基于對電氣工程及其自動化技術的設計與應用分析

賈青睿

（鄭州工業應用技術學院，河南 新鄭 451150）

0 引 言

在電氣工程的應用和發展中，自動化技術的合理應用可以為其注入一股新的活力，進而使電氣工程實現自動化與智能化的控制。就目前電氣工程自動化控制系統的設計而言，自動化控制技術PLC、大數據技術、人工智能技術以及通信技術都屬于其關鍵技術。因此，在電氣工程自動化控制系統的具體設計過程中，一定要注意這些技術的合理應用，以此來實現整個電氣工程的自動化控制，為電氣工程的良好應用與發展提供足夠的技術支撐。

1 電氣工程自動化控制中主要的技術應用

1.1 PLC技術

PLC是一種可編程形式的微處理器，主要適用于自動化控制的數字運算控制器中。具體應用中，可以隨時將相應的控制指令載入到控制器內存里，并使其實現自動化執行[1]。PLC主要的組成部分包括CPU、輸入接口、輸出接口、數據內存、指令內存以及數字模擬轉換等單元。這種控制器主要是為實現工業生產所設計的自動化和電子化數字運算系統。借助于可編程形式的儲存器，不僅可以進行邏輯運算，而且可以實現順序控制、計數以及定時等各項運算指令，并通過模擬形式或者數字形式輸入和輸出各個設備的運行過程。本次電氣工程自動化控制系統設計中應用的PLC是由西門子公司生產的S7-300型PLC，其主要性能參數如表1所示。

表1 西門子S7-300型PLC主要性能參數

1.2 大數據技術

大數據技術是處理海量數據的技術。在大數據技術中，主要的技術包括數據收集技術、數據儲存技術、基礎架構技術、數據處理技術、數據挖掘技術、統計分析技術、模型預測技術以及結果呈現技術[2]。在本次電氣工程的自動化控制系統設計中，主要應用到的大數據技術包括數據收集技術、數據挖掘技術、數據處理技術以及數據儲存技術，具體的應用功能如表2所示。

表2 應用到的大數據技術及其功能

1.3 人工智能技術

人工智能技術是以計算機技術為基礎所發展出來的一種新型技術。該技術的主要應用目的是通過了解智能實質生產一種與人類智能類似的智能機器，如圖像識別、語言識別、專家系統以及自然語言處理等。人工智能可以通過計算機來按照兩種不同方法實現，一種是工程學法，另一種是模擬法。工程學法通過傳統技術進行編程來達到智能效果，并不考慮與人和動物機體的相通性，其成果有電腦下棋和文字識別等，模擬法實現方法與人和動物機體具有很大的相通性，其成果有人工神經網絡和遺傳算法等。

1.4 通信技術

在本次電氣工程自動化控制系統的設計中，通信技術也是一項至關重要的技術。借助于通信技術可傳輸相應的數據與控制指令等，為實現自動化控制創造科學合理的網絡通道。在此主要應用的通信技術有光纖通信技術和電纜通信技術，其光纖通信的主要性能參數如表3所示，電纜通信的主要性能參數如表4所示。

表3 本次系統光纖通信的主要性能參數

表4 本次系統電纜通信的主要性能參數

2 電氣工程自動化技術的應用分析

在本次研究中，通過設計電氣自動化控制系統來分析自動化技術在電氣工程中的具體應用，主要包括系統的架構設計和各個自動化控制功能模塊的設計，具體情況如下。

2.1 電氣工程自動化控制系統的架構設計

在本次的電氣工程自動化控制系統設計中，主要應用的是自動化和人工智能等技術。通過應用這些技術，可以在根本上實現電氣工程的自動化控制，以此來提升控制效率與控制精度[3]。在實際的電氣工程中，自動化控制系統的設計比較復雜，需要合理應用自動化控制技術和人工智能技術，將多個學科有機融合到一個控制系統中，以此來實現電氣工程的自動化控制。

2.2 數據采集模塊的設計

在電氣自動化控制系統中，通過應用自動化控制技術與其他技術，可以實現數據處理從傳統的人工處理到設備處理的轉變，以此來提升各個設備的自動化處理水平。系統自動化控制過程中的一項關鍵內容就是準確全面地輸入信號數據。數據采集模塊剛好可以實現這一功能，通過這一模塊，可以有機結合智能監控技術和數據采集技術，然后借助于相應的計算機技術實現數據的集中獲取和重新組合，從而提升整個系統設備的測試精度，并保障數據輸入的合理性與可靠性[4]。

