基于工业物联网技术的电气设备远程自动控制方法

［摘 要］传统工业生产中，电气设备的监控和控制依赖低效的人工巡检和本地操作，难以应对突发状况，且对广泛分布的设备来说成本高、服务质量难保证。因此，开发基于工业物联网的电气设备远程自动控制方法至关重要，通过设定远程控制中心参数、设计高精度快速响应的自动化控制器，实现远程控制。试验结果显示，新方法与传统方法相比，控制效果更佳，证明了其在实际应用中的可行性。

［关键词］设备控制；远程自动控制；电气设备；工业物联网技术

［中图分类号］D26.4 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）04–0033–03

随着工业物联网技术的迅速发展，电气设备远程自动控制方法成为提升工业效率、降低成本和增强竞争力的关键。其利用物联网技术实时采集和传输设备数据，实现设备的实时监控和预测性维护，减少停机时间并提高生产效率。同时，通过分析运行数据，企业可优化设备运行参数和维护计划，降低运营成本。此外，该方法还有助于优化能源使用，降低能源消耗，提高能源效率。总之，基于工业物联网的电气设备远程自动控制方法对工业生产的智能化、高效化和绿色化至关重要，并将在未来发挥更大作用[1]。

1 基于工业物联网技术的电气设备远程自动控制方法的设计

1.1 基于工业物联网技术建立电气设备远程控制中心

通过工业物联网技术，可实现对电气设备的远程监控和控制。具体来说，可通过在电气设备上安装传感器和控制器，将设备状态和运行数据实时传输至云端平台进行分析和处理，然后通过网络下发控制指令，实现对电气设备的远程自动控制。因此，文章选择工业物联网技术进行电气设备的远程控制设计[2]。

明确电气设备远程控制的需求，例如需要控制的设备类型、控制参数、控制精度等。这有助于确定后续研究中所需的控制器类型、型号以及通信协议等。针对电气设备在远程控制过程中对各项参数的需求，解决因电气设备振动效应导致控制误差较大的问题，建立了基于工业物联网技术的PID 电气设备远程控制中心[3]。该远程控制中心共分3 个层级，每个层级都是按照各个电气设备的控制水平进行的，第1 级为分散式，第2 级为集中运行监测级，第3 级为综合管理级。各层级间的通讯都通过标准的自动控制以太网实现，人机界面为控制逻辑的核心。

该远程控制中心能够通过控制工作站与电气设备的现场监控系统进行有效的连接，完成对电气设备参数数据的采集和调整。在控制时，通过逻辑编辑器，持续地驱动执行器进行数据通讯和发送自动控制指令。基于这种操作模式，可将工业物联网技术中的PID 电气设备远程控制中心划分为多个不同的层级，并按照每个层级的控制需求进行远程控制[4]。

为减少电气设备的远程控制损失，电气设备远程控制中心设定统一的控制配置原则。对远程控制中心的控制通讯点数αi 进行计算，其公式如下：

αi =∑βi×（χi-1）（1）

式中，βi为电气远程控制器件的总数，χi为电气设备运行过程中的功率。

控制中心的输入控制点数量的计算公式如下：

q=1/α∑βi+αi （2）

式中，α为控制输出元件的总数量。

因为不同的电气设备所具有的控制检测量不一样，所以必须根据装置的实际远程控制需求决定配置模块的数目。设定的控制开关的总数量计算公式如下：

ε=αi+βi（α·α1）（3）

在远程控制中心设置完成软件部分，以实现远程控制功能。这包括接收来自电气设备的数据、处理数据、生成控制指令并下发到电气设备等。为了实现这些功能，可使用编程语言如Python、Java 等编写相应的应用程序[5]。在考虑了电气设备自动化控制中心参数的基础上，设置完成一个高效的通信网络，该网络将控制中心与远程控制装置紧密地连接起来，从而确保两者之间的顺畅通信。通过控制中心的建立，可实现对电气设备的远程监控和控制，确保按照预设的参数和要求进行运行[6]。

1.2 设计电气设备自动化控制器

电气设备的自动化控制即运用典型的控制方法实现对电气设备的高效控制，其控制精度愈高，对被控对象的控制效果愈好。但由于传统的控制算法对于电气设备的调节作用较小，因此，针对该问题设计自动化控制器，对其进行调节控制改进[7]。

文章针对工业物联网技术自动化控制器的设计采用aspberryPI5B 作为主控芯片，利用GPIO 接口与远程驱动程序相连，从而实现对电机的控制。树莓派本质上是一种带有 Linux 操作系统的微型电脑，其运行原理类似于PC，使用起来非常方便。树莓派使用ARM Cortex-A863.1 GHz（四核）CPU，配合8GBDDR5 内存，其运算性能完全符合本设计的需要。内置3 个USB 端口，用于从监控系统中获取实时图片。树莓派的体积较小，79 mm×49 mm×12.3 mm，很容易拿在手里[8]。

