机电工程电气自动化技术的具体应用

罗辰宇

合力光桥智慧科技（北京）有限公司 北京 100000

引言

机电工程内容构成复杂，涉及各类机械设备的研发设计、安装施工，以及自动化控制。例如，在建筑行业的机电工程与消防、给排水、电气、暖通空调等分部项目相关，而在电力行业，则与电力系统建设、输配电网，以及电力数值的计算与配电密切关联[1]。从当前工业生产与日常生活中的应用场景看，机电工程已获得广泛应用。尤其在进入新时代后，我国先后实施了互联网加改革，推进了物联网建设与数字化升级，有效推动了机电工程与电气自动化技术的深度融合，为人们的生产与生活提供了有效的技术支持。因此，在当前经济高质量发展阶段，有必要增强对机电工程自动化技术的应用研究。

1 电气自动化概述

电气工程及自动化被简称为电气自动化，是机械硬件与系统软件资源融合的结果，兼具理论与技术双重属性。作为一种控制系统，包括了电源、中央处理单元（CPU）、编程器、电路（输入电路与输出电路），以及多个系统程序存储器（如图1）。从当前电气自动化技术的应用经验看，在电力、交通、工业等诸领域均获得了广泛应用，实践重点集中在机电工程中对电气自动化技术应用方面。近年来，在新一轮工业化改革浪潮推动化，在电气自动化技术中扩大了技术要素配置比例，结合大数据技术、云计算技术，以及人工智能技术等，将传统时期的半自动化，提升到全自动化水平。从该技术的应用趋势看，正在向着智能化方向转型升级。因而，在当前阶段的此类技术在机电工程中的应用优势获得了大幅度增加。

图1 电气自动化控制系统示意

2 电气自动化在机电工程中的应用优势

2.1 开展自动化监测管理

电气自动化技术的应用时以电气设计与自动化技术作为核心，通过对电子信息技术与智能化技术的应用已实现了综合实践。从当前在机电工程中的应用效果看，能有效开展自动化监测管理[2]。例如，在机电一体化装置应用中，通过设计电气自动化控制系统，将机电设备的伺服、数控、操作台、编程器等系统统一起来，借助数据中心进行智能控制。同时，利用传感器、机械结构、各类组成构件之间的系统关联，可以有效实现对其装置的运行监测与安全管理。再如，当前应用数据库技术与大数据技术后，能够将传感器采集到的数据与机电一体化装置运行中生成的数据，通过清洗与存储全部转入到实时数据库与历史数据库，借助信息编码、分类、提取、分析、生成报表、应用等基本流程，为整个机电工程的自动化监测与实时故障诊断，以及预警等提供可靠依据，提升机电工程的使用效果等。

2.2 促进智能化设备应用

目前，机电工程在生产与生活领域获得了广泛应用，但是重点应用仍然集中在工业生产领域。近年来通过工业企业对旧设备的改造升级与对新设备的购置，在整体上提升了机电设备的智能化水平。此类智能化设备在实际应用中，需要借助电气自动化技术，为其提供较高水平的智能化管控，保障其能够在工业生产中获得了充分应用，发挥其应有的功用。从实践经验看，自“十四五”建设时期以来突出了高质量发展主题，工业企业普遍扩大了数字化技术的应用比例，促进了电气自动化技术与云计算技术与人工智能技术的资源融合，而且推动了虚拟数据中心的建设。在这种情况下要推动工业4.0目标的实践，需要透过电气自动化技术在智能化设备的应用为其提供动力因子。

3 机电工程电气自动化技术的具体应用

3.1 以电力行业机电工程的应用为例

电力行业机电工程规模大，功能多，伴随着电力行业的工业化改革与产业化转型，电力系统的智能化水平越来越高，由此也造成了机电工程的复杂化。在这种情况下，应用电气自动化技术，有利于满足当前的实际需求。以火力发电厂机电工程中的对于电气自动化技术的应用为例：

首先，在电力设备保护方面，针对装置保护、继电保护，将保护装置连接后可以直接借助电气自动化控制系统向各类电气设备发送操作指令，使其在限定条件下获得可靠运行。同时，基于PLC控制的电气系统借助计算机能够对继电器的热工参量、关联电气进行状况评估，然后构建一体化的保护回路，提升控制水平[3]。尤其在防雷保护方面，电力机电工程的智能化控制需求较大，当增设防雷器后可以将其纳入到电气自动化控制系统，达到对各类设备与防雷系统的综合保护。