在數據采集模塊的具體設計中，可以將可編程的自動化控制裝置PLC與各個電氣設備相連接，并通過傳感器獲取各個電氣設備的運行參數，然后通過智能識別和相應的數據處理技術處理各項數據參數，并將處理好的數據傳遞給主控制中心。主控制中心在接收到相應的數據后，會將數據與儲存在其數據庫內的原始數據進行比對[5]。設備的運行數據出現異常時，主控制中心可及時發現異常數據，并將相應的調節指令及時發送給操作人員或檢修人員，以此來及時有效調整設備的運行狀態，在保障各個電氣設備正常運行的基礎上進一步提升其控制精度。

2.3 信息傳輸模塊的設計

在電氣自動化系統中，因為信息傳輸具有雙向性，所以需要借助于相應的終端設備和一定的軟件技術來接收和傳輸信息。在具體的電氣工程實踐過程中，數據信息的傳輸是一項至關重要的內容，尤其是在電氣工程的自動化控制系統中，數據信息傳輸的作用更是不可或缺。在本次所設計的電氣自動化控制系統中，數據傳輸的主要設備是光纖和電纜，具體的傳輸模塊設計中，需要根據實際的傳輸距離、數據類型以及數據量等來合理選擇傳輸設備的類型。這樣才可以在有效保障數據傳輸效率與安全的基礎上進一步提升經濟效益。

具體設計中，信息傳輸模塊需要連接相應的控制器。在完成信息傳輸的初始化后，如果有數據需要發射，那么立即進行待傳輸數據的加載和打包，然后借助于光纖或者是電纜將打包好的數據發送出去。完成發送后，該模塊會再一次回到初始化狀態，等待下一次的數據信息傳輸。如果數據信息沒有發送出去，那么該模塊將會重新發送打包信息，如果完成了初始化之后并沒有數據信息需要發射，那么該模塊會一直處在初始化狀態，等待數據信息的發射。

2.4 電氣控制模塊的設計

在電氣自動化系統的電氣控制模塊中，主要應用的是人工智能技術。本次所研究的電氣自動化控制系統電氣控制模塊的智能控制技術有自學習技術、專家系統、模糊控制技術以及神經網絡技術。具體設計中，首先借助于相應的測量裝置來獲取被控制對象的運行參數，這樣就可以獲得一個具體的給定值。其次對這個給定值進行A/D轉換，將轉換后的數據傳遞給模糊控制器，模糊控制器在接收到相應的數據后會根據相應的模糊邏輯推算規則來進行推算。再次借助于計算控制器建立相應的數字化控制系統對推算出來的數據進行D/A轉換。最后在完成轉換后將這個轉換的數據傳遞給執行機構，由執行機構通過命令執行的形式來實現對控制對象的自動化控制。

2.5 監控模塊的設計

在本次的電氣自動化控制系統設計中，監控模塊設計主要應用的是大數據技術。在這個自動化控制系統中，各個基站都是其子站。相應的數據監測裝置和數據控制裝置都設立在各個子站上，以此來自動化監控各個子站設備的穩定性和安全性。同時，在該系統的具體應用中，每一個子站都可以作為一個數據發送站，通過這些數據發送站，可以將獲取到的所有數據都發送到大數據處理平臺上。在接收到來自于各個子站發送過來的數據后，大數據處理平臺將會整理和分析所有的數據，同時獲取相應的環境信息[6]。大數據處理平臺和智能化監控平臺連接在一起后，智能化監控平臺就可以按照實際的數據處理結果來給每一個子站下達相應的指令，從而實現各個子站的自動化控制。

3 結 論

綜上所述，在電氣工程的具體運行過程中，自動化控制技術所發揮的作用至關重要。因此，電氣工程領域一定要充分重視電氣自動化控制系統的設計以及相應的技術應用，借助自動化控制技術PLC、人工智能技術、大數據技術以及通信技術等合理建設電氣自動化控制系統。通過這樣的方式，可有效保障電氣自動化系統的實際運行需求，實現整個系統的自動化控制。