萬泉

（中材建設(shè)有限公司，河北唐山，063030）

0 引言

電氣自動(dòng)化技術(shù)的利用離不開設(shè)備和自動(dòng)化儀表的安裝，自動(dòng)化儀表能夠收集工業(yè)生產(chǎn)中的各種信息和數(shù)據(jù)，并輸送到DCS（Distributed control system，集散控制系統(tǒng)）上，然后這個(gè)控制中樞又能夠根據(jù)特定的編程，把編寫好的命令傳輸?shù)诫姎庠O(shè)備中，以此來執(zhí)行后續(xù)的生產(chǎn)任務(wù)。

1 分析電氣設(shè)備和自動(dòng)化儀表的主要內(nèi)容

通常意義上所說的電氣設(shè)備，主要以電力系統(tǒng)為基礎(chǔ)，涉及到發(fā)電設(shè)備和輸電設(shè)備，電機(jī)驅(qū)動(dòng)、保護(hù)設(shè)備和電力監(jiān)控設(shè)備等裝置。而在具體的設(shè)備體現(xiàn)為電動(dòng)機(jī)類的感性負(fù)載和電容類的容性負(fù)載及電阻器類的阻性負(fù)載等負(fù)載裝置，從現(xiàn)代工業(yè)的角度來看，電氣設(shè)備面臨的技術(shù)性要求也愈發(fā)嚴(yán)格，需要不斷向著更加精密化、智能化的方向發(fā)展。

就自動(dòng)化儀表的應(yīng)用來講，其自身涉及到各種類型的溫度儀表，液位儀表和壓力儀表等裝置，并且也具有十分明顯的智能性特點(diǎn)，自動(dòng)化儀表與電氣設(shè)備的結(jié)合，就構(gòu)成了較為完整的自控系統(tǒng)回路，能夠有效實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的自動(dòng)化。在通常情況下，自動(dòng)化儀表的應(yīng)用主要涉及到溫度監(jiān)測，流量監(jiān)測等工作，并且也與水泥廠和危廢處理廠的發(fā)展息息相關(guān)，這些監(jiān)測不僅可以反映出最為基本的數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，然后進(jìn)行連鎖，最終再經(jīng)由中央控制室發(fā)放指令，確保執(zhí)行器能夠執(zhí)行任務(wù)，完成工業(yè)的自動(dòng)化控制。從以上這些敘述中也可以看出，電氣設(shè)備和自動(dòng)化儀表是電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用最為鮮明的體現(xiàn)，而這一態(tài)勢也成為眾多工業(yè)制造領(lǐng)域的共識(shí)。

2 分析電氣自動(dòng)化在工業(yè)過程控制中應(yīng)用的重要意義

從生產(chǎn)行業(yè)建設(shè)的角度來看，電氣自動(dòng)化技術(shù)的引進(jìn)給水泥行業(yè)的發(fā)展帶來了更多的可能性，不僅可以讓企業(yè)對(duì)各類機(jī)械設(shè)備進(jìn)行長期的監(jiān)督和調(diào)控，同時(shí)也能夠凸顯出生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)控制技能，確保自身的生產(chǎn)模式能夠向著智能化和現(xiàn)代化的方向發(fā)展。而機(jī)器的生產(chǎn)效率，在自動(dòng)化技術(shù)的引導(dǎo)下，也能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)的飛躍，這就能夠有效降低危險(xiǎn)事故發(fā)生的幾率和可能性。另外，電氣自動(dòng)化的應(yīng)用本身就可以實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)力的置換，這就能夠減輕現(xiàn)場操作人員的負(fù)擔(dān)和壓力，讓操作人員能夠保留更多的時(shí)間和精力去維修現(xiàn)場的設(shè)備和器材。

智能自動(dòng)化技術(shù)是信息化技術(shù)的重要體現(xiàn)，在具體的應(yīng)用過程中使得計(jì)算機(jī)反應(yīng)速度較快的特點(diǎn)與電氣設(shè)備存儲(chǔ)量較大的特點(diǎn)充分融合在一起，對(duì)提升電氣工程的運(yùn)行速度、運(yùn)行智能化及分布范圍，促進(jìn)了電氣工程自動(dòng)化的進(jìn)步。同時(shí)還對(duì)增大電氣設(shè)備產(chǎn)品的儲(chǔ)存量，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備產(chǎn)品智能化，通過技術(shù)手段不斷進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)和發(fā)展。

