制過程（見圖3）。

圖3

4.2 數(shù)據(jù)濾波處理

自動化控制過程中會涉及較多數(shù)據(jù)采集，比如UWB室內定位中的標簽位置采集，原始的位置數(shù)據(jù)往往是離散和抖動的，未經處理的位置靜止狀態(tài)下抖動會很明顯，移動的路徑呈折線狀。

由圖4可知，測得位置與實際位置一直存在抖動，最終表現(xiàn)在PC端管理軟件上現(xiàn)象就是界面上的被定位物體位置的隨機漂移，誤差在正負20cm。為了得到更穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，可以作用卡爾曼濾波，對所收集起來的數(shù)據(jù)做了后期的運行和處理工作。

圖4 標簽靜止時的測得位置圖

卡爾曼濾波（Kalman filtering），為線性方程，使用系統(tǒng)將所要觀測的數(shù)據(jù)輸入其中，就可以得到結果并輸出，這樣系統(tǒng)就可以算出最優(yōu)解。數(shù)據(jù)觀測時，由于噪聲以及其他干擾的問題，這種估計只能是被看成濾波的一種實際過程。

這里給出python下的代碼如下：

在程序處理端收到某個基站給出的標簽距離的數(shù)據(jù)時調用此函數(shù)，實際上就是對該基站的標簽數(shù)據(jù)序列進行了濾波操作，根據(jù)三個基站的數(shù)據(jù)就可以解方程計算出標簽的最終位置。濾波處理后，位置數(shù)據(jù)的抖動有了明顯的改善，數(shù)據(jù)明顯收斂，漂移抖動保持在8cm內。

圖5 濾波后標簽靜止時的測得位置圖

圖6 濾波前后標簽運動路徑圖

4.3 改進電氣自動化設備的散熱系統(tǒng)

每一種電氣自動化設備在運行過程中都會產生熱量，尤其是電氣自動化設備始終處于使用狀態(tài)中，因為在實際運行過程中將會不斷提高溫度，并且產生較大的熱量，不利于控制電氣自動化設備穩(wěn)定性。因為電氣設備空間存在限制，不利于高效的散熱，不斷增多熱量之后將會持續(xù)性升高電氣自動化設備的溫度，而且會逐漸增加內外溫差，最終引發(fā)高溫故障，電報自動化的設備穩(wěn)定性未能得到更好的保障。同時，在設備內部結構設計時要對內部結構進行合理控制，有效優(yōu)化散熱系統(tǒng)。因此，第一步要對設備散熱情況做好分析，利用有關原理根據(jù)實際情況，調整設備的溫度，之后對四周的環(huán)境進行有效的優(yōu)化。這樣的目的在于保證電氣設備空間空氣流動的流暢性，促進電氣自動化設備高效散熱。此外，要利用先進的科學技術，例如可以選用高溫材料，避免因為高溫而損壞電氣自動化設備。

4.4 優(yōu)化設計方案

工作人員研究、制造設備時，要考慮到設備是需要運用至實踐中的，因此要全面對設備的運行進行掌握，根據(jù)實際情況，優(yōu)化自動化的設備并對整體方案做好優(yōu)化工作，這樣自動化設備在運行時才更加穩(wěn)定。因此，在實際生產中，可以將自動化設備投入實踐運用中。但是需要注意合理選擇同一個生產商，這是因為同一生產商生產的電氣設備具有相同的基本功能，但是在設備建造過程中需要利用不同的零件和構造，因此在電氣自動化設備安裝過程中要選擇同一廠商的設備，如果電氣自動化設備產生問題，也可以及時解決問題。

設計方案需要特別注意一點，即要設置好運動板卡、交流接觸器，還要使用金屬分開。主要原因是由于運動板卡容易受外界影響，所以對于弱、強電線路，需要分開來進行排布處理，同時連接線路時使用的是雙絞屏蔽電纜。且在這個過程還需要注意處理電纜屏蔽層接地工作，這樣做的目的在于把靜電導出，可有效減少外因因素對此產生的不良影響。且在安裝電報自動化設備時，需要采用模擬自動化設備的試驗，計算設備指標，如果試驗以及現(xiàn)場測試有一定的差異，因此需要模擬式中工作的環(huán)境，只有這樣才能讓檢測結果更加具有準確性。

4.5 合理選擇零部件

電氣自動化設備企業(yè)需要合理選擇零部件，項目設計考慮電路實際需求，選擇各節(jié)點所要用的零件，這樣可以減少不必要的零件支出，在節(jié)約成本的同時可滿足設備的運行，并且有效提升設備的穩(wěn)定和安全性。選擇零件時要考慮其專業(yè)性，合理選擇其參數(shù)并提升項目在運行中的可靠性。采用專業(yè)的零件才能符合設備的運行要求，減少故障發(fā)生。同時，可以節(jié)省后期維護費用，提高整體產品質量。