因为目前的算法控制都是通过计算机实现的，所以文章在树莓派上设计自动化控制器时，要将其定位在数字控制器的基础上，然后根据自动控制的特点对其进行优化，设定该控制器的输入值为f（t），输出值为s（t），两者之间的偏差的表达公式如下：

t=s（t）-f（t）（4）

根据自动化控制特征进行控制器的规律总结，其表达公式如下：

式中，μ为控制时间计算的微分常数，η为对应的控制比例系数， 为控制电气设备所需时间的微分常数。

式（5）中3 个系数随自动控制的需要而有所改变，均属于较为灵活的参数。控制器的可调整性也取决于参数的灵活性，调整参数的目的是确保算法的总体稳定性，在算法稳定的前提下，具有快速的计算速度，从而减少自动控制的反应时间。控制器控制量的增量公式表示如下：

Δt=（t-1）+Δf（t）（6）

电气设备自动化控制器应重视实际效果和操作简便性。采用二维模糊搭建控制器结构，避免三维建模的复杂性。为减少时间延迟和误差，简化数据转换。控制器输入主要处理系统误差和常量偏差。增量算法增强PD 控制功能，提升控制器稳定性和状态，实现精准控制。

在电气设备的自动化控制器中，采用自动控制特性算法，该算法有较高的可调整性，根据不同的装置要求进行参数调整。利用控制理论中的整体控制思想，对控制器进行动态补偿。该方法克服了传统控制器动态响应速度较慢的缺点，提高了控制器的稳态精度与动态响应速度。

1.3 实现远程控制电气设备

根据上述控制器的控制理论，控制器的优化有助于提升控制精度。为实现这一目标，还可以采用提高比例系数的新技术。积分控制也是一个很有效的控制措施，可用来提高比例系数，以改善自动化控制器免疫规律的自调节特性。此外，为了预先评估偏差变化，并据此调整控制器的动态特性，微分控制方法被广泛应用于调整微分系数。通过这些控制措施，可进一步优化控制器的性能和稳定性，进而实现电气设备的远程精准控制。

控制性能的核心在于PID 控制器中的适应度函数选择，可借鉴模糊控制器的非线性特性。文章采用的控制器方案通过优化适应度函数，减少响应突跳，增强稳定性。引入的适应度函数直观表示输入与输出的变化。自动化控制器的自我调节也是确保电气设备稳定控制的关键。其控制适应度函数的表达公式如下：

式中， g（t）为自动化控制响应函数， 为PID控制量。

通过以上步骤，完成对电气设备远程自动控制方法的设计，同时，在设计和实现远程控制方法时，需要特别关注电气设备的安全性和可靠性，以防止潜在的安全风险和故障。

2 试验测试与分析

2.1 试验准备

为验证文章提出的基于工业物联网技术的电气设备远程自动控制方法的可行性，现提出试验测试，选择仿真模拟作为主要试验手段，旨在通过计算机模拟真实设备的运行过程。尽管仿真环境不可避免存在误差，但其简便性仍使其在试验中占据重要地位。本次试验利用Matlab 仿真模拟软件搭建仿真环境，建立相应模型，并模拟电气设备的实际运行方式。在仿真过程中，采用两种自动化设备控制方法，并对试验数据进行细致观察和记录，以便后续分析。通过仿真模拟，得以更加全面地了解电气设备的运行状态和性能表现，为后续研究提供有力依据。

本次测试所设定的各项参数见表1。

2.2 试验结果与分析

根据上述试验准备，现针对电气设备控制机组，设定其标准的电气设备自动化控制电压裕度，分别使用文章方法与传统控制方法进行试验对比，对比结果见表2。

由表2 可知，文章设计的基于工业物联网技术的电气设备远程自动控制方法的裕度值结果与预设的标准控制电压裕度值相符合，传统方法与预设数值相差较大，控制效果较差，因此，可证明文章方法在实际应用具有一定的可行性。

3 结束语

基于工业物联网技术的电气设备远程自动控制方法为现代工业带来革命性变革，通过无缝连接设备、数据收集分析，实现精准控制，提升设备运行效率，减少人为干预，降低成本，增强安全性。但也要正视其挑战和问题，不断优化和完善方法。展望未来，基于工业物联网的远程自动控制将借助5G、边缘计算等技术，实现更智能、高效和安全的控制，探索新应用和商业模式，推动工业物联网广泛应用。

参考文献

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[3] 赖纪南，杨臣君，邱达铨，等. 电力设备安装工程施工中质量控制探究[J]. 低碳世界，2023，13（11）：136-138.

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[5] 朱海勇. 基于PLC 的电气设备精准控制系统设计和实现[J]. 江西电力职业技术学院学报，2023，36（7）：12-14，18.

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[8] 何智频，徐瑜琼. 智能化技术在电气工程自动化控制系统中的应用[J]. 集成电路应用，2024，41（1）：266-267.