電氣自動化技術在工業生產中的應用與前景展望

王 鋒，呂紅芝，曹建東，王永春

（1.山東廣富集團有限公司，山東 濱州 256217；2.山東魯冶瑞寶電氣自動化有限公司，山東 濟南 250010）

隨著我國工業化水準的上升與科學技術的發展，電氣自動化技術已經成為當代工業發展過程中的核心技術，對維護一個國家的經濟發展也有著至關重要的作用。電氣自動化技術本身涵蓋了包括電力、計算機、電工、自動化等多個領域的先進技術，因此其發展水平也是一個國家工業實力的具體表現之一。隨著當前電氣自動化技術在工業生產中的應用程度越來越高，在國民經濟發展過程中起到的作用也就越來越大，同時經濟水平的上漲也帶來了社會需求的提升，這也就意味著工業生產必須同步進行提升，以滿足不同時期的不同社會需求，而這就刺激了電氣自動化技術的革新與演化[1]。

1 電氣自動化技術的相關概念

電氣自動化技術，是指一種通過對計算機技術、信息技術及電子儀器設備實現對整個工業生產流程進行控制、管理及優化的技術，具有替換勞動力、信息反饋、技術管控的作用及特點，而其目的是為了在保障工業生產安全性與穩定性的前提下，有效提升工業生產的效率，進而實現成本的合理縮減與產品質量的可靠提升。由于電氣自動化技術本身包含了眾多工科內容，因此其具體應用具有一定的難度，且要實現電氣自動化技術還需要硬件、系統及自動化軟件的支持。只有在這三者的幫助下，電氣自動化技術才能在工業生產中獲得有效應用。就當前電氣自動化技術的具體應用情況來看，在化工、冶金、礦產、港口、電力、尖端制造產業中均有電氣自動化技術的應用，這些應用主要體現在相關設備的維修、調試、運行、安裝、管理維護等方面，在我國相關產業發展的過程中發揮了至關重要的作用。

2 電氣自動化技術在工業生產中的應用

電氣自動化技術在不同行業的生產中均有所應用，且取得了可喜的效果，但受篇幅所限，本文僅針對該技術在礦產工業生產及化工工業生產中的應用進行探討。

2.1 電氣自動化技術在礦產工業生產中的應用

電氣自動化技術在礦產工業生產中的應用包括但不限于采掘、運輸、監控系統、通風系統及排水系統中。相比其他工業生產而言，礦產工業生產所處的環境更加復雜，其安全性的需求也使得自動化技術有很大的應用空間。

電氣自動化技術在礦產資源采掘作業中的應用有效提升了設備的采掘容量及技術含量。在電氣自動化技術的影響下，原本人力進行的很多工作被各種類型的采掘設備替代，從而保證了采掘作業的安全性。而與人力不同的是，人力的作業量是有限的，而采掘設備則可以通過更新型號來獲取更高的作業量，且整個采掘過程也避免了因為人力的不規范操作造成意外，進而提升了采掘作業的安全性。而在采掘工作靈活性的對比上，盡管人力具有更高的靈活性，但電氣自動化所控制的設備同樣可通過對設備功能、規模、型號的調整來使設備滿足礦產采掘工作的需求。就礦產采掘工作本身的復雜程度而言，當前已經很少需要完全依靠人力現場判斷的工作內容，電氣自動化設備及技術能夠基本勝任礦產采掘工作的需求[2]。

電氣自動化技術在礦產運輸中的應用是從上世紀八十年代之后出現的，在上世紀八十年代之前，礦產運輸主要依靠人力完成，因而當時的運輸效率及作業量都十分不理想；而在那之后，電氣自動化設備在礦產運輸作業中的應用大幅提升了運輸量，履帶運輸設備能夠實現大批量源源不斷的運輸，在提升運輸效率的同時也大幅縮減了礦產運輸所需的勞動力，而在監控系統的幫助下，礦產運輸作業的安全性及穩定性也得到了可靠保障。后來隨著電氣自動化技術及其他相關行業的發展，包括斬波器、集中監控系統、PLC 技術、交頻同步拖動調速系統均在礦產運輸中獲得應用，使得當前礦產資源運輸作業的效率比過往已經有了顛覆性的提升（如圖1）。

圖1 電氣自動化技術在礦產運輸中的應用

礦產工業生產作業中也在監控系統中加入了電氣自動化技術的應用。當前我國多數礦產開采區域已經裝配了安全監控系統，并根據實際需求裝入了不同規模的風電閉鎖裝置、紅外線自動噴霧、斷電儀及有害氣體遙測儀等裝置，進而實現對礦產資源的全面監控。這種監控能夠同時作用于礦產開采的井下作業及運輸作業，進而對礦產生產安全起到相應的監督作用。但問題在于這些負責監控功能的設備往往具有較高的精密度，在礦產開采的復雜環境下很容易受到影響，進而導致其性能出現問題，因而這些監控設備的管理維護開支較高，且應用效果尚不能滿足當前礦產資源產業的生產需求，使得礦產資源產業的發展受到阻礙。