圖1 某水泥廠的原料磨DSC 自動(dòng)控制

總的來說，電氣自動(dòng)化所帶來的影響是全面且綜合的，能夠有效推動(dòng)企業(yè)生產(chǎn)模式和管理模式的更新，讓企業(yè)順應(yīng)社會(huì)市場發(fā)展的主流趨勢，穩(wěn)固自身在行業(yè)競爭中的地位，提高市場占有率。

3 分析電氣自動(dòng)化在工業(yè)過程控制中的具體應(yīng)用

首先，從電氣自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)原理來看，大致可以從4 個(gè)方面來敘述，首先要確保設(shè)計(jì)能夠充分了解現(xiàn)場的生產(chǎn)環(huán)境，其次，要保證設(shè)備具有較高的智能化和現(xiàn)代化水平，另外，設(shè)備的運(yùn)行必須要突破時(shí)間和空間的限制，滿足工業(yè)生產(chǎn)遠(yuǎn)程操作的基本要求，最后，設(shè)備必須要為現(xiàn)場維修人員提供管理上的便利。也就是說，電氣自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)原理突破了傳統(tǒng)工業(yè)過程模式的限制和束縛，而且也實(shí)現(xiàn)了人為操作的代換，保證現(xiàn)場操作的安全性。

就生產(chǎn)環(huán)境了解這一原理來看，自動(dòng)化儀表和電氣設(shè)備都是以此為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的，例如，以某水泥廠的原料磨為例，在一般情況下，磨機(jī)自身的核載都符合額定的限制，但如果面臨需要提高核載的情況，那么安全數(shù)值也應(yīng)當(dāng)隨之有所上升，并符合相應(yīng)的比例。如果只是簡單的設(shè)定電氣設(shè)備的最大核定載荷，不僅會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生安全事故。這就需要根據(jù)入磨氣體溫度調(diào)節(jié)、喂料量及配比、尤其是磨機(jī)主電機(jī)的各個(gè)參數(shù)，如峰值電流、功率等指標(biāo)參考，從而不僅僅是達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)，而且達(dá)標(biāo)超產(chǎn)。顯然，如果達(dá)到這一目標(biāo)，各個(gè)監(jiān)控儀表提供給DCS 的數(shù)據(jù)，以及對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后的各項(xiàng)指令都是缺一不可的。

從設(shè)備智能化這一原理來看，電氣設(shè)備和自動(dòng)化儀表應(yīng)當(dāng)滿足測量，監(jiān)控，調(diào)節(jié)和處理的基本要求。筆者仍舊把工業(yè)生產(chǎn)中的水泥廠當(dāng)做例子，測量強(qiáng)調(diào)的是儀表能夠隨時(shí)檢測到預(yù)熱器分解爐的工作狀態(tài)，監(jiān)測強(qiáng)調(diào)的是分解爐內(nèi)的溫度特性能夠被顯示到特定的上位機(jī)上，調(diào)節(jié)強(qiáng)調(diào)的是設(shè)備能夠自動(dòng)適應(yīng)生產(chǎn)的需求，處理強(qiáng)調(diào)的是上位機(jī)能夠及時(shí)根據(jù)分解爐出現(xiàn)的問題作出處理，下達(dá)必要的指令，傳送到終端電氣設(shè)備上，采取必要的措施，為工作人員的后續(xù)工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。例如，如果分解爐內(nèi)溫度偏低，煙室甚至低于1000 攝氏度，那么自動(dòng)化比色高溫計(jì)就可以把信號(hào)發(fā)送到計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)制定相應(yīng)的指令，輸送到電氣設(shè)備上，以此來提高預(yù)熱器高溫風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，拉動(dòng)窯-煙室-分解爐-預(yù)熱器各級(jí)旋風(fēng)筒之間的熱量傳遞。另外，上位機(jī)也可以對(duì)基本的報(bào)警信號(hào)和故障狀態(tài)進(jìn)行整理和識(shí)別。值得注意的是，遠(yuǎn)程操作是電氣自動(dòng)化的突出優(yōu)勢，遠(yuǎn)程控制的主要目的是為了提高調(diào)節(jié)的靈活性，如果主機(jī)需要產(chǎn)讓更多的動(dòng)力來達(dá)到生產(chǎn)額定負(fù)荷的85%，那么計(jì)算機(jī)就可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，修改既定的程序，改變?cè)械臄?shù)值。這一點(diǎn)在一些PID 控制上，尤為明顯。而上文所提到的便于維修和管理這一原理，主要針對(duì)的是設(shè)備的檢查和保養(yǎng)，這一操作不需要耗費(fèi)大量的人力，依靠的是既定的程序和智能技術(shù)，只要程序的設(shè)定符合標(biāo)準(zhǔn)和要求，就可以實(shí)現(xiàn)管理的無人化。例如現(xiàn)在很多國內(nèi)危廢處理廠的倉儲(chǔ)，均是使用無人叉車，程序控制，達(dá)到全廠房無人值守，大大降低了危廢存儲(chǔ)對(duì)人體造成危害的可能性。

