电气工程自动化控制智能化技术应用

张立业

（中国黄金集团内蒙古矿业有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021400）

自动化控制技术可以在电气设备无人控制的情况下正常运行，在很大程度上提高了设备工作的效率，并使设备的运行与正常作业具有较高的安全性，因此被广泛应用于多个领域。近年来，我国电气工程自动化控制技术在不断革新与升级中，实现了与智能化技术的有机结合，拓宽了电气工程的应用领域。电气工程在工业发展中发挥着重要的作用，且随着工业进步逐渐突显，自动化控制是电气工程的突出竞争力，在全球科技高速发展的背景下，有着较好的应用前景。电力行业在加快电气自动化进程的同时使各个行业也逐步走向成熟，智能化技术在工业生产中的应用能够在一定程度上弥补自动控制所存在的缺陷，大大减少了人工操作的成本，提高了企业的市场竞争力。传统的自动化控制技术在发展中逐渐暴露问题，在遇到复杂动态的操控对象时，无法对控制对象进行有效的控制。智能化控制对电气设备系统的改进有着重要的作用，能够针对新的工程施工需求提出自动控制的解决方法，电力是矿山进行安全生产的重要动力，矿井作业条件复杂容易发生意外事故，威胁着矿山开采人员的安全，进行智能化控制能够保证矿山电气工程更加合理，对日后在各领域的应用具有一定的现实意义。

1.1 智能控制电气设备

智能化技术可以对电气工程所使用的电气设备进行实时监测做出反馈，是电气工程自动化控制的保障，为了使矿山工程安全有序地开展，利用电气工程系统、液压机和电气设备制动系统组成控制设备，为矿山电气设备的运行提供充足的制动力，利用液压机调节制动力的大小，其制动力来自于制动设备之间的摩擦，在形成制动力的过程中不会出现大量功耗，在矿山电气设备的运行所需电流电压充足时，电气工程自动化系统会根据检测到的设备数据而控制对机电设备的电流供应，智能控制矿山电气设备的运行速度。在此过程中，可以将电气自动化智能技术集成在模糊控制器中，使用此种方式，对传统的PID控制器综合性能进行优化，在进行电气设备智能控制时，可将控制的行为氛围两个阶段，分别为M阶段与S阶段，前者是指对电气设备运行调速的控制，后者是指对电气设备运行规则的控制，将控制后输出的解集作为模糊规则。根据前端运行的需求，从模糊化角度、智能推理角度进行电气设备运行参数的集中调控，将控制器量化的结果与设计的隶属函数值导入智能端逻辑库，数据库将通过对参数的比对与反演推理，模仿人类行为进行智能决策。在开发知识库过程中，可以将专家知识与现有经验数据按照某种逻辑与标准进行格式的集中处理，处理后将电气设备预设的目标导入操作端，按照指令进行设备行为的控制，在控制过程中，神经网络可以作为设备的推理机，通过对中间数值的反模糊化进行数值量化，根据量化的结果，进行控制参数的调整。整个电气工程控制系统中包括大量控制的步骤，借助相关处理使智能控制设备可以实现数据的评估，对矿山电气工程中设备的相关参数监测需要通过传感器来进行信号的输送，将矿山网络与数据中心建立连接，保障数据的传送。通过静态动态两种调试方法对电气设备状态进行分析，对设备运行状态进行研究，实现对相应部位的调试。当设备处于正常运行时，操作人员可通过计算机实现对电气设备的控制，开展矿山电气设备的扫描工作，确定调试点，再将设备关闭进行二次回路调试，检测绝缘部位，最终实现对电气设备的调试与控制。

