探析电气的自动化在电气工程中融合运用

摘要：传统电气工程在运行效率、控制精度以及系统稳定性等方面存在一定局限。而电气自动化技术的融入，有望打破这些瓶颈。它能够实现对电气设备的实时监控与精准控制，极大地提升了生产过程的自动化程度，减少了人力投入，降低了人为操作失误带来的风险。文章围绕电气自动化在电气工程中的融合运用展开深入探析。阐述了融合运用所带来的多方面价值，分析了面临的问题。从多个维度详细探讨了融合运用方法，旨在为电气领域技术升级与高效发展提供有力参考。

关键词：电气自动化；电气工程；融合运用；智能控制；故障诊断

现如今，随着科学技术的飞速发展，电气工程领域也在进行着不断创新。以电气自动化为关键技术的电气工程正在逐渐被纳入其中。这给电气工程带来了新的发展机遇，能够有效地提高工程的效率和质量。但在整合的进程中也遇到了一系列的难题。深入探讨电气自动化与电气工程的结合应用对于促进行业进步具有重要意义。

一、电气的自动化在电气工程中融合运用价值

在科学技术迅猛发展的今天，将电气自动化和电气工程进行整合应用正在显示出难以估量的价值，并深刻改变电气工程领域发展的模式。在促进生产效率的视角下，电气自动化的加入使得电气工程运行模式得到极大改变。传统电气工程中对设备的控制和运行通常都是依靠大量的人工来完成的，不但效率低，还易产生人为失误的问题。并且自动化系统可以按照预设程序准确控制电气设备起动、运行及停止，使生产过程持续化、自动化[1]。以工业生产流水线为例，自动化电气控制系统能够对设备的运行状况进行实时监控，并迅速对生产参数进行调节，保证产品生产高效稳定进行，大大提高了企业单位时间产量，给企业带来了较大经济效益。

电气自动化也显著加强了电气工程的安全性和可靠性，该系统通过各种传感器及智能监测设备实现了对电气设备温度、电流、电压及其他参数的实时运行数据采集。当检测到参数不正常时，会快速报警，同时会自动采取切断电源及其他相应防护措施，以免设备故障继续扩展，有效防止安全事故。与此同时，自动化系统还具有自我诊断与修复的功能，可以及时地发现和解决某些可能出现的问题，缩短设备停运时间，确保电气工程连续平稳地运行。

二、电气的自动化在电气工程中融合运用问题

尽管电气自动化在电气工程中的融合运用带来了诸多优势，但在实际推进过程中，也面临着一系列不容忽视的问题。技术标准的不统一，是第一个棘手的问题，当前，电气自动化领域中涉及到很多设备制造商以及技术研发团队等，因为没有统一的技术标准与规范，所以不同厂商所制造的设备都存在着通信接口、数据格式等问题，控制协议也不同等等，这些都为电气自动化系统集成造成很大的难度。以大型电气工程为例，其电气设备与自动化控制系统可能要整合多家厂商的产品，因为技术标准并不一致，各设备间很难做到无缝衔接与协同工作，加大了系统调试与维护难度，甚至会造成整个系统稳定性与可靠性大打折扣[2]。

专业人才短缺，也是电气自动化发展中一个不可忽视的限制因素。电气自动化这门技术具有较强的综合性，它涵盖了电气工程、自动化控制和信息技术等诸多领域知识。但是，现在市面上对电气工程和自动化技术都比较了解的复合型专业人才比较缺乏。一方面，目前我国高校有关专业教育体系中复合型人才培养仍有欠缺，课程设置没有完全适应实际工作需要；另一方面，企业对于职工培训体系不健全，很难迅速提高职工专业技能与综合素质。这就使得企业在电气自动化技术引进与应用中面临人才短缺等难题，从而影响到技术推广应用效果。

网络安全问题越来越突出。在电气自动化系统和网络深度融合的背景下，网络攻击风险越来越大。当电气自动化系统受到网络攻击时，就会造成设备失效、生产中断，甚至造成严重安全事故。比如，黑客会通过网络侵入自动化控制系统并篡改其运行参数，导致其失去控制。并且，因为电气自动化系统涵盖了企业核心生产环节，所以网络安全问题也会造成企业商业机密外泄，为企业造成重大经济损失。

