工业电气自动化及其在工作中的实践分析

王先瑞，刘敦国，董 兰

（1.中国重汽集团设计研究院有限公司，山东 济南 250100；2.山东泓源电力工程有限公司，山东 济南 250100；3.山东省粮油工程设计院有限公司，山东 济南 250100）

电气自动化技术非常复杂，涉及各方面技术。我国不断提高工业发展的信息化水平，也带动了电气自动化技术进一步发展，很多企业为了适应社会发展需求，不断提高自身现代化发展速度，更加高效地完成生产任务，并且开始加大力度利用电气自动化技术。为了充分发挥出该项技术的作用，企业需要结合市场经济发展需求进一步完善企业管控体系，因此提高企业的市场竞争力，实现可持续发展目标。

1 工业电气自动化概述

1.1 工业电气自动化的概念

我国工业电气自动化发展时间相对短暂，其技术基础为控制理论和电子网理论，在工业生产过程中主要是应用电子技术和计算机技术。当前在各个领域中广泛应用电气自动化技术，有利于降低整体生产投资，而且可以高效地完成生产任务，同时优化整个工业环境[1]。当前这个时代注重科技和信息化，工业生产需要结合时代发展需求推广应用电气自动化技术，进一步发展社会经济。

1.2 工业电气自动化发展历程

在20 世纪50 年代开始，社会生产过程中不断涌现出电机和电力产品，也推动了自动化技术发展。通过自动化控制继电器等设备之后，有利于技术人员更加灵活地操控设备，因此创新力电气自动化发展。

在20 世纪60 年代开始提出了现代控制理论，这一理论也推动了电气自动化技术发展。而在应用该项技术的同时，计算机技术发挥了不可代替的作用，当前在各个行业也开始推广应用计算机技术，通过综合应用计算机技术和自动控制技术，可以优化管控实际生产过程。

发展到20 世纪70 年代，通信技术和电子技术不断发展，也进一步发展了电气自动化系统，进一步推广了现代控制理论，解决了很多问题，也同时推动了新型自动化理论技术发展，例如先后产生了大型系统控制理论和智能控制理论，为电气自动化稳定发展和运营奠定基础。

在20 世纪80 年代开始显著提高了电气自动化发展水平，并且该技术开始在高新技术产业中推广应用。在发展电气自动化技术的同时，也因此提高了制造技术发展水平。

1.3 工业电气自动化特点

在工业生产过程中，工业电气自动化装置的工作不频繁，通常是在控制中心中应用。通过这种方式，避免普通技术人员频繁接触核心设备，降低了错误的发生，从而增强了整个系统的稳定和可靠。另外，还需要满足高级别的安全要求，并配置完整的防护设备来发挥保护作用。尤其要指出，不能在同一空间中配置超过两台的电气设备，否则容易相互影响，也不利于工作人员及时排除错误，通过独立配置，有利于提高相关操作的有序性，避免出现混淆问题[2]。

1.4 工业电气自动化的重要性

通过几次技术变革，推动了工业和社会的共同发展，而工业电气自动化更是推动了社会发展。在信息社会中，为了全面高效地使用信息，首先要构建与之相关联的信息模型。而工业用电的自动化对此有很好的理解，运用各种新技术和新工具，提高对信息的使用效能，反之，实施工业电力自动化也是凸显信息化时代特点的重要手段，要明白，信息和产业是紧密相连的。从当前的情况来看，工业的机械化已经成功地完成了，在今后发展过程中需要加大力度发展工业电气自动化，顺利实现工业发展，为国家实现可持续发展目标奠定基础。

1.5 工业电气自动化发展的影响因素

1.5.1 信息技术对电气自动化的影响

信息技术指的是人类开发和使用信息的过程中使用的技术，信息技术主要包括计算技术技术和通讯技术两方面。科学技术发展带动了信息数的发展，也因此创新了电气自动化方式，并且不断提高技术水平。在电气工程中，通过应用各种通信技术，也突出了电气自动化发展中信息技术的影响。

