基于工业生产中电气工程及其自动化技术应用研究

基于工业生产中电气工程及其自动化技术应用研究

曹亮

伊顿电源(上海)有限公司 宁夏回族自治区中卫市 755000

摘要：现阶段，工业生产中其电气自动化水平已成为科技发展的一项重要标志。在新时代的社会建设中，因为生产力水平的持续提高，工业建筑对电气工程及其自动化技术的需求也越来越高，同时企业将数字化转型作为战略目标尤为重要。但就目前情况来看，相关技术的发展水平尚无法充分满足社会发展的需求，因此必须加强对电气工程自动化应用技术的研究，切实提升电气工程自动化应用技术水平，推动国家电气工程领域的快速、稳定发展。基于此，文章首先分析了电气自动化的优势，然后阐述了当前电气自动化存在的问题，最后对具体的技术应用要点进行了研究，以供参考。

关键词：电气工程及其自动化；工业生产；自动化设备；数字化；人工智能。

1 电气自动化概述

电气自动化作为电气工程信息技术领域的一部分，为我国企业的发展贡献着巨大的力量。可以说电气自动化的发展是实现国家经济发展中是非常重要的一个环节。就电气自动化的定义来说，其基于控制理论以及电网理论，充分运用电力电子技术以及计算机技术等开展相关的工程研究，电子自动化工程包含但不限于电气自动化系统设计、系统开发与管理、系统分析等相关研究领域。随着我国电力技术的不断发展也给电气自动化技术的发展提供了契机。目前，电气自动化技术已经在企业中得到了广泛的运用并且极大地增加了企业的生产效率、提高了生产质量、降低了人力成本，并且还有利于企业安全生产的要求和企业竞争力优势。同传统的机械化生产模式不同，电气自动化技术只需要依托相关的计算机、电气设备以及电子元件等就能够实现自动化生产以及实时监控功能，通过数字化管理，使得企业在生产过程中的透明度和可追溯性得到了保障。

2 电气自动化技术的应用优势

2.1 智能化设备应用优势

在电气自动化技术的基础上发展而来的人工智能技术，已经全国范围内进行相关技术的开发并取得了积极的进展。随着我国科技水平的提升，人工智能作为一项前沿技术是时代发展的大趋势，因此，国家投入了大量的人力、财力对科学技术发展进行支持，在此背景下人工智能已经逐步得以运用，并且其运用效果非常显著。在工业生产中，运用智能化设备不仅实现了对生产过程的自动化调节，还能对生产中发生的异常情况进行自我分析并实现自行处理，极大缩短了人工的反应时间、提高了企业规避经营风险的能力。从现在电气自动化的发展特点来看，随着该技术的日趋成熟已经实现了产业化发展，并且极大的推动了电气自动化工程的高标准发展，为实现全领域推广提供了有利的技术支撑，从而保障了电气工程的现代化发展质量。

2.2 自动化监测管理

电气自动化技术在企业的电气工程中进行有效运用，使得企业的生产活动更为灵活，它既能够保障企业的安全生产，还能根据企业高质量生产要求下对产质量的合理控制，通过在电气工程的不断实践运用的过程中得以优化和创新，使得电气工程自动化技术得以不断完善与发展。电气自动化在企业的运用过程中通过电气工程线路同各种电力器件相联系，全方位的对电气设备进行实时的监测与管理，并能够按照数据信息的相关标准对异常点进行分析、处理与反馈，极大缩短了故障处理的响应时间、提高企业的经济效益，并确保电气工程运用的实效性与稳定性。这对于企业实现高效高质量生产至关重要。

3 电气自动化中存在的问题分析

3.1 自动化系统集成问题

一方面，兼容性问题。不同供应商的设备和系统之间可能存在兼容性问题。由于技术标准和通信协议的不一致，不同厂商生产的设备和系统可能无法无缝集成。这会导致信息传递不畅、数据交换困难以及系统协同效应受限。不同系统的数据格式和接口可能不兼容。不同的自动化系统可能使用不同的数据格式和接口，使得数据共享和系统集成变得困难。这可能导致信息断层和数据不一致，影响系统的综合运行效果。另一方面，集成挑战问题。现代电气工程及其自动化系统往往涉及多个子系统和设备，具有复杂的系统架构。在实施大规模集成时，需要考虑各个子系统之间的相互依赖关系、数据流动和控制逻辑，确保系统的协同工作和高效运行。随着技术的不断发展，电气工程及其自动化系统需要进行更新和升级。然而，系统更新可能涉及到软硬件的更换、协议的变更以及数据迁移等问题。这要求在系统更新过程中充分考虑现有系统的兼容性和集成性，确保新旧系统之间的平稳过渡和协同工作。自动化系统的集成还涉及到人机接口和操作人员的培训。不同子系统和设备的操作界面和控制逻辑可能存在差异，需要进行一定的培训和学习。同时，良好的人机接口设计和操作流程规范也是确保系统集成顺利的关键。