例如某倉儲系統(tǒng)第一個落地應用版本采用了有軌小車加固定升降機的模式，服務器軟件調度小車與升降機來實現(xiàn)貨箱的存取，系統(tǒng)整體結構清晰，軟件業(yè)務邏輯簡單明了。在實際安裝施工中，發(fā)現(xiàn)升降機的安裝與調試花費了大量的人力物力，最終導致整個項目的成本沒有達到設計要求。根據(jù)第一版的系統(tǒng)基礎上進行了優(yōu)化改進，研發(fā)了一款自帶升降機構的有軌小車。小車的軌道行走與直臂夾取結構沿用了第一版小車的相關結構，新增了升降相關的機構。

升降機構采用無刷電機驅動，配合多圈角度編碼器控制高度定位，編碼器需針對實際貨架高度進行零點設置，每層貨架高度對應的角度值需要實測標定。小車收到的升降指令中包含了貨架的層號，根據(jù)層號查找對應的角度編碼器值，啟動電機，軟件連續(xù)判斷當前角度值，采用PWM控制升降速度，在接近目標值時，升降平滑減速，最終達到了2mm的精度，滿足了設計要求。

4.6 加強管理維護電氣自動化設備

設備在運行過程中，應考慮運行時的安全以及穩(wěn)定性。因此，在設備運行時，加大其維護以及管理是一項必要的工作。在管理電氣自動化設備時要安排有關人員，做好設備的調試工作，如果有異常的情況，需要做好協(xié)調處理。例如，如果異常發(fā)生要立刻上報通知中，同時做好檢測工作，發(fā)現(xiàn)異常后快速響應，處理完畢之后再需要復檢。只有在設備完成正常時，才能繼續(xù)使用。

同時，在設備調試時，工作人員的意識也是非常重要的。因此，有的工作人員在工作中存在僥幸心理，認為小故障不足以影響設備的運行，這種想法是需要改變的。要優(yōu)化每個工作人員的意識，檢查設備細節(jié)，發(fā)現(xiàn)問題后才能用最快的速度的響應并處理。如果在實際工作中，使用了沒有維護好的設備，則可能產生重大事故。因此，還要做好電氣自動設備的不定期檢測工作，如果發(fā)現(xiàn)故障，立刻停止，并組織人員進行設備的維修處理，建立檔案，讓更多的工作人員可以掌握每一個設備的具體信息，并且還可以記錄維修的內容、次數(shù)，這樣方便后期有效管理，進一步提高檢修工作效率。

在設備維護過程中，需要制定科學的設備維修方案，可以發(fā)揮出自動化技術的作用，綜合引進計算機工作設備和物聯(lián)網(wǎng)技術等，緊密聯(lián)系電氣自動化設備和計算機核心系統(tǒng)，有利于遠程監(jiān)控電氣自動化設備運行狀態(tài)，提高設備監(jiān)管工作的智能化。技術人員要加強記錄設備零部件的材質和種類，通過模擬設備運行確定零部件是否存在磨損問題，同時可以預估零部件使用壽命，在零部件到到使用壽命之前就開始更換設備，維持設備運行的穩(wěn)定性[5]。

4.7 技術創(chuàng)新

落實電氣自動化設備智能化管理，可以構建計算機系統(tǒng)平臺，全面統(tǒng)計電氣自動化設備的類型和功能以及基本需求之后，可以制定針對性的管控方案。信息技術不斷發(fā)展，技術人員需要建立創(chuàng)新意識。當前，分階段管控工作具有良好的使用效果，可以根據(jù)供電傳輸和配電管理等區(qū)分不同的電氣自動化設備的用途，合理設定運行參數(shù)，優(yōu)化設備管理效果。

因為處理運行參數(shù)具有一定的難度，因此需要建立工作數(shù)據(jù)庫優(yōu)化數(shù)據(jù)分析效果。利用計算機系統(tǒng)自動化結合相關算法，有利于高效控制電氣設備[6]。如可以智能化檢測設備運行狀態(tài)，如果設備參數(shù)符合設定范圍，可以繼續(xù)運行。如果檢測到異常問題，可以立即出發(fā)停機指令，并且利用計算機系統(tǒng)強制斷電設備，同時利用信息技術精確定位故障發(fā)生的問題，方便工作人員及時維修設備。

綜上所述，設備在運行時，所存在的因素很多。所以只有效控制電氣自動化設備的穩(wěn)定性并提出針對性的解決辦法，才能更好的確保設備的正常運行以及可持續(xù)的發(fā)展。針對電氣自動化設備的控制，周圍運行環(huán)境、設備管理與檢修、結構優(yōu)化等，均是影響其穩(wěn)定性的關鍵性因素。為此，要想真正保證電氣自動化設備穩(wěn)定性，還需要定期組織檢查與維護，全方面排除威脅設備正常運行的影響因素，提升電氣自動化設備運行效率、穩(wěn)定性，滿足社會發(fā)展的需求。

電氣自動化設備管理運維積累的經驗，發(fā)現(xiàn)設備穩(wěn)定性控制非常重要。針對工作中穩(wěn)定性控制的實際操作經驗，要想有效控制設備穩(wěn)定性，需要從運行環(huán)境、設備自身故障排查等方面著手，優(yōu)化電氣設備結構，做好設備的管理與維護工作，消除可能影響電氣自動化設備穩(wěn)定性的因素，從而保證電氣設備的高效運轉。