工业电气自动化及其在生产中的实践研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 05 日 作者简介：梁光群（1986)，男，广西玉林人，研究方向为工业电气。-107-工业电气自动化及其在生产中的实践研究 梁光群 十一冶建设集团有限责任公司，广西 柳州 545005 摘要：摘要：随着科技多元化的市场的持续发展，国家对生产进行了技术革新，逐渐地在各个行业的生产中运用了电气自动化技术，强化了对工业自动化装置的监测，增强了自动化生产的有效性，改善了生产的品质，降低了生产中存在的问题。工业电气自动化是一项重要的制造技术，在现代化生产中占据着主导作用。通过阐述工业电气自动化的基本概念，分析工业电气自动化系统和技术的应用优势，分析工业电气自动化在生产中的具体实践，为制造业提供了更高效、可靠且灵活的生产环境。关键词：关键词：工业电气；自动化；生产 中图分类号：中图分类号：TM92 0 引言 在经济全球化、科技快速发展的今天，工业电气自动化已成为制造行业的核心动力。随着自动化技术的不断革新与应用，企业在提高生产效率，降低成本，提高产品质量方面取得了巨大的进步。在当今世界制造业竞争日趋激烈的今天，企业除了要满足市场的要求外，还要在快速变化的市场中进行创新1。在这种情况下，对工业用电自动控制的研究就显得尤为重要。通过对工业电气自动化的系统性研究，能够全面了解工业电气自动化的现状、挑战和前景，为制造业提供实际可行的解决方案，以引领企业迈向更高效、智能化的未来。这一研究不仅对学术界有着重要的理论意义，更在实践中对企业的发展具有积极的指导意义。1 工业电气自动化的基本概念 1.1 自动化定义与核心原则 工业电气自动化是现代制造的一个重要环节，它包含了自动化的概念和核心原理。自动化并不只是机械的简单替换，它是一种系统的方法，它通过科技手段和智能控制，尽可能地减少人为的介入，从而达到高效、精准、可控的生产。自动化是指将自动化系统应用于生产、加工等环节，以达到对设备及工艺的自动化管理。该设计的主要内容是：柔性，是指系统可以根据不同的生产要求进行调整程序设计，以适应具体的任务；同时，也保证了系统可以根据实际情况进行相应的调节，从而使其达到最佳的状态。在工业电器自动化研究中，自动化概念及其核心原理是其基础理论。通过实现自动化，公司可以提高生产率，降低人为失误，使生产更加灵活和可持续。这不但是为了适应迅速变化的市场，也是制造企业走向智能化和数字化的基石2。因此，深刻认识其内涵与核心原理，是促进其实用化的关键。1.2 自动化技术的分类与发展趋势 在自动化过程的工业应用中，有四种主要的自动化类型：固定自动化、可编程自动化、柔性自动化和集成自动化。固定自动化，亦称硬式自动化，是一种生产工艺，目的是使某一特定工作实现自动化。固定式自动化解决方案一般都比较简单，而且都是为了某种用途，比如装配具体的部件或者材料的处理。这种固定的自动控制系统是高效的，特别适用于批量生产中的固定重复生产工序。可编程自动化通常用于成批制造，一个装置被编程来执行一个特殊的工作，然后在一个单一批次制作中重复这一工作。它可以被重新编写，以便满足新一批需要的变化。可编程自动控制的实例包括接受电脑程序指令的数控机床，可编程的工业机器人（可对其运动和行为进行编程），和轧机（可对其进行编程以获得各种厚度的金属）。柔性自动，也叫“软自动化”，是一种通过电脑编程，使生产装备可以按照输入的编码来完成不同的工作。不像可编程序自动化程序，它可以为不同的产品编写程序，但是它需要很长的停工期，而一个柔性的自动程序可以迅速地，并且经常是自动调节。在大中国科技期刊数据库 工业 A-108-部分案例中，柔性自动化仅要求对软件进行修改（也就是通过一台远程电脑），而无需改变硬件，这样就可以缩短机器的停工期，方便产品的更换。集成自动化就是在没有人为介入的情况下，将生产流程端到端的自动化。在综合自动化作业流程中，电脑软体系统对各生产装置进行控制与连结。当工程师或技师设定好设定与参数后，该综合自动化系统便会自行完成指令，并借助于人工智能与机器学习等科技，在有不相符的地方及时作出反应。智能化是当前自动化技术的主要发展方向，通过引入人工智能、机器学习等技术，使系统具备学习和优化的能力，更好地适应变化多端的生产环境3。