3.2 安全性和可靠性问题

电气工程及其自动化系统的安全性问题包括人员安全和设备安全两个方面：人员安全。不安全的电气设备和系统可能对操作人员造成电击、火灾、爆炸等伤害风险。此外，操作人员可能会面临与高电压、高温度、辐射等有关的健康和安全风险。因此，确保操作人员的人身安全是电气工程及其自动化系统设计和运营的重要目标；设备安全，电气设备和自动化系统的安全性问题包括防火、防爆、过载保护、过电流保护等方面。设备故障、操作失误或不当维护可能导致电气设备的安全隐患，如短路、过热、漏电等问题。这些安全隐患可能引发火灾、爆炸或其他事故，对人员和财产造成严重威胁。电气工程及其自动化系统的可靠性问题涉及设备和系统的稳定性和持续性能：设备可靠性。电气设备的可靠性指设备在一定时间内正常运行的能力，包括故障率、平均无故障时间等指标。设备的不可靠性可能导致生产中断、效率下降和维修成本增加。系统可靠性。自动化系统的可靠性指系统在各种操作条件下保持正常运行的能力，包括硬件和软件的稳定性、数据传输的可靠性等。系统的不可靠性可能导致数据丢失、控制失效和生产质量下降。

4 工业生产中电气自动化技术应用

4.1工业自动化设备的设计制造方法

工业自动化设备设计制造是非常重要的环节，对后期设备运行的质量、安全及能否满足工程生产要求有较大影响。因此，在设计制造之前，需要先明确工业生产的具体需求、工业自动化设备质量的需求、设备的运行工作环境、生产参数指标等多项内容，综合考虑存在的影响因素，先选择出多种设计制造方案，然后通过对方案可行性、合理性的分析，选择出最佳的设计制造方案，再交由设计制造工程师对选择的方案进行审核，审核通过后才能着手设计制造，以保证设计制造方案的科学性，为后期研究、设计、开发、制造等提供指导。在具体设计中，必须选择最优化的设计方法，并能够充分体现出自动化控制技术，目前工业自动化设备设计中应用最多的方法是状态空间设计法，主要机理是通过先进状态观测器，对工业自动化设备的实际控制能力进行调整和控制，在调整和控制时需要按照计算机传递函数得出的结果进行调整，而不是随意或者按照自身经验进行调整。但随着科学技术的发展，工业生产中对工业自动化设备的制造精度提出了更高的要求，虽然状况空间设计法可以获得一定的效果，但也存在较大局限性，比如:无法清楚有效地观察控制系统内部的变化情况，从而有效提高工业自动化设备的制造精度。基于此种情况，在设计过程中，可融人人工智能技术、现代数字化控制理论、模块控制技术等，实现工业自动化设备设计制造的三维立体可视化，再通过多变量系统、多输人/输出系统等，就可以实现内外全部精确控制。比如:在工业自动化设备设计制造中，可采用数字式PID控制系统，进一步明确PID的参数，实现设计制造的最优化。当工业自动化设备设计完成之后，需要对性能进行测试分析，保证各项设备都符合工业自动化生产的需求，发现问题及时处理，确认各项指标都达标之后，才能进行制造。在制造中为避免发生材料和资源的无故浪费，可先进行模型制造，并对每个模块的相关功能进行合理分析，避免在生产制造过程中发生问题，通过此种方法，可及时对存在的问题、故障等异常情况进行全面排查诊断，保证工业自动化设备制造过程顺利进行。

