电气自动化技术在工业生产中的应用与前景展望

王 锋，吕红芝，曹建东，王永春

（1.山东广富集团有限公司，山东 滨州 256217；2.山东鲁冶瑞宝电气自动化有限公司，山东 济南 250010）

随着我国工业化水准的上升与科学技术的发展，电气自动化技术已经成为当代工业发展过程中的核心技术，对维护一个国家的经济发展也有着至关重要的作用。电气自动化技术本身涵盖了包括电力、计算机、电工、自动化等多个领域的先进技术，因此其发展水平也是一个国家工业实力的具体表现之一。随着当前电气自动化技术在工业生产中的应用程度越来越高，在国民经济发展过程中起到的作用也就越来越大，同时经济水平的上涨也带来了社会需求的提升，这也就意味着工业生产必须同步进行提升，以满足不同时期的不同社会需求，而这就刺激了电气自动化技术的革新与演化[1]。

1 电气自动化技术的相关概念

电气自动化技术，是指一种通过对计算机技术、信息技术及电子仪器设备实现对整个工业生产流程进行控制、管理及优化的技术，具有替换劳动力、信息反馈、技术管控的作用及特点，而其目的是为了在保障工业生产安全性与稳定性的前提下，有效提升工业生产的效率，进而实现成本的合理缩减与产品质量的可靠提升。由于电气自动化技术本身包含了众多工科内容，因此其具体应用具有一定的难度，且要实现电气自动化技术还需要硬件、系统及自动化软件的支持。只有在这三者的帮助下，电气自动化技术才能在工业生产中获得有效应用。就当前电气自动化技术的具体应用情况来看，在化工、冶金、矿产、港口、电力、尖端制造产业中均有电气自动化技术的应用，这些应用主要体现在相关设备的维修、调试、运行、安装、管理维护等方面，在我国相关产业发展的过程中发挥了至关重要的作用。

2 电气自动化技术在工业生产中的应用

电气自动化技术在不同行业的生产中均有所应用，且取得了可喜的效果，但受篇幅所限，本文仅针对该技术在矿产工业生产及化工工业生产中的应用进行探讨。

2.1 电气自动化技术在矿产工业生产中的应用

电气自动化技术在矿产工业生产中的应用包括但不限于采掘、运输、监控系统、通风系统及排水系统中。相比其他工业生产而言，矿产工业生产所处的环境更加复杂，其安全性的需求也使得自动化技术有很大的应用空间。

电气自动化技术在矿产资源采掘作业中的应用有效提升了设备的采掘容量及技术含量。在电气自动化技术的影响下，原本人力进行的很多工作被各种类型的采掘设备替代，从而保证了采掘作业的安全性。而与人力不同的是，人力的作业量是有限的，而采掘设备则可以通过更新型号来获取更高的作业量，且整个采掘过程也避免了因为人力的不规范操作造成意外，进而提升了采掘作业的安全性。而在采掘工作灵活性的对比上，尽管人力具有更高的灵活性，但电气自动化所控制的设备同样可通过对设备功能、规模、型号的调整来使设备满足矿产采掘工作的需求。就矿产采掘工作本身的复杂程度而言，当前已经很少需要完全依靠人力现场判断的工作内容，电气自动化设备及技术能够基本胜任矿产采掘工作的需求[2]。

电气自动化技术在矿产运输中的应用是从上世纪八十年代之后出现的，在上世纪八十年代之前，矿产运输主要依靠人力完成，因而当时的运输效率及作业量都十分不理想；而在那之后，电气自动化设备在矿产运输作业中的应用大幅提升了运输量，履带运输设备能够实现大批量源源不断的运输，在提升运输效率的同时也大幅缩减了矿产运输所需的劳动力，而在监控系统的帮助下，矿产运输作业的安全性及稳定性也得到了可靠保障。后来随着电气自动化技术及其他相关行业的发展，包括斩波器、集中监控系统、PLC 技术、交频同步拖动调速系统均在矿产运输中获得应用，使得当前矿产资源运输作业的效率比过往已经有了颠覆性的提升（如图1）。

图1 电气自动化技术在矿产运输中的应用

矿产工业生产作业中也在监控系统中加入了电气自动化技术的应用。当前我国多数矿产开采区域已经装配了安全监控系统，并根据实际需求装入了不同规模的风电闭锁装置、红外线自动喷雾、断电仪及有害气体遥测仪等装置，进而实现对矿产资源的全面监控。这种监控能够同时作用于矿产开采的井下作业及运输作业，进而对矿产生产安全起到相应的监督作用。但问题在于这些负责监控功能的设备往往具有较高的精密度，在矿产开采的复杂环境下很容易受到影响，进而导致其性能出现问题，因而这些监控设备的管理维护开支较高，且应用效果尚不能满足当前矿产资源产业的生产需求，使得矿产资源产业的发展受到阻碍。