2 工业电气自动化系统和技术的应用优势 2.1 PLC（可编程逻辑控制器）在生产线上的应用 可编程控制器的使用给企业带来了很大的柔性和可编程性。使用简易程序，可根据具体的产品要求，对 PLC 进行组态。该程序设计方便，不需要对设备进行复杂的机构改装，就可以方便地对生产工艺进行调整，减少维修费用，减少设备更新的难度。PLC 工作稳定可靠，适合长期在工业现场工作4。PLC 具有较强的软硬件鲁棒性，可适应各种复杂工况，如温度波动、振动、电磁干扰等。因此，可编程控制器是一种非常理想的设备，可以保证生产线的连续、平稳运行，从而保证生产的可靠。可编程控制器在流水线上的实时性很好。PLC 能对传感器的反馈做出迅速的反应，并对其做出适时的判断，保证了生产线的正常运转。这一实时性对生产线的迅速变动及突发事件的及时响应是非常重要的，它可以帮助提高生产效率，降低生产事故发生率。通过对 PLC 模块化的设计，实现了各模块之间的独立运行，便于维护与升级。企业可以在任何时候对某一功能模块进行添加或替换，而无需对整个系统进行重新设计。这使企业可以更灵活地进行生产线的管理与升级。2.2 SCADA（监控与数据采集）系统的作用与优势 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition,SCADA）在工业用电自动控制中的地位与优越性，是一种有效的监测与数据收集手段。通过监控、数据采集、控制等综合功能，实现了对生产全流程的全方位、实时监控。SCADA 系统的主要功能是对生产过程进行实时监测.SCADA 系统通过与传感器、仪表及设备的连接，实现了对温度、压力、流量等多种实时信息的采集，并将其转换成直观的图形。这样，操作员就可以立即掌握生产工艺中的重要参数，从而可以及时地处理可能出现的问题，从而保证生产的正常运行。另外，SCADA 系统还具备良好的数据采集与存储能力.SCADA 系统通过对历史数据的录入，形成趋势图及分析报告，为企业提供重要的生产绩效指标。这将帮助企业管理人员作出明智的决定，并对其进行最优的生产规划与资源分配，以提升企业的总体效益。SCADA 系统具有很强的远程监测功能，具有很好的应用前景5。3 工业电气自动化在生产中的具体实践分析 3.1 传感器与执行器技术 3.1.1 传感器的种类与应用范围 工业电气自动化在实际生产中的应用，涉及到了传感器和执行器两个方面，而传感器的类型和适用范围又是决定其性能的关键。传感器是工业自动化领域的一个重要组成部分，它可以通过对各种物性参数的变化进行传感，并将其转换为电信号，从而为控制系统提供所需的信息。在工业自动化中，温度传感器是一种常用的传感器。在制造中，维持适当的温度是很多工序的关键。本发明提供了一种新型的温度传感器，用于对设备、液体、气体等进行监控，保证其在规定的工作环境下能保持稳定的工作状态。比如，在工业上，温度传感器可以实时地探测到反应温度的变化，对反应进行准确的控制。其次，在工业自动化系统中，压力传感器也是一种通用的传感器。在工业生产中，对气、液两相的压力控制是一个非常重要的步骤。压力传感器可用于监控管线、容器或设备中的压力变化，从而实现对适当的操作压力的调节和保持。3.1.2 执行器在自动化系统中的角色与选择标准 执行机构是自动控制系统的核心，其主要任务是把控制系统产生的命令转换成具体的物理动作，从而准确地控制机械装置、阀门、马达等。在工业用电自动化领域，驱动器的选取是保证生产过程精度、效率和可靠性的关键，必须充分考虑系统的要求和作业环境的特征。在自动控制系统中，执行机构的一个重要作用就是对阀门的开度进行控制。这在化学和液体处理等领域尤其普遍。执行机构可以采用电、气两种方中国科技期刊数据库 工业 A-109-法来控制阀门的开闭，从而保证了对液体的精确控制。比如，采用电动执行机构，就能根据生产过程中的不同阶段，对液流进行实时控制。其次，执行器对电动机的控制也起到了很大的作用。在生产线上，采用电动机带动执行机构，对工件进行推拉、拉，以实现产品的运动与定位。选用适当的执行器，可以保证流水线的高效率运转，并能精确地对工件进行定位。比如，在自动装配生产线上，利用电动执行机构来控制机器人手臂的动作，进而精确地完成装配。