4.2 数字化技术的运用

4.2.1 可编程控制系统

通过可编程逻辑控制器（PLC）实现，能够满足工业制造的复杂需求，并执行顺序、逻辑以及算术运算，具有计数、计时等多种功能。在工业制造业中大量使用机械手，PLC系统则主要用于控制机械手的动作。机械手的主要动作包括手臂伸缩和升降、手爪张闭以及腰部旋转等。这些动作的精确控制对于生产过程的稳定性和产品质量至关重要。通过编写相应的程序，PLC系统可以根据生产需求自动控制机械手的动作，实现自动化生产。PLC 使用方便，运行编程操作简单，容易理解，可以直观、形象地对整个系统的运行情况做出描述，还可以对整个系统的运行进行监督，准确把握系统运转情况，对于出现的问题可以进行实时修改，操作简单方便。应用范围广，兼容能力强，通过与变频器、触摸屏等的结合使用，形成了完整的运行系统，极大地提高了电气自动化控制过程中的实用性，可大幅度提升生产效率。

4.2.2 数字化虚拟仿真技术

虚拟制造技术是通过计算机进行建立模型和制造过程的仿真，实现对产品的虚拟设计和生产的技术。它颠覆了产品的传统设计，试生产，设计修改和批量生产的制造模式。虚拟制造技术是指对现代工业设计产品的一种全过程设计生产模拟仿真，它的整个过程包括了传统制造行业里的设计、生产、测试等方面内容。虚拟仿真制造技术的出现，为我国的工业4.0、以及现代所有的制造型企业提供了设计生产测试环节的模拟仿真技术支持，为未来工业制造企业的提供设备车间的布局设计，以及对产品的物流系统进行仿真，为新产品的设计，制造甚至生产设备和产品引进的各个方面进行仿真以及在车间生产的布置图。上述的这些模拟仿真技术功能，为各种制造型企业在减少产品的设计开发周期，也大大提高了对新产品的开发质量情况。从产品开发的工业流程上进行着手分析，虚拟仿真制造技术是通过利用计算机与相关软件的强大性能与功能，来实现在对产品的虚拟仿真设计、生产制造工艺流程、以及产品的各零部组件的组装装配工艺流程的整个流程。现代的虚拟仿真制造技术主要包括以下六个阶段过程 ：产品的概念设计过程阶段 ；产品的整个设计方案过程阶段 ；产品的生产加工制造的工艺设计过程阶段 ；产品整机测试过程阶段 ；产品的交付使用培训阶段 ；产品的售后服务维修保养阶段。我国现代的工业4.0制造领域里，对虚拟制造技术环节的研究环节中，它们的每个阶段都是独立的个体，缺乏有效的反馈系统。例如当其中的一个环节产品出现不良因素，并流入下一道工序中时，系统得不到有效的反馈，只能依靠产品的最终测试才能发现这些质量隐患，所有需要在后期的设计研究中提出其针对性的研究，具有良好的耦合性和有效的反馈机制，避免出现损失大量时间和经费补救前期出现的质量问题现象。

4.3 工业自动化设备的安装调试方法

工业自动化设备在生产制造完成之后，能够正常投入运行需要先进行安装并调试，经过调试确认无误之后，方可投入运行。对工业自动化设备安装调试，在对自动化设备进行调试之前，需要考虑到系统在配置方面的问题，包括系统的硬件和系统软件等两个方面的问题，对于系统的硬件问题应该考虑到硬件设施的性能和硬件的型号等问题，此外对于硬件设备的接线和保护接地等方面的问题也是需要纳入考虑范围之内的重要问题。对于自动化设备中可能会涉及到的各类软件和硬件都应该进行较为深入和详细的检查，只有这样才能充分保障自动化设备的安全稳定工作。在对自动化设备进行检查的过程中，可以根据原理图，这样能够充分了解到设备中的各个组成部分的作用，就可以有针对性地进行设备的测试。在测试的过程中，可以首先输入某个输入量，输入量在经过自动化设备之后，观察输入量有什么变化，根据输出量来测试自动化设备的性能。PLC设备在工业生产中的应用十分广泛，所采用的控制系统模式主要有开环控制系统和闭环控制系统。对于采用开环方式的控制系统，输出量的信息难以反映到输入中，即输入量不能根据输出量的情况进行调节，故该种控制系统的控制系统较差。在开环控制系统的基础上进行改进，构成闭环控制系统。对工业自动化设备的控制性能进行测试，也是对自动化设备进行调试的一个重要方面。测试工业自动化控制设备能够具有负反馈的控制性能，能否根据输出量的变化实时调整输入量的变化，已达到控制调整的目的。此外在工业电气自动化设备应用到的诸多传感器，它们可以将机械和生产环境的温湿度、压力、流量、电信号等各种物理量转化为数字信号，并将这些数据传送到控制器或计算机，以实现对设备和生产环境的监测和控制。