1.2 协调优化泵站系统

智能型集成供液系统将变频控制、泵站智能联动控制等功能集于一身，在矿山实际进行自动化跟机作业时，由于钻机速度过快会出现支架动作不到位等现象，考虑到钻机速度对液泵站及工作面支架的影响，需要对泵站系统进行优化协调。按照支架的布置规律，以10个为一组设定为加装压力传感器的距离，实时监测泵站压力变化和工作面支架用夜变化，在对观察液压支架并进行数据分析后发现，泵站出口压力受自动化桩基作业的钻机速度影响，在钻机达到6m/s时，泵站压力发生明显变化，此时工作面压力和流量大大缺失，需要自动控制液压泵的运行数量，采用远距离自动供配液，配液站在回采时不进行位置变动，取缔了传统的配液方式。乳化液的配置同样由自动化技术进行现场配置，再通过供液泵进行传输，泵站液箱经过加压，运用冲洗装置进行过滤，再输送回工作面，泵站设备包括净化、过滤及注水装置等，通过智能化技术实现对泵站设备的集中控制，避免电气设备过载工作，稳定供电，保障矿山工程正常开展。

1.3 工程安全监测与故障诊断

电气工程的设备安全是施工作业正常进行的重要保障，在矿山作业中，所有涉及勘探与开采工作的设备大部分由发电机等电气设备构成，一旦发生故障就会给矿山作业带来一定的损失，影响施工进度，对电气工程系统的诊断对工作人员的专业技能要求较高，且人工对数据问题或设备诊断的偏差无法避免，因此需要通过智能化技术实时监测，进行故障诊断，当故障发生时能够快速锁定故障范围。使用谐波技术的电气设备故障诊断器可以在发动机处于运行状态下进行，同时其诊断操作可以在不接触设备的情况下远程实现，对异常、劣化的程度进行测定，这样可以在不需要人工操作的情况下完成对故障的诊断，以及对偶发故障的预防，对工程安全进行实施监测。其具体流程为用谐波检测仪测得谐波信号，对检测信号进行处理，得到谐波参数，将数据进行记录存储与预测分析，对比数据库数据得到设备状态报告。风险监测是对已有的风险变化情况进行监视和控制，对新出现的风险进行识别预评估，采取一定的风险规划措施，运用智能化技术实现对矿山电气自动化控制系统进行24h全方位监测，如发现系统采集数据发生泄漏，或出现系统控制指令失灵等各种风险故障，能够及时做出相应的报警响应和保护措施。在此基础上，应明确本文研究的智能化技术在实际应用中是一项综合性较强的技术，可以根据前端电气工程预设信息的需求，进行数据的自动化调整，相比人工主动调节的方式，此种控制方式不需要人工干预，可以在一定程度上为电气工程的远程操作提供指导。为了进一步对技术应用效果的优化，下述将对技术在安全监测与诊断中的应用展开详细描述。在此过程中应明确诱发工程异常、异常的主要原因是电气设备定子绕组未按照预设步骤执行工作。因此，可将工程安全监测的重点置于电气工程前端放电的监测中，明确放电的形式包括局部放电、内部放电、端部放电等，在电气工程三相高压出线端与中性点安装一个集成智能化技术的传感器，根据传感器反馈的数据，进行定子绝缘监测。监测后发现电气工程中设备运行总容量为0.15MW及以下时，对应的并网电压为0.5kV；
总容量为0.15MW～7.50MW时，工程电网的并网电压等级为15kV；
总容量为7.50MW～25.50MW时，并网电压为40kV；
当容量大于25.50MW时，并网电压为110kV。由于当前大部分电气工程在运行时存在分布式电源容量较低的现象，因此在进行其运行监测时，应先控制电气设备在运行电压等级为380V，以此种方式，方便后续智能化技术对电气工程并网的规划。在进行电气工程母线电压故障诊断时应当注意，满足现阶段直流电气用电设备对输入电压范围的实际需要。规定当前单相电压的有效数值为220V，三相电压的有效数值为400V。因此，根据这一规定，将电气工程设备的故障诊断范围定义在220V～400V之间，明确前端工程电气诊断后，对用于驱动工程用电设备的、用于驱动小型用电设备及计算机的工程电气设备故障电压进行预设，参照预设的范围，进行故障的集中诊断。当传感器反馈的信息超过预设的故障范围，可以认为此时工程中的电气设备运行超过安全警戒范围，从而触发前端预警。通过此种方式，即可实现对电气工程运行的安全监测，实现对电气化设备故障的及时诊断与预警。