3.2 通信技术在自动化生产中的应用 3.2.1 工业互联网的发展与智能制造 工业互联网的快速发展推动了制造业的数字化转型。在云计算的支持下，实现了生产数据的实时传递与存储，提高了产品的透明性和可溯性。通过该系统，企业可以实时掌握生产环境，监控设备运行状况，对整个生产过程进行全方位的监控。工业互联网是实现智能制造的重要手段。通过将传感技术与智能控制技术相结合，使其能够实现设备间的信息共享与协作。这样，就可以使生产流程更具弹性，并能根据客户的要求进行调整，从而达到提高生产效率与柔性的目的。随着工业互联网的兴起，制造业也开始向以服务为导向的制造业转型。通过对设备进行远程监测与维修，能够对设备的故障进行提前预报，减少停工时间，提高设备的利用率。该模型能够有效地减少维修费用，提高产品的可靠性。3.2.2 实时通信协议在生产中的实践应用 将实时通讯协议用于工控系统，对提高企业的生产效率，降低生产成本，实现智能化生产有着十分重要的作用。在现实生活中，为了适应不同的应用场合，需 要 采 用 多 种 实 时 通 讯 协 议。以 PROFINET、EtherNet/IP 等为代表的以太网络为核心的实时通讯协议在工业生产中扮演着举足轻重的角色。该协议能够提供高速率、高带宽的通讯信道，非常适合于对数据传输速度快、实时性要求高的应用场合。在上述系统中，采用了实时通讯协议，保证了各装置的协调工作，使整个流水线的工作效率与准确性得到了极大的提升。以 CANopen、DeviceNet 等 CAN 总线为代表的分布式控制系统在机器人控制、智能传感器网络等方面得到了广泛的应用。该协议通过在终端间构建分布式网络，使终端间能够进行实时的数据交互与通讯。这是实现分布式控制、柔性制造过程的关键。在某些现场设备联网的情况下，需要使用 Modbus RTU、PROFIBUS 等串行通讯协议。该方案适合于需要远距离传输、低带宽而又有稳定要求的场合，如传感器网络和工业自动化仪器控制。3.3 数据采集与分析技术在生产实践中的应用 在对生产过程中多种参数进行监控的过程中，采用了大量的数据采集技术。通过对温度、湿度、压力、流量等重要参数的实时采集，实现了对整个流程的实时监控。该方法的实际运用，有助于企业及时发现潜在的问题，降低生产中的变动与波动，从而保证生产的稳定与一致。数据分析是指在实际工作过程中，从数据中发掘出规律与发展趋势的一种方法。通过运用统计分析、机器学习、人工智能等方法，企业能够深刻理解生产过程中所蕴含的关联关系，从而获取更多有用信息。比如，通过对数据的分析，可以对设备的失效进行预测，从而最大限度地优化生产计划，从而提高企业的经济效益。该方法可以帮助企业做出更明智的决策，快速响应变化，并对生产过程进行优化。同时，在产品的质量管理中，数据的获取和处理也起着至关重要的作用。通过对制造工艺中的关键参数进行采集，实现对产品质量的实时监控，及时发现质量隐患。通过对生产过程中的数据进行分析，可以为生产过程的控制提供决策依据，并对生产过程中的参数进行优化，最终达到改善产品质量的目的。将大数据技术运用到实际生产中，已是大势所趋。4 结语 综合而言，工业电气自动化在当代制造业中扮演着不可或缺的角色，其不断创新与发展为企业提供了实现卓越生产和经济效益的机会。工业电气自动化作为现代工业生产的重要组成部分，通过整合先进的电气、自动化和信息技术，为企业提供了提高效率、降低成本以及实现智能制造的关键手段。通过合理应用和整合工业电气自动化技术的实践应用，使得生产过程更加智能化、灵活化，为企业提供了更大的竞争优势，企业将能够更好地适应市场变化、提高竞争力，迈向更加智能、高效的未来工业生产。中国科技期刊数据库 工业 A-110-参考文献 1连建超.电力系统中电气自动化技术的应用探讨J.中国设备工程,2023(22):221-223.2赵帆.基于 PLC 的电气自动化控制系统在石化行业油库区中的应用J.自动化应用,2023,64(21):30-32.3黄伟斌.浅谈电气自动化技术在煤炭工业生产中的实践应用J.矿业装备,2020(03):180-181.4唐理祥.工业电气自动化及其在生产中的运用J.科学技术创新,2019(30):186-187.5姚遥.工业电气自动化及其在生产中的应用探讨J.中小企业管理与科技(上旬刊),2019(05):155-157.