5 电气自动化系统优化策略研究

5.1 提高电气自动化系统集成化程度

在系统设计阶段就考虑到整个电气自动化系统的一体化。将不同子系统或模块进行协调和集成，确保各个部分之间的协同工作和互操作性。通过一体化设计，可以减少接口问题和冲突，提高系统的集成效率。制定统一的接口标准，规范各个系统之间的连接方式和通信协议。这样可以实现不同设备和系统的互联互通，降低集成难度。例如，采用通用的数据通信标准和接口协议，如Modbus、OPCUA等。建立统一的数据平台，实现数据共享与集中管理。通过数据采集、存储和处理技术，将各个子系统产生的数据整合起来，为系统的监控、分析和决策提供支持。这样可以提高系统的集成度和运行效率。引入智能化和自动化技术，提高系统的集成程度。例如，采用人工智能、机器学习等技术，对系统进行优化和自动化控制。通过自动化的系统协同和决策，可以提高系统的整体性能和集成度。采用开放的平台架构和云服务模式，促进不同厂商和系统之间的集成合作。通过开放的接口和系统架构，可以实现不同系统的互联互通，提高系统的集成程度。同时，利用云服务提供的资源和工具，可以更加灵活地进行系统集成和数字化管理。

5.2 提高电气设计的安全性及可靠性

电气工程设计人员要加强对安全性及可靠性的研究，加强对工作流程的控制，保证在使用中能够保障设备和人员的安全。要保证设备能够正常运行，也就需要相关人员对设计进行合理控制，在使用中不能出现故障。随着时代的进步和科技水平的提高，计算机网络技术以及数字化技术得到长足发展。对电气设计来说，采用计算机和网络技术可以使工作效率变得更高。此外，在进行设计的过程中要严格按照相应规范进行设计及运行，在设计工作中要提高对相关技术人员的要求，保证其专业知识丰富。随着我国电气工程发展水平不断提高以及科学技术的进步。很多电气设备都得到广泛应用并取得了良好效果，相关人员应不断研究新技术并加以利用。

5.3 优化安全管理机制

安全生产作为电气工程机械自动化行业的主要生产原则，因为从电气工程发展势态来讲，技术、人员、材料、设备等方面可能产生不可预见性相对较高，而电气行业在发展过程中，彼此专业之间的关联性相对较高，极易产生电气运行环境下的安全漏洞问题。对此，应针对电气工程及其自动化行业的专业属性进行技术调整，将安全管理意识渗透到各生产环节，保证在既定管控功能下进行组织性、协调性的转变，兼顾国家政策协调性以及电气行业发展的科学性。一方面，电气行业应组建专业人员团队，对国家相关政策进行解读，分析国家设定的安全生产标准，然后，结合行业或企业在发展现状，建设切实可行的安全管理体系，做到管理工程中的有据可依、有迹可循。另一方面，建立安全管理制度时，应进行多方位的评估处理，分析制度执行期间可能存在的问题，结合企业运行流程进行逐步管控，确保安全管理机制落到实处。

5.4 重视设备的监督检测

（1）集中监控。原有的监控技术，多为分散监控形式，分设多组处理设备，需要使用多种材料，会增加监控设备的资源消耗量，整体监控效果一般。依赖于监控程序，可同时获取多个设备的运行参数，进行集中监控时，对运行环境要求不高、系统操作简便、运维工作量不大。（2）远程监控。原有的监测方式，需24h人力检查，检查过程耗时，检查效率不高。使用智能分析和传感器设备采取远距离线监测方法，在人员未入场时，可远程获取电气设备的运行情况，打破时空限制，高效获取各处电气设备信息，可保证监控质量。（3）PLC监控。PLC技术表现出了较强的系统平稳性，将其用于电气监测中，极少出现系统故障。PLC会结合电气生产需求，自主调整设备开关、参数，智能分析设备故障，快速给出故障处理方案，表现出节能降耗、设备管理等监测优势，这对于保证系统运行的稳定性具有十分重要的作用。

结语

综上所述，在新的发展时期，电气工程及其自动化是促进我国经济又好又快发展的关键保障，在现代制造中的技术应用无论是对现代科技发展的推动，还是对工业社会发展的促进，都有着重要的作用。因此，在今后的电气自动化工程建设中，要重视对自动化技术的使用，与时俱进，准确把握其中的技术要点，保证电气工程系统的稳定性、安全性与可靠性,以提高社会经济发展效率和效益。

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