物联网背景下电气自动化的发展研究

2022-08-09喜琍

科技风 2022年20期

喜琍

江苏航运职业技术学院江苏南通 226010

电气自动化是电气技术、信息技术以及其他技术融合、发展的产物，具有综合性、集成性等特点。当前，电气自动化已经被广泛地应用于工业生产领域，不仅极大地改善了企业的生产形式、提高了企业的生产效率，也在客观上推动了我国产业结构的转型与升级[1]。从电气自动化的发展历程来看，信息技术扮演着重要的角色。信息技术的每一次发展与变革，均会推动电气自动化的跨越式发展，使电气自动化能够更好地满足时代发展的需求。物联网是信息技术发展的新成果，以万物互联为核心内容，强化了现实世界与信息世界的联系，被称为第四次信息革命。物联网在电气自动化的发展中具有广阔的应用价值，能够增强电气自动化的性能。因此，立足物联网背景，探索电气自动化的新发展，成为了当前的重要任务。

一、物联网概述

物联网最早出现于20世纪末的美国。1999年，美国麻省理工学院自动识别中心(MIT Auto-ID Labs)提出Internet of things的概念，这是一种基于无线射频识别技术(RFID)的实物性互联网。早期的物联网概念是基于物流系统背景提出，随着技术的不断发展和应用的日益广泛，物联网的内涵发生了深刻的变化。2005年召开的信息社会世界峰会发布了《ITU Internet reports 2005—the Internet of things》，正式确立了物联网的概念，并总结了物联网的特征、发展机遇以及面临的挑战。物联网概念的发展历史如图1所示。综合前人的研究成果来看，物联网有狭义、广义之分，狭义层面的物联网指连接多个物品的网络，广义层面的物联网则指现实世界与信息世界的融合，涵盖物与物、人与物以及人与环境间的连接，是信息技术全面融入人类社会的产物[2]。射频识别技术、传感器技术、M2M技术、近距离无线通信技术等是物联网的关键技术。物联网的功能主要有三点：一是全面感知。依托射频识别技术、传感器技术，物联网可随时获取用户、产品信息；二是可靠传送。依托通信网与互联网，物联网可自由交互、共享信息；三是智能处理。物联网能利用大数据、云计算等技术，对各类数据进行分析、处理，充分发挥数据的价值，实现智能决策与控制。

图1 物联网概念的发展历史

二、电气自动化的特点与应用

(一)电气自动化的特点

从技术应用层面而言，电气自动化的特点主要有以下三点：一是专业性。电气自动化涵盖硬件、软件两个层面的内容，操作步骤复杂，具有较强的专业性。以金属冶金电气自动化为例，该方案涉及大量的细节性操作，并且，在差异性的环节中需要配置不同的控制方案，对操作人员的专业能力与业务素养有较高的要求；二是普适性。工业生产中存在着许多不确定因素以及突变因素，这些因素会影响生产流程的持续性以及生产质量。电气自动化能够实现多技术层面的覆盖应用，针对复杂工艺流程设计科学、合理、有效的技术框架，具有普适性的特点，能够满足不同场景下工业生产的需要；三是依赖性。电气自动化对电子信息技术具有较强的依赖性，因为电子信息技术不仅可以保证控制方案的运行效率，使控制方案更好地满足生产活动的需求，也能辅助企业开展自动化工作，提升电子自动化控制的效果。因此，在实践层面，企业多借助传感器采集数据，再匹配信号处理器完成相关工作。

(二)电气自动化的应用

电气自动化在生产领域有着广阔的应用，比如，集成化系统的应用。以汽车产业为例，早期的汽车生产分为多个系统，各系统具有一定的独立性，彼此负责不同的领域，电气自动化的应用改变了汽车的生产模式，使汽车生产从分散化走向集成化。与传统生产模式相比，基于电气自动化的集成化系统具有显著的优势，一方面，集成化系统可以强化汽车生产各个方面的控制，有效减少汽车生产中的质量问题，保证汽车产品的品质，另一方面，集成化系统也大幅度改进和提升了汽车生产效率，提高了企业的经济效益。又如，生产自动化控制系统。在相关行业的生产中，电气自动化的应用可以促进生产过程的自动化，特别是在基础控制作业方面，电气自动化可以借助PLC系统以及工业控制计算机等，取代传统的模拟控制技术方案，构建完整的自动化控制机制以及和自动化控制机制相匹配的生产自动化机制，从而高效完成自我诊断、自我校正等多项工作，提高生产效率。

三、物联网在电气自动化发展中的作用

(一)优化设备管理

现代工业生产正向着精细化、集成化、复杂化的方向发展，一件产品的生产或者一道生产工序的完成，往往需要使用到多台设备。因此，设备自身的质量以及运行情况，就成为影响工业生产效果的重要因素。电子自动化的发展及其在工业生产中的应用，极大地解放了人力，无人生产成为一种常态，这在提高生产效率、压缩生产成本的同时，也对生产设备的质量、性能提出了更高的要求。对此，物联网在设备管理中具有重要的应用价值。依托各种类型的传感器，物联网能够对设备的外部环境以及运行情况实时监控，并且，在设备出现异常情况时，如效率下降、停止运行等，物联网能在第一时间将异常信息传递出去，最大限度地缩减了从设备异常到检查维修的时间[3]。