1.5.2 物理科学对电气自动化的影响

电气自动化技术和物理科学具有紧密的联系，通过利用物理科学，可以提高该技术发展水平。例如，三极管识别紧密联系了人类意识和设备操作，固体电子学的发展水平也因此得以提高，进一步联系了物理科学和电气自动化[3]。在今后的发展过程中，需要进一步紧密联系电气自动化和物理科学，在其它系统中进一步拓展应用。

2 工业电气自动化发展中存在的问题

2.1 电气自动化应用水平低

当前很多企业员工因为不够了解有关电气自动化技术的知识，因此无法熟练利用各种设备，也无法在实践工作中充分利用有关自动化的知识理论。这也体现出，企业对于工作人员的电气自动化技术知识缺乏足够的需求，导致企业内部人员对自动化技术知识的了解程度也不平衡，企业没有组织针对性的培训工作。

2.2 电气自动化设备落后

一些企业的经济发展水平较低，发展规模也比较小，他们想要减少购买费用，就必须购买价格低廉、性能较低的自动化设备，硬件设施都比较差，最终无法推广电气自动化技术，并且在工作中难免会发生各种问题，企业整体工作效率因此受到影响，企业员工完成工作的难度也会因此增加，最终会降低企业经营效益[4]。

2.3 企业相关管控不合理

一些企业不够重视电气自动化技术的安全管理工作，一些黑客利用这一弊端，盗取企业重要的信息，发生这种情况，将会降低企业的市场竞争力，最终可能会面临破产。

3 工业电气自动化系统的结构

3.1 生产装置

系统生产装置主要包括机器人和控制器以及自动化设备店等，其中最常用的设备为机器人，主要负责采集相关信息编制程序。在实际生产过程中通过循环动作重复性的加工，对比人力生产模式，外界各种因素很难干扰机器人工作，因此在危险的场合适合应用这一系统，保障工作人员的安全性[5]。通过连接人和PLC 以及计算机，将程序指令输入之后，机器人可以快速识别指令，随后执行针对性的工作动作，在整体生产过程中无需安排工作人员，有利于顺利完成工作任务。

3.2 控制装置

控制装置在整个系统中发挥着重要的作用，在实际过程中通过PLC 控制，促使其它识别执行具体的工作指令。PLC 在正常的工作状态中，首先需要采集相关数据，主要是通过PLC 扫描，因此读取输入系统的数据信息，然后在映像区中存储数据。其次在口令执行阶段，PLC 可以扫描梯形图，系统可以运算发数据库中的各种数据，在这一阶段不会影响到映像区中的数据，但是会改变输出端的数据，下方梯形图处理结果将会收到上方程序执行结果。最后进行终端输出，系统可以刷新存储的数据。然后利用传输电路对相应的外设进行驱动，因此完成整体工作任务。

3.3 反馈装置

反馈装置中主要是利用传感器和视觉系统以及条形码等，在实际工作中主要是利用传感器进行检测，通过加工处理被测量的信息，并且可以转变为电信号，方便系统自动化识别，最后输出这些信息。在传感器中利用热敏元件和光敏元件等，可以发挥出感知作用。利用反馈装置的视觉感应系统可以对产品质量进行检测，可以重复性地检测各种产品[6]。应用这一系统可以保障检测就够的精准性。通过条形码可以详细记录产品的各种信息，方便终端用户及时了解产品。

4 工业电气自动化系统的具体应用

4.1 在电力系统中的应用

因为PLC 的数据运算和存储能力比较强，而电网运行阶段会产生较多的数据，应用PLC 可以精准性地预算和处理各种数据，并且应用系统存储器执行各种工作指令，再通过输入或者输出数据控制整体电力网络。在电力系统中应用PLC 可以弥补传统工作模式的弊端，例如传统控制系统中接线比较复杂，不利于进行控制，而且会产生较高的能耗。电力行业控制系统的核心为继电器，但是这一设备的成本较高，同时缺乏可靠性和抗干扰性，因此不利于实施自动化控制。通过利用PLC，有利于节省资金投入，避免浪费系统资源，保障整体企业的收益。利用PLC 取代继电器，主要包括以下优势：（1）PLC 主要是利用操作终端传输工作指令，然后可以独立性地控制不同的模块，因此显著提高了工作效率。（2）连接电厂分线路恶化终端总线，因此可以全面监督和控制各种生产工作，减少投入人力资源。（3）在管控阶段，应用PLC 可以减少人力控制的影响，例如通过PLC 互换数字量和模拟量，可以精准地控制温度和流量以及湿度等数据。