为验证本文方法的有效性，对应用了本文方法的电气自动化控制系统进行实验。为了满足实验的真实性要求，选择某矿山企业作为此次实验的参与单位，在与该企业完成合作协议的签订后，调派技术人员在企业内获取实验所需的相关信息。将所选企业现行的矿山工程项目作为实验项目，通过模拟矿山作业各种故障来对系统进行保护功能测试，对过压保护进行了不同倍数过载的5次实验，实验中，预设过载倍数在1.0～5.0之间，分析设备在发生过载行为时，执行保护动作所需要的时间，将实际执行保护动作的时间与计算得到过载保护动作的时间进行比对，分析过载保护行为的实施是否可在标准执行时间范围内。为了确保记录的实验数据具有时效性，在过载设备保护动作的执行端与传感器建立通信联系，一旦触发前端的过载保护行为，终端通信设备自动进行时刻的记录，并由传感器进行此时过载设备行为动作的记录，将记录后的数据整理成表格，实验记录如下表1所示。

表1 过载保护实验结果

由表1可知，过载保护的实际时间接近理论动作时间，且每次实验时间在标准要求的范围之内，实验中所产生的时间误差是由保护电流的测量误差导致的，可以选择更高精度的电流互感器保障实际动作时间的精度。在确保保护功能后对经过本文方法智能化自动控制的钻机动力头进行对比实验。实验中，将设备输出功率与单位时间内流量值作为测试指标，在相同条件下（即前端给定压力值相等的条件下），设备输出功率越高，单位时间内流量越稳定，证明本文设计的控制技术在实际应用中的控制效果越佳。为了确保实验结果具有一定的直观性，将预设压力均控制在0MPa～30MPa范围内，绘制本文技术与传统技术对相同设备的功率与流量控制效果示意图，将其测试结果以曲线的方式进行表达，如图1所示。

图1 钻机动力头马达效率测试

由图1可知，经过实验测试，根据测试曲线对流量和输出功率进行分析，在相同压力条件下，经本文方法控制的马达流量更大更稳定，且输出效率更高，传统方法控制的马达流量存在着一定的波动，由此可以证明本文提出的技术在实际应用中，对于工程钻机动力设备的控制效果更加，可以在提高设备运行输出功率的前提下，将流量控制在一个相对稳定的条件下。为了更加真实地验证经本文方法控制的动力头马达装置的钻机施工效果，将其应用于实际矿山勘查中与未经改进前的钻机进行对比，将钻孔钻进时间作为指标，分析本文技术在实际应用中，是否可以对矿山工程的实施起到优化作用，下图2为钻机自动旋转状态。

图2 实际施工图

由图2可知，在实际施工中我们找到地质条件相似的桩孔进行分别施工，6个桩孔的施工情况证明，经过了本文方法进行智能化自动控制的钻机马达装置比传统钻机的钻孔时间平均减少1.5h～2.5h，经本文技术控制改进后，施工效率明显提升，满足施工的应用要求。综合上述分析，得出本次对比实验的结论：相比传统的智能化控制技术，本文提出的技术无论是在仿真模拟测试中，或是在工程实际应用中，均可以起到优化工程施工的效果，因此，可在后续的工程中，将本文技术代替传统技术，在企业工作中进行推广。

智能化技术与电气工程自动化控制的结合有力地推动着我国工业发展水平的发展，也是社会发展的需求和我国技术进步的标志。本文通过对电气设备的智能控制，协调优化泵站系统，运用自动化控制智能化技术实现对电气工程的系统安全检测和电气设备故障诊断，取得了一定的研究成果。但由于时间和条件的限制，本文研究还存在着诸多不足，如在对电气工程的安全检测中没有充分考虑干扰因素的存在，对故障诊断所得到的谐波参数还应该进行更准确地处理。在今后的电气工程发展中，还应该在实现电气工程自动控制智能化的同时，进行继电保护与停电管理，接入储能装置、进行智能用电互动，使电气设备运行更加绿色环保，减少能耗。此外，为了实现对此项技术在市场内应用范围的进一步扩大，应持续加大对此项技术科研的投入，不断进行技术应用的研究，并尝试从不同角度对技术的实践应用效果进行检验，以此种方式，掌握技术在市场不同领域中应用存在的缺陷与不足，为我国智能化行业的优化发展提供支持。