三、电气的自动化在电气工程中融合运用方法

（一）自动化系统架构搭建

就电气工程而言，构建自动化系统架构是电气自动化有效集成的基础和核心。科学合理的自动化系统架构可以保证整个电气系统的平稳高效运行。前期，确定系统架构设计目标，这就需要密切结合电气工程实际需要，例如在电力生产、工业制造以及其他不同方面，对于电气自动化都有着不一样的需求。以电力生产为例，系统架构应重点确保电力稳定供应、精准调度和应对各种突发状况，并以此为依据对硬件设备进行了选择和布置，在选择控制器时，应优先考虑性能稳定且具有高度兼容性的控制器，例如可编程逻辑控制器（PLC）。这种控制器能够按照预定的程序对电气设备进行精准的控制，并在多种工业自动化环境中得到广泛应用。同时安装高性能传感器对电气系统的电压、电流和温度等各种数据进行实时采集，以便后续控制决策[3]。在自动化系统架构构建中，网络通信架构又是一个关键部分。建设一个稳定、高速通信网络来实现各个设备间数据传输和互动。工业以太网可以被使用，它具有高带宽和低延迟等特性，可以满足海量数据快速传输的要求。通过网络使控制器能够实时地获取传感器收集到的数据，并向执行机构发出控制指令。另外，也可以采用PROFIBUS、MODBUS和其他现场总线技术，将现场多种智能设备联接在一起，构成综合分布式控制系统。

软件系统开发和整合也是必不可少的，编制功能完备的监控软件，以实现电气系统实时监控和远程操作。操作人员可通过监控界面对系统运行状态有一个直观的认识，对故障进行及时检测和处理。同时融合了PID控制算法等先进控制算法，依据系统实时数据准确计算并自动整定控制参数，以保证电气系统时刻工作在最优状态。

（二）智能控制技术的集成

将智能控制技术融入到电气工程当中，使电气自动化得到了质的飞跃，显著提高系统智能化水平以及运行效率。在诸多智能控制技术当中，人工智能技术得到了越来越多的运用。比如，机器学习算法能够分析学习电气系统在工作时产生的海量数据，并以此来构建系统工作模型。通过该模型可以预测出设备出现故障的时间，并提前维修，以避免由于设备故障而中断生产[4]。深度学习算法可以应用于图像的识别与处理，在对电气设备进行巡查时，它能够通过对设备图像的深入分析，迅速地识别出设备的不正常状态，例如部件的损伤或过度加热等情况。

模糊控制技术在智能控制中也占有很重要的地位。就电气工程而言，许多控制过程都存在不确定性与模糊性，常规控制方法很难取得理想效果。模糊控制技术模拟人的思维方式，把输入精确量变成模糊量，并根据模糊规则推理决策，最终把模糊量变成精确量输出，以达到电气设备精准控制的目的。以电机调速控制为例，采用模糊控制技术，能够根据电机负载变化、温度等参数自动调节电机转速，使得电机一直处于高效节能状态下。

专家系统又是一种行之有效的智能控制方法，把领域专家经验与知识用计算机程序来表达，并通过推理机制来解决现实问题。就电气工程而言，专家系统可应用于故障诊断之中，电气系统发生故障后，专家系统会依据所收集的故障现象及有关资料进行诊断，利用现有知识与经验推理，迅速而准确地判断故障原因并提出解决措施

（三）信息化协同运用等

数字化时代下，信息化协同运用作为电气自动化与电气工程深度融合发展的重要方式，可以打破信息孤岛，促进电气系统整体运行效能提升，电气设备和信息化系统之间数据互通至关重要，通过电气设备中设置的智能传感器及通信模块对设备运行数据、状态信息等信息进行实时获取，并传输至信息化管理平台，举例来说，在电力变电站内，各种电气设备，例如变压器和断路器等，其运行相关的参数，如电压、电流和功率因数等，都能够通过传感器进行数据采集，然后通过通信网络传输到电力监控系统中，这些数据为后续的分析与决策提供了大量的信息[5]。同时，以大数据技术为基础，深入挖掘并分析了所收集的大量电气数据，通过数据分析可找出电气设备在运行中可能存在的规律与异常。例如，对变压器油温、油位进行长时间的监测与分析，运用大数据分析算法能够预测出变压器故障趋势并提前做好维护措施以避免故障。同时，大数据分析也能够对电气系统运行策略进行优化，例如针对不同时段用电负荷状况对电力分配进行合理调节，提升能源利用效率等。

云计算技术同时为电气自动化信息化协同应用提供有力支撑。在云计算平台的支持下，电气工程企业可在云上部署信息化系统，弹性地扩展与分享资源。企业各部门、各分支机构都可通过互联网在任何时间、任何地点获取并利用这些信息化资源进行实时数据共享、协同工作。比如设计部门可实现电气系统云端设计与仿真，生产部门可获得生产制造的实时设计数据，运维部门可通过云端监控系统远程运行维护电气设备，极大提高工作效率与协同性。