(二)加强生产监控

生产监控是工业生产中的重点内容。基于电气自动化的工业生产有着非常复杂的流程，这对生产监控带来了很大的挑战，而物联网则在加强生产监控中有着重要的应用价值。一方面，在传感器的支持下，物联网可以对设备运行进行监控，查看运行中的设备是否出现了偏离参数值的情况，并在出现问题时自动发出警报，使生产流程能够正常进行。另一方面，物联网也能对整个生产过程进行监控，帮助企业查找生产环节中价值增值较低，乃至没有价值增值的环节，助力企业优化生产流程，降低企业的运行成本，提高企业利润[3]。不仅如此，物联网在库存监控中也有着重要的应用价值，可以对库存的外部环境以及库存变动进行动态化监督，助力企业优化资源配置效果。

(三)加强安全管理

对现代工业企业而言，安全管理是非常重要的内容。工业生产中存在着安全风险，并且，安全风险存在客观性、多样性、危害性的特征。从客观性的角度而言，安全风险不以人的主观意志为转移，一旦达到某种触发条件，安全风险便会产生。从多样性的角度而言，安全风险贯穿于企业生产的各个阶段，如作业风险、设备风险等。从危害性的角度而言，安全风险发生后会带来相应的危害，甚至会形成蝴蝶效应。因此，加强安全管理就成为电气自动化发展的必然要求，而物联网则在加强安全管理中发挥着突出的作用。电子自动化安全管理涵盖包括安全风险识别、安全风险分析、安全风险评价、安全风险应对、安全风险监督五点内容，物联网能够依托传感器、大数据技术等，做好安全风险的识别、分析与应对，提高安全管理水平。

(四)打造数字工厂

数字经济是基于网络信息技术的新型经济，不仅包含信息产业，更包含大量交叉领域的产业，在社会经济发展中的地位与作用持续提升。数字经济的到来极大地减少了消费者与生产者之间的中间环节，使二者可以直接联系，比如借助电子商务，能够将企业产品直接销售给消费者，极大地降低了交易成本，优化了资源的配置[5]。同时，数字经济发展能够有效融合工业化与信息化，提升发展中国家的高端制造水平，如我国的《中国制造2025》。在网络信息技术与经济发展融合日益密切的今天，大数据、云计算、物联网等在三大产业中的渗透程度不断提升，成为驱动经济发展、转型、升级的关键要素之一。物联网在电子自动化发展中的应用，能够推动工业企业从传统企业向数字工厂转变，助力数字经济发展。

四、物联网背景下电气自动化发展对策

(一)加强环境建设

环境建设是物联网背景下电气自动化发展的首要内容，对此要从硬件、软件环境建设两个角度采取措施。首先，就硬件环境建设而言，硬件配置包括两个方面的内容，一是网络设备，网络系统是网络技术的外在表现，包括通信网络以及网络资源两个部分，主要设备有网管、网桥、路由器、交换器、中继器、集线器等；二是物联网硬件配置，物联网的硬件组件主要有很多，以射频识别技术为例，硬件配置有标签、阅读器、天线等，标签主要用于和射频天线间的通信，分为有源和无源两大类。传感器是硬件环境建设的重点，传感器主要负责信息采集，是自动检测以及自动控制的先决条件，居于基础性地位。对此，要着力提升传感器的灵敏度，并发挥好各类传感器的协同作用。其次，就软件环境建设而言，要打造专门的物联网信息系统，从长远的角度来看，企业电气自动化需求处于动态化的发展中，而随着新技术的应用，信息化管理系统的要求也在提升，因此，信息系统需要具有良好的开放拓展性。

(二)扩大应用范围

对电气自动化而言，物联网在多个领域具有重要的应用价值，而进一步扩大物联网的应用范围则是充分发挥物联网价值的重点内容。当前，物联网在电气自动化发展中的应用集中于设备监控、生产过程监控、安全管理等方面。此外，节能环保也是物联网的重要应用领域。随着改革开放的不断深入，我国经济建设取得了巨大的成就，但受粗放式发展模式的影响，我国也面临着自然生态问题。2015年发布的《环境保护法》对企业环境保护责任作了明确的规定。从2018年1月1日起，排污费被转变为环境税，国家层面以立法的形式确认、固化环境费用，凸显了环境保护的重要性。物联网能够跟踪生产过程，借助传感器，实时监控环境质量，如空气质量、水体质量等，有助于及时发现企业生产中存在的环境污染问题，并配合相关部门做好环境整治工作[6]。并且，物联网的应用也能帮助企业监控电量使用，实现节能目标。

(三)做好员工培训

员工是物联网背景下电气自动化发展的主体，员工自身的素质对物联网背景下电气自动化发展具有重要的影响。物联网的发展及其在电气自动化中的应用对员工提出了更高的要求，对此，要重视员工培训工作，并从以下两点优化员工培训机制。首先，更新员工培育理念。知识经济时代的到来强化了员工在企业发展中的职责，而信息化建设则进一步提升了员工的综合素质要求。要以复合型人才作为培育理念，着力培育既有专业能力，也具备现代信息技术能力的新型员工，使员工对物联网与电气自动化发展间的关系有深刻的认识，全面提升员工的综合素质。其次，创新人才培育方式。遵循“引进来”与“走出去”相结合的人才培训方式，一方面，加大相关专业毕业生的引入力度，优化员工的年龄结构与学历结构，另一方面，积极组织优秀员工到信息化建设成果比较显著的企业参观、学习，以多元化的培训方式强化人才培训机制的效能，提高员工的综合素质。