礦產生產面臨的環境是很復雜的，在開采過程中誕生的有害氣體更是有著很高的危險性，因而礦產中需要配備系統化且高可靠性的通風系統。當前自動化水平的提升已經使得自動化技術能夠融入到礦產開采的通風系統中，并能夠實現良好的通風排氣效果，不僅有效減低了礦產生產過程中的有害氣體含量，也使礦產開采作業的效率及安全性均得到了可靠保障。自動化技術在礦產開采區域內排風系統中的應用具有分散化、分層化及數字化的特征，也就進一步提升了通風系統的可靠性。除通風系統之外，礦產開采中的排水系統也發揮著十分重要的作用。礦產開采中的積水會對井下環境的穩定性產生影響，也會影響礦產的生產質量，因而需要借助排水系統排出積水。而電氣自動化技術能夠自動控制礦產工程中排水系統中的積水開關，并有效緩解負壓、過載、高溫的情況，進而保障開采工作中的安全性及可靠性，在礦產工程施工安全生產過程中發揮了至關重要的作用。

2.2 電氣自動化技術在化工工業生產中的應用

電氣自動化技術在化工工業生產中的應用主要體現在先進控制及現場總線兩方面，均是通過相應的控制系統實現的。

先進控制是指化工工業生產的實際生產情況及過程往往比較復雜，無法有效采取建立數學模型的做法進行控制。如果直接對生產過程進行控制，其控制效果往往不會很理想，在這種情況下可以借助先進控制來實現對其生產過程的有效控制，相比傳統控制方式而言，先進控制能夠有效預測生產數字模型并進行推斷，還能進行多變量耦合等各種復雜多變量的處理控制工作。而在電氣自動化技術的幫助下，先進控制在發展過程中也逐漸體現出智能化的特點。化工生產中的變量之間存在一定的關系，一般需要通過辨別技術加以確定，而具有動態化特征的數學模型又能表現出實際生產過程。在需要進行數據采集及處理工作時，可應用電氣自動化技術來避免人力采集可能產生的誤差，而無法測量的數據也可應用電氣自動化技術判斷不同因素并加以運算，避免人力計算出現數據收集不全面導致最終誤差較大的情況（如圖2）。在電氣自動化技術中軟測量技術的幫助下，飽和蒸氣壓、反應熱、部分蒸餾塔的質量指標等數值也可實現有效獲取。最后，電氣自動化技術中的智能控制系統還可用于診斷自動化生產中的故障，進而監控自動化生產的實際情況。

現場總線的本質是一種控制技術，是指將現場的智能設備與自動化系統相連，進而實現有機整合，因此現場總線本身對化工工業控制技術領域有很大的影響。相比當前的PLC 及DCS 而言，現場總線技術不僅具有開放性及相互的可操作性，還能實現多點通信、控制現場通信設備的功能。在具體的應用上，由于現場總線的結構相對比較簡單，且需要實現控制的室內設備整體數量較少，僅需要一對雙絞線就能完成有效連接，因此在硬件投資上的成本更低，也就減少了電氣自動化工作人員在安裝上的工作量[3]。而現場總線控制技術還能節約自動化生產的后期投資，這是因為化工生產過程進行到后期時可能需要加入一定的控制設備，但在應用了現場總線的前提下，生產場地不需要再增加新的電纜，在原有電纜上就近進行鏈接即可滿足工作需求。

圖2 電氣自動化技術在化工數據采取中的應用

3 電氣自動化技術在工業生產中的發展前景

3.1 開放性

很大程度上電氣自動化技術中控制系統的性能取決于硬件，而隨著近年來單片機技術的長足發展，電氣控制系統的硬件技術也因此得到了更高科技含量的支持，并在發展過程中呈現出相應的開放性特點。就當前的社會發展需求來說，新型電氣控制系統不僅需要達到更高的運行效率，其成本也需盡可能向下縮減，同時還要能夠為生產企業提供更多的平臺。從社會發展的角度來看，信息時代下不同工業及企業在發展過程中也需具備一定的開放性，從而獲得更多的發展機遇，這也就意味著電氣自動化技術的發展必然要考慮開放性這一趨勢。

3.2 網絡化與智能化

當前的電氣自動化技術在發展過程中已經具備了一定的自我診斷能力，也就能夠有效排出應用中的一部分障礙。但就障礙處理速率及有效性而言，有時還會需要人力參與到障礙判斷的過程中，這就意味著電氣自動化技術需要進行網絡化與智能化的發展，借助網絡高度集成不同母線的保護，并在各種人工智能技術的支持下獨立進行一些運行障礙的排除與解決，進而向網絡化與智能化的發展方向邁進。

4 結語

結合上述內容來看，電氣自動化技術在我國工業發展的過程中發揮了至關重要的作用，而就社會發展的需求來看，電氣自動化的發展也面臨著開放性、網絡化與智能化的發展趨勢。相信在電氣自動化有效實現這些發展之后，其技術能夠為當今社會的發展提供更加強勁的動力支持。