其次，就測量環(huán)節(jié)來看，自動(dòng)化儀表就是以測量作為基礎(chǔ)功能的，能夠?qū)δ繕?biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理，并把具體的測量值保存下來，為后續(xù)的統(tǒng)計(jì)工作提供參考依據(jù)。智能自動(dòng)化在工業(yè)過程控制方面的應(yīng)用選擇，更能通過智能化的自控能力，為一線操作工人提供簡單有效的機(jī)械設(shè)備控制參數(shù)，以在實(shí)際生產(chǎn)中減少勞動(dòng)力的使用；與此同時(shí)，在該公開背景下，還能避免因人為原因?qū)е碌母鞣N失誤，一定程度上提高了操作準(zhǔn)確性和工業(yè)生產(chǎn)效率。加之，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，自動(dòng)化儀表儀自動(dòng)化控制技術(shù)以其強(qiáng)有力的保護(hù)能力，可在故障出現(xiàn)的第一時(shí)間，時(shí)及時(shí)進(jìn)行維修處理，保證整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)作的安全，避免傳統(tǒng)技術(shù)因不能及時(shí)進(jìn)行檢測維修而造成的經(jīng)濟(jì)損失。再者，工業(yè)化自動(dòng)技術(shù)以計(jì)算機(jī)信息技術(shù)為基礎(chǔ)，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)操作人員能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行電流和電壓等實(shí)時(shí)有效地控制，通過遠(yuǎn)程控制，一旦出現(xiàn)異常情況時(shí)，即可利用報(bào)警設(shè)備及時(shí)通知工作人員。

另外，在監(jiān)測工作開展的時(shí)候，電氣自動(dòng)化的應(yīng)用也十分突出。監(jiān)測是工程過程控制的重要組成部分，目的是對(duì)系統(tǒng)的生產(chǎn)進(jìn)行全天檢查，而且這一環(huán)節(jié)也貫穿于工業(yè)生產(chǎn)和制造的全過程，當(dāng)生產(chǎn)停止之后，監(jiān)測工作也自然會(huì)告一段落。例如，危廢處理廠的各項(xiàng)監(jiān)測和工廠對(duì)各電氣設(shè)備的監(jiān)測，都屬于這一范疇。對(duì)此，筆者將以危廢處理廠水處理車間的生產(chǎn)作為切入點(diǎn)，采用的自動(dòng)化流量儀表，就可以把流量計(jì)、上位機(jī)和控制器結(jié)合到一起，保證凈水流量在合理的范圍內(nèi)。如果進(jìn)水量超過或低于限度，流量會(huì)給上位機(jī)發(fā)信號(hào)，而信號(hào)就會(huì)被傳遞到指定閥門上，從而實(shí)現(xiàn)流量的超限關(guān)閥。更為重要的是，對(duì)于流量的監(jiān)測與調(diào)節(jié)的過程，工作人員隨時(shí)可以通過DCS 系統(tǒng)調(diào)取任意時(shí)點(diǎn)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行監(jiān)測和記錄[1]。

圖2 DCS 系統(tǒng)對(duì)流量和監(jiān)測和調(diào)節(jié)