因为电力系统的运行环境非常复杂，而且天气因素很容易引发系统短路等故障，需要维修人员耗费较多的时间和精力逐一排查故障隐患，而且还无法保障排查效果。投入运用工业电气自动化系统，可以对整个系统进行实时监测，有利于及时发现故障，随后发出预警信息，提醒维修人员及时响应，快速排除故障问题，保障系统运行的安全性。

4.2 在化工行业中的应用

化工行业生产环境非常复杂，例如生产环境具有高温、多尘等特征，如果在生产过程中泄露某些化学试剂或者原料，将会引发爆炸和燃烧等风险，严重损坏电气设备。不断发展电气自动化技术之后，也推动了化工行业向自动、智能等方向发展，有利于保障电气化设备运行的安全性和稳定性。例如，通过应用现场总线技术，有利于紧密联系工作现场和电气设备，例如现场总线可以连接控制仪表和底层仪器，因此开展现场通信联络，远程监控和管理工作现场的仪器设备。此外，现场总线技术还具有可操作性和开放性等特点，有利于高效完成化工生产任务，同时可以优化整体生产环境，保障化工企业的综合效益。

4.2.1 基于现场总线的控制系统结构

在化工生产现场中，现场总线技术发挥着重要的作用，应用该项技术的过程中需要综合利用不同的仪表和PLC 以及集散控制系统等，可以保障控制工作的智能化。现场总线自控系统比较简单，有利于顺利落实接线程序，例如只需要利用一组传送线即可连接监控端和职能端，互通两个功能端之后，就可以有效控制各类电气设备。利用现场级节点可以开展计算和传感以及操作执行等工作，并且还可以发挥出自动预警和问题分析等功能。

4.2.2 基于现场总线的仪表结构

在对各种数据进行处理和人工智能模拟以及自动控制过程中，仪表结构功能发挥着不可代替的作用，通过利用高级控制算法远程监测和控制生产信息，有利于降低电器设备故障发生率。

4.2.3 控制器局域网络总线驱动电路设计

控制器局域网络主要包括总线驱动器和总线协议控制器，其中单片机和上位机中设置了串口电路，方便设计人员设计通信程序。主要是利用CSM-100 集成串口和CAN 总线双向转换模块转换通信信号，而且可以实现透明转换和透明袋标识转换，有利于节省化工生产能耗，节省化工企业资金投入。

通过应用现场总线技术，有利于节省设备安装之前的调试成本，这是因为现场接线比较简单。对比分散控制方式，可以降低现场硬件设施的投入成本，减少利用工电缆和槽盒等使用量，因此节省了投资。此外，应用现场总线技术，工作人员可以动态化掌握化工生产信息，如果某个设备发生故障，工作人员可以及时排除故障，进一步提高整体生产效率。

4.3 在净化空调系统中的应用

空调系统在实际运行过程中，在一些工序中将会产生有害物质，如果不断积累将会威胁到人们的健康。尤其是某些生产车间严格要求空气洁净度，因此需要落实空调空气净化工作。通过应用工业电气自动化系统，有利于提高空调系统空气净化水平，首先是完善了净化系统，不仅可以发挥出送风和控缝的作用，而且可以发挥出杀菌作用，净化处理空气之后再向洁净室中输送，有利于正常开展各种生产工作。

5 结语

当前我国已经开始推广应用工业电气自动化技术，显著提高了工业生产效率和产值。因此，相关技术人员需要加大力度研究工业电气自动化技术，积极学习和借鉴国外先进的技术经验，进一步提高工业生产的智能化和自动化，为社会经济建设发展奠定坚实的基础。