其次，供电系统、配网系统、故障诊断系统、应急抢修指挥系统，与电气自动控制系统关联后，相当于对机电工程进行了网络布置，使每个系统中的机电设备形成了全面关联，此时能够借助联锁保护方式，完成日常运行监测与设备异常时的切断闸门管理等，以此对故障进行有效隔绝，对各类机电设备的保护，以及保障电力系统的安全运行。同时，在供电系统的人工补偿技术、电网调度中的监测系统与调度系统，以及配套的变电站运行故障监测等方面应用电气自动化技术后，优化了原来的技术与系统，提高了智能化设备的应用效果。以故障诊断为例，火电厂现阶段形成了对改造设备与新设备的关联应用，旧设备应用时存在稳定性较差、运行效率较高、故障发生概率较大的问题。在这种情况下，通过引入数据库技术建立故障范例库，可以通过对机电设备运行状况的在线监测与故障自动化诊断，达到故障监测、识别、预警、分析、处理的多重目标。故障诊断系统构成如图2所示（见下页）。

图2 火电厂机电工程电气自动化技术在故障诊断中的应用示意

第三，火力发电厂机电工程中，为了实现电气自动化技术的高质量应用，部分企业已经结合5G技术、WIFI网络、云平台，促进了机电设备全通信控制，而且在机电工程后台管理中，通过电气自动化控制系统中的运行功能、监视功能、控制功能、逻辑分析功能的综合应用，将电系统的云平台，与机电设备方面的电气自动化控制管理平台进行了云关联，一方面借助云安全防护技术，增强了网络安全管理，另一方面则利用电气自动控制系统，达到了对机电工程运行的监测管理。另外，将重点集中到热工艺联锁后，使单元炉机组中的机、电、炉三类设施实现了统一关联，增加了MIS（信息管理系统），能够将机电设备前端采集到数据统一到数据库，并通过统一单元炉机组的创建，实现对其能耗与损耗的监测、控制，并将其推进到智能化发展水平。由于在数据方面实现了标准化管理目标，为后续的信息分析工作提供了必要条件，也使信息编码效率与利用效果获得了大幅度提升。

3.2 以建筑行业机电工程的应用为例

现代建筑行业日新月异，新技术、新材料的应用推动了建筑类型的创新，生产建造工艺也随之发生了变化。为了满足其多功能应用需求，提升建筑品质，建筑中普遍增加了机电工程种类与数量。

建筑项目机电工程包括了机电设备预埋件施工、安装施工、调试运行，以及运维管理等多个环节。对于电气自动化技术的应用，要求前期的施工作为基本条件。例如，在电气分部项目中，涉及管线的埋设、配电箱、配电柜、开关与插座盒子、桥架的安装，以及电缆敷设等。完成此类准备工作后，需要进行配电室配电柜的安装，并保障电气自动化技术的有效应用。

以配电系统运行中对电气自动化技术的应用为例，通过PLC控制与通信技术进行融合，然后将各类机电设备（电梯、水泵、电气设备、电源开关、用户配电箱、电缆、配电柜）进行全面关联，具体关联时主要通过设置传感器与执行器完成，电气自动化控制系统只仅需要通过传感器传回的数据，对其开展数据清洗→数据存储→数据提取→数据分析→生成报表→开展管理，即可实现对机电设备的监测管理目标[4]。但是，随着此类设备智能化程度的提升，需要进行相反电源切换，提高各级别联锁功能自动化水平，阻断电力事故。在这种情况下，可以在电气自动化控制系统中，根据实际需求构建以“设备感知层→数据通信层→数据管理层→应用层”的基本结构，在传感器之外，增加安防监测、视频监测、环境监控，将其与机电设备状态监测关联起来，构成四维一体的感知层。然后，通过终端处理单元将清洗与存储的数据通过传输层中的光纤与无线通信网络传送到电气自动化控制系统所在的平台，此时能够将系统平台分析后生成的数据报表直接发送到应用层，使其通过大展展示与移动应用实现智能监测与管理等。

4 结束语

总之，机电工程在生产与生活中获得了广泛应用，要提升其应用效果，离不开对自动化技术的实时更新与升级。通过以上初步分析可以看出，电气自动化技术内涵丰富、功能多元，通过扩大技术要素的配置比例，已经实现了半自动向全自动的全面转型升级，由此增强了电气自动化技术在机电工程中的应用优势。因而，应结合高质量发展主题，在各行业诸领域进一步扩大电气自动化技术与机电工程的融合应用。尤其在与国民经济密切相关的建筑、交通、电力、制造业等领域，应根据实际的机电工程类型、规模、实际管理需求等，增强对电技术自动化技术的多元应用，以此为我国各行业的高质量发展提供技术支持。