再有，電氣自動(dòng)化同樣也可以在執(zhí)行環(huán)節(jié)中有所體現(xiàn)，這些環(huán)節(jié)是整個(gè)工業(yè)控制過程的核心，也是衡量生產(chǎn)自動(dòng)化水平的關(guān)鍵因素。執(zhí)行環(huán)節(jié)決定著發(fā)令器的最終動(dòng)作，所以依賴相應(yīng)的自動(dòng)化執(zhí)行儀表，例如電動(dòng)閥，同時(shí)還要借助電氣設(shè)備，也就是電控柜的運(yùn)行。在此，仍舊把水處理系統(tǒng)當(dāng)作例子，如果設(shè)備受到了外界的損壞，造成水流的涌入量暴增，當(dāng)流量已監(jiān)測到異常情況的時(shí)候，會(huì)迅速發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)，如果水流量增大的程度已經(jīng)超過了安全的限制，流量計(jì)就會(huì)把這一情況反饋給中央處理器上，處理器向執(zhí)行器去下達(dá)指令，這樣就可以對(duì)進(jìn)水口進(jìn)行封閉，或者是開啟備用水池[2]。以巴斯夫工業(yè)4.0 計(jì)劃的工廠控制室為例，應(yīng)用虛擬化技術(shù)通過八臺(tái)大屏幕Experion Orion 控制臺(tái)為操作員提供整合的工廠信息，控制臺(tái)將分布式控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)微軟 Office桌面應(yīng)用程序分開。兩個(gè)Experion 協(xié)作站使巴斯夫能夠通過使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和在線文檔更高效地運(yùn)行生產(chǎn)；期間29 個(gè)C300 控制器和2 萬個(gè)I/O 模塊便于全廠范圍的監(jiān)控，并改善安全性和防火保護(hù)。且工廠的六座焚化爐處理危險(xiǎn)廢物，并將不能再利用或回收轉(zhuǎn)化為蒸汽和電力；清潔、可重復(fù)使用的能源被重新引入巴斯夫的生產(chǎn)流程，幫助企業(yè)節(jié)約資源，減少排放。

最后，電氣自動(dòng)化可以保護(hù)工業(yè)的過程控制，保護(hù)環(huán)節(jié)是以監(jiān)測和執(zhí)行工作為基礎(chǔ)的，主要指的是，當(dāng)監(jiān)測對(duì)象發(fā)生異常的時(shí)候，就需要采取保護(hù)措施。對(duì)此，筆者將以電力設(shè)備的控制系統(tǒng)作為切入點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)的時(shí)候，大型電力設(shè)備的運(yùn)用是必不可少的，從水泥廠的兩磨一窯就可見一斑，而在升溫調(diào)風(fēng)工作進(jìn)行的時(shí)候，由于設(shè)備自身的功率較大，所以產(chǎn)生的負(fù)載也相對(duì)較大，如果超過了安全限制，就會(huì)給設(shè)備甚至生產(chǎn)線帶來一定的損害。在此，操作人員就可以利用各種監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測各點(diǎn)的工作情況，特別是就那些大型設(shè)備，電流、功率、轉(zhuǎn)速等監(jiān)測能夠?qū)⑺查g發(fā)生的情況反饋給中央處理器，然后由中央處理器下達(dá)指令。電氣自動(dòng)化技術(shù)監(jiān)測功能用于電氣系統(tǒng)的選擇，也是實(shí)現(xiàn)全分布式保護(hù)測控功能，基于現(xiàn)場總線及以太網(wǎng)技術(shù)共同構(gòu)成了分層分布式的發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)。以發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)為例，F(xiàn)CS 系統(tǒng)(Fieldbus ControlSystem，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）中，內(nèi)含6KV 及400V 的全部電源及電動(dòng)機(jī)保護(hù)監(jiān)視、機(jī)組部分保護(hù)自動(dòng)裝置。其中，通信控制方式下DCS，是以電氣系統(tǒng)監(jiān)測管理為主要目的，實(shí)現(xiàn)全廠電氣系統(tǒng)集中監(jiān)視、管理及輔助控制等功能。通過DCS 系統(tǒng)下發(fā)給ECMS，執(zhí)行ELMS 系統(tǒng)保護(hù)測控裝置；既為DCS 系統(tǒng)一部分，同時(shí)又獨(dú)立為單一電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，完成DCS 步伐實(shí)現(xiàn)的集中抄表、狀態(tài)檢修、電氣邏輯閉鎖、電氣開關(guān)順序控制、定值管理、保護(hù)動(dòng)作分析等內(nèi)容。

4 結(jié)束語

從上文的敘述中可以看出，電氣設(shè)備和自動(dòng)化儀表都是電氣自動(dòng)化發(fā)展的重要產(chǎn)物，而這兩者，在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用也具有聯(lián)合性與協(xié)調(diào)性的特點(diǎn)，是相輔相成的。本文通過設(shè)計(jì)原理，測量環(huán)節(jié)，監(jiān)測環(huán)節(jié)，執(zhí)行環(huán)節(jié)和保護(hù)環(huán)節(jié)這幾個(gè)角度論述了電氣自動(dòng)化在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用內(nèi)容，并以水泥廠和危廢處理廠為例，充分論證了電氣自動(dòng)化的應(yīng)用，具有理論上的合理性與實(shí)踐上的可行性，作為行業(yè)和企業(yè)的參考依據(jù)。