电气工程中的自动化设备与控制系统研究

引言

随着全球工业 4.0 时代的深入推进与能源结构转型的加速，电气工程作为现代社会的关键基础设施，正朝着智能化、高效化、绿色化方向快速发展。从智能电网的稳定运行保障能源供应，到工业自动化生产线提升生产效率，再到智能建筑实现舒适节能的人居环境，电气工程的应用范畴不断拓展，对技术创新的需求也愈发迫切。

一、自动化设备与控制系统在电气工程中的应用分析

1.1 电力系统中的应用

电力系统是由自动化设备和电力控制系统组成的保证电网安全的系统结构，变电站自动化系统将数据采集、继电保护、自动控制等功能集成在一起，实现电力设备的动态监督、控制和调控。智能电表、互感器等传感器，随时采集电、电压、功率等信号，通过通信网络传递到控制站，为评价电网运行的状态提供参考。电网调度自动化系统由SCADA 及EMS 组成，对整条电网进行调控，SCADA 系统接收来自各个变电所、发电站的实时运行信息，通过显示器模拟电网的拓扑结构和运行参数，由调度员远程控制设备。

1.2 工业生产领域的应用

目前，电气工程自动化的设备和控制系统应用在工业生产行业，可编程控制器PLC因为具有可靠且编程方便的特点，是现代工业生产线的主要控制系统。变频器是主要调节电机运转速度的设备，它是现代工业中的重要节能装置，它可以通过改变输入电源的频率和电压达到调节电机转速的目的，可比定速运转节电 50% 左右，可应用于各种对电机的运转速度有要求的机械设备之中，比如在风机、水泵的应用中，可以针对其实际使用情况改变泵或者风机中流量的调节，实现很大的节能作用。

1.3 建筑电气中的应用

智能建筑技术利用楼宇控制设备和管理系统实现智能控制。其中智能楼宇的自动化系统由照明管理、空调控制、安保防灾系统等组成的自动化控制系统，为人们提供了人性化的、舒服节能的建筑电气环境。智能住宅技术为建筑自动化技术的拓展，在智能住宅中，人们可以使用手机 APP 或者语音助手远程控制建筑电气设备的开关，例如：开关灯、调节家用电器的工作方式。智能插座具有电能监测和远程控制功能，人们可以远程进行设备用电情况监测以及对家用电器断电，具有节能以及保护作用。智能楼宇的安防监控系统等，借助于视频监控技术结合视频分析技术，人们可以通过视频监控摄像头与智能分析设备对闯入者、违法行为等发出报警，为人们保护建筑安全。

二、电气工程自动化设备与控制系统面临的问题

2.1 技术层面问题

自动化装置及控制系统技术瓶颈问题。设备控制系统具有不同厂家各自使用的通信协议和技术规范，系统的兼容性存在问题。复杂的工业现场，强烈的电磁波干扰、高温度、高湿度均对自动化设备的控制精度和稳定性产生负面影响。较强的电磁波会对传感器的采集信号产生影响、甚至出现误动，高温度下会促进电子器件老化，使装置使用寿命下降。现有的自动化控制系统智能化程度相对较低，虽然采用了一些简单的逻辑控制，在正常的工况条件下可以较好地工作，但是在电网负荷骤然变化、工业生产过程的工艺参数动态变化的情况下，目前的自动化控制系统无法实现自适应的控制。

2.2 成本与维护问题

首先是设备研发与购置成本。无论在自动生产设备所对应的芯片、传感装置等设备的初始元器件研发阶段，还是在设备设计系统总成研发环节，都需巨额投入大量经费用于技术研究和测试验证等。其次，自动生产设备造价昂贵，加上关税和运输等其他成本投入，提升了企业的生产成本，难以为继。再者，自动生产设备和系统需要人工维护。自动生产设备与自动生产系统是一个综合了多种学科知识的系统，对于维修人员也要求有着电气和自动化控制、计算机专业素质，由于企业自身缺乏电气与自动化控制计算机复合人才，导致在故障维修过程中无法及时准确解决。

2.3 安全与可靠性问题

由于联网的广泛性，极易产生一定的安全问题。如果黑客通过接口方式进入到控制网，可能会更改设备的信息状态、秘密信息以及故障信息等，甚者使该自动化控制网发生事故。工业控制的安全相对比较有限，有许多设备为节省使用时间而没有及时升级设备中的补丁程序，从而极易被侵入黑客的攻击，造成损害。

三、电气工程自动化设备与控制系统的优化策略

3.1 技术创新与融合

开展技术创新以及互联互通能有效解决发展的阻碍问题，加大 AI、物联网以及自动控制结合的力度，通过基于机器学习算法对设备进行监测分析，达到早期故障诊断的目的。OPCUA 可以作为不同厂家的设备之间的互连互通，它是一种跨平台、面向服务的通信协议。

3.2 成本控制与高效维护

改进设备设计和选型减少投资。设备的设计从模块化角度考虑，提升设备部分零部件的通用性和互换性，以降低研发、生产成本。在满足功能性能指标条件下，选用质优价廉的国产设备，降低采购费用。建设维护智能化管理系统，设备运行参数通过传感器进行采集，借助大数据分析技术对设备的健康状态进行研判，制定设备预防维护计划。充分利用企业与学校、科研院所的合作，培养产研兼备的综合性技术人才。采取校企合作、职工培训等方式，提升维护人员技术能力。

3.3 安全与可靠性提升

建立安全完整性的网络安全防护系统。建立对数据进行加密处理，实现数据防信息泄漏和防篡改；在系统中部署防火墙及入侵检测系统，动态监测网络中的数据，屏蔽非法的访问；不定期对系统实施安全评估和漏洞扫描，保证及时更新安全补丁，解决系统可能存在的安全隐患，提高设备的电磁屏蔽性能，最大限度地降低外界环境对设备的影响；建立应急预案，模拟对自然灾害或者网络攻击进行应急演练，保证系统在出现不可控的灾害情况下最大限度地恢复系统，保证电气工程自动化的设备与控制的安全运行。

结语

自动化设备与控制系统在电气工程的各领域发挥着不可或缺的作用，推动行业向智能化、高效化方向发展。尽管当前面临技术、成本、安全等方面的挑战，但通过技术创新融合、成本优化控制与安全可靠性提升等策略的实施，能够有效解决现存问题。未来，随着新兴技术的不断发展与应用，电气工程自动化设备与控制系统将迎来新的突破，为工业生产、能源供应、建筑智能化等领域提供更强大的技术支撑，助力实现可持续发展目标。

参考文献

[1] 付天昊. 电气工程中的自动化设备与控制系统研究[J]. 电气技术与经济,2025,(05):96-99.

[2]杨云.PLC 控制系统在电气自动化设备中的应用探讨[J].电子世界,2021,(22):64-65.