（四）故障诊断与维修

就电气工程而言，电气自动化系统能否平稳运行非常重要，其中有效的故障诊断和维修是确保其平稳运行的关键步骤。在电气自动化技术日益发展的今天，故障诊断和维修逐步走向了智能化和高效化的道路。传统故障诊断多依靠人工经验及简单检测工具进行诊断，诊断效率低，精度受限。在电气自动化技术的推动下，当今故障诊断已经发生了质的飞跃。该系统以传感器及数据采集系统为核心，可以对电气设备电压、电流、温度、振动等多种运行参数进行实时监控。当参数发生异常波动时，系统会快速捕获这些信息。

应用智能算法来分析所收集的数据，是现代故障诊断中的一个核心内容。如利用神经网络算法通过学习训练大量处于正常与故障两种情况的数据来构造故障诊断模型。在将实际运行数据输入到该模型中时，该模型可以迅速地判断出设备有无故障及故障类型与部位。另外，利用故障树分析法可将复杂电气系统故障拆分成若干子故障并进行逻辑推理以寻找其根源。智能诊断技术之外，远程监控和诊断已是大势所趋。借助网络通信技术，运维人员能够远程实时观察电气设备运行状态及诊断结果。尽管设备可能出现问题，但我们仍能迅速响应并制定相应的维修计划。这样既极大地缩短了处理故障的时间，又降低了现场运行维护工作量及费用。就养护而言，预防性养护逐步替代了传统事后养护。根据故障诊断结果及设备运行历史数据对设备可能发生故障的时间及位置进行预测，并提前布置检修。定期检验、清洗和维护设备，并及时替换老化或者磨损的零部件，以保证设备一直保持良好工作状态。同时建立了完整的设备保养档案，对设备保养历史及保养情况进行了记录，可供后续保养决策时参考。

（五）节能控制策略的实现

提倡绿色发展这一大背景之下，电气工程电气自动化节能控制策略的实施就显得尤为重要。既有利于减少企业能源消耗与运营成本，又有利于环境保护。对电气设备运行参数进行优化，是实现节能最基本的措施，以电机为例，电机是电气工程当中应用非常广泛的一种设备，所消耗的能量占有很大的比重。通过使用变频调速技术来根据实际负载需求对电机转速进行调节，从而避免了电机长时间处于高负荷或者低效率的状态。在装置工作量小的情况下，电机转速下降，电能消耗减少；并在工作量加大的情况下，又适当加大了电机的转速以保证装置的正常工作。这样就可以有效地控制电机能耗和明显提高运行效率。合理地配置无功补偿装置，在节能方面也起到了至关重要的作用。电气系统中因感性负载消耗了大量无功功率而造成功率因数下降、线路损耗增大、变压器负担过重。在适当地点设置电容器组等无功补偿装置可以补偿无功功率和改善功率因数。功率因数提高意味着电气设备可以更加高效地使用电能，降低无功功率传输带来的能量浪费，达到节能目的。

能源管理系统的运用为节能管理提供了一个全方位的解决策略。在电气自动化技术的支持下建设能源管理系统，对电气系统能源消耗进行实时监控与分析。通过对各时段、各设备能耗数据的分析，发现了能源消耗的高峰与低谷及耗能较大的设备与环节。根据这些分析结果制定了有针对性的节能措施，包括调整设备运行时间和优化生产流程。同时，能源管理系统也能设置能源消耗指标并对用能情况实时监测与报警，保证企业能源消耗时刻在合理区间。另外，电气工程设计阶段充分考虑到节能因素是非常关键的。选择节能型电气设备如节能变压器和高效节能灯具，从根本上减少能源消耗。电气系统布置布线设计时，对线路走向进行了合理的规划，缩短了线路长度及电阻，减小了线路损耗。通过节能控制策略的全方面落实，电气工程电气自动化可以对节能减排目标的达成起到至关重要的作用。

结束语

总之，将电气自动化和电气工程进行结合是该产业走向现代化的一个关键道路。通过构建架构、融合技术、协同信息、加强诊断维护和落实节能策略，有效地克服了存在的问题，电气系统综合效能显著提高。但是技术发展并没有停止，今后需要不断聚焦前沿动态，不断深化技术融合与创新，不断强化人才培养，促进电气自动化与电气工程更加深度和更加广泛地结合，为产业高质量发展贡献力量。

参考文献：

[1]邵杨.电气自动化技术在冶金电气工程中的应用[J].冶金与材料，2024，44（11）：92-94.

[2]徐礼峰.电气自动化技术在生产运行电力系统中的运用分析[J].办公自动化，2024，29（21）：44-46.

[3]蔺阳海.提升轧钢厂电气自动化控制设备可靠性的策略探讨[J].冶金与材料，2023，43（02）：169-171.

[4]陈霞，秦鑫.电气自动化控制设备可靠性研究[J].电子测试，2022，36（20）：127-129.

[5]王灿.电气自动化控制设备可靠性测试的策略[J].智能建筑与智慧城市，2022（09）：100-102.