矿产生产面临的环境是很复杂的，在开采过程中诞生的有害气体更是有着很高的危险性，因而矿产中需要配备系统化且高可靠性的通风系统。当前自动化水平的提升已经使得自动化技术能够融入到矿产开采的通风系统中，并能够实现良好的通风排气效果，不仅有效减低了矿产生产过程中的有害气体含量，也使矿产开采作业的效率及安全性均得到了可靠保障。自动化技术在矿产开采区域内排风系统中的应用具有分散化、分层化及数字化的特征，也就进一步提升了通风系统的可靠性。除通风系统之外，矿产开采中的排水系统也发挥着十分重要的作用。矿产开采中的积水会对井下环境的稳定性产生影响，也会影响矿产的生产质量，因而需要借助排水系统排出积水。而电气自动化技术能够自动控制矿产工程中排水系统中的积水开关，并有效缓解负压、过载、高温的情况，进而保障开采工作中的安全性及可靠性，在矿产工程施工安全生产过程中发挥了至关重要的作用。

2.2 电气自动化技术在化工工业生产中的应用

电气自动化技术在化工工业生产中的应用主要体现在先进控制及现场总线两方面，均是通过相应的控制系统实现的。

先进控制是指化工工业生产的实际生产情况及过程往往比较复杂，无法有效采取建立数学模型的做法进行控制。如果直接对生产过程进行控制，其控制效果往往不会很理想，在这种情况下可以借助先进控制来实现对其生产过程的有效控制，相比传统控制方式而言，先进控制能够有效预测生产数字模型并进行推断，还能进行多变量耦合等各种复杂多变量的处理控制工作。而在电气自动化技术的帮助下，先进控制在发展过程中也逐渐体现出智能化的特点。化工生产中的变量之间存在一定的关系，一般需要通过辨别技术加以确定，而具有动态化特征的数学模型又能表现出实际生产过程。在需要进行数据采集及处理工作时，可应用电气自动化技术来避免人力采集可能产生的误差，而无法测量的数据也可应用电气自动化技术判断不同因素并加以运算，避免人力计算出现数据收集不全面导致最终误差较大的情况（如图2）。在电气自动化技术中软测量技术的帮助下，饱和蒸气压、反应热、部分蒸馏塔的质量指标等数值也可实现有效获取。最后，电气自动化技术中的智能控制系统还可用于诊断自动化生产中的故障，进而监控自动化生产的实际情况。

现场总线的本质是一种控制技术，是指将现场的智能设备与自动化系统相连，进而实现有机整合，因此现场总线本身对化工工业控制技术领域有很大的影响。相比当前的PLC 及DCS 而言，现场总线技术不仅具有开放性及相互的可操作性，还能实现多点通信、控制现场通信设备的功能。在具体的应用上，由于现场总线的结构相对比较简单，且需要实现控制的室内设备整体数量较少，仅需要一对双绞线就能完成有效连接，因此在硬件投资上的成本更低，也就减少了电气自动化工作人员在安装上的工作量[3]。而现场总线控制技术还能节约自动化生产的后期投资，这是因为化工生产过程进行到后期时可能需要加入一定的控制设备，但在应用了现场总线的前提下，生产场地不需要再增加新的电缆，在原有电缆上就近进行链接即可满足工作需求。

图2 电气自动化技术在化工数据采取中的应用

3 电气自动化技术在工业生产中的发展前景

3.1 开放性

很大程度上电气自动化技术中控制系统的性能取决于硬件，而随着近年来单片机技术的长足发展，电气控制系统的硬件技术也因此得到了更高科技含量的支持，并在发展过程中呈现出相应的开放性特点。就当前的社会发展需求来说，新型电气控制系统不仅需要达到更高的运行效率，其成本也需尽可能向下缩减，同时还要能够为生产企业提供更多的平台。从社会发展的角度来看，信息时代下不同工业及企业在发展过程中也需具备一定的开放性，从而获得更多的发展机遇，这也就意味着电气自动化技术的发展必然要考虑开放性这一趋势。

3.2 网络化与智能化

当前的电气自动化技术在发展过程中已经具备了一定的自我诊断能力，也就能够有效排出应用中的一部分障碍。但就障碍处理速率及有效性而言，有时还会需要人力参与到障碍判断的过程中，这就意味着电气自动化技术需要进行网络化与智能化的发展，借助网络高度集成不同母线的保护，并在各种人工智能技术的支持下独立进行一些运行障碍的排除与解决，进而向网络化与智能化的发展方向迈进。

4 结语

结合上述内容来看，电气自动化技术在我国工业发展的过程中发挥了至关重要的作用，而就社会发展的需求来看，电气自动化的发展也面临着开放性、网络化与智能化的发展趋势。相信在电气自动化有效实现这些发展之后，其技术能够为当今社会的发展提供更加强劲的动力支持。