桂林市自动化技术研究所 广西 桂林 541004
摘要：社会经济的发展离不开工业的发展，工业电气设计作为工业发展的重要前提，其设计的科学性与合理性决定着其是否能得到良好的发展。而随着我国能源消耗的增加，以及环境污染程度的日益严重，国家要求在各行各业的发展中融入节能环保理念。本文对工业电气设计相关技术进行分析，指出在设计的各环节都要做到节能环保，并对相关技术的未来发展趋势进行展望。
关键词：工业电气设计；新技术；发展趋势
节能理念是我国目前大力推广的理念，对应的节能技术在各行各业也开始得到广泛的应用。而在各项工业活动中，融入节能理念成为必然。因此，在对工业电气进行设计时，要求设计者要在设计的方案中充分的将节能理念体现出来，并注意对节能技术的应用。
一、电气设计相关技术分析
（一）节能方面
1、线路部分
线路部分的节能主要体现在两个方面：一方面，在变压器的选择上，要注意选择的正确性与合理性；另一方面，在对电路进行设计时，要确保电路的运行安全。通过对线路实际运行中的铁损和线损进行分析，研究者得出以下结论：现阶段，在75%-85%范围内的负载，能够达到最好的节能效果。目前，我国大部分的线路设计中，所采用的单机负载都控制在50%以内，其中的两个设备在运行中起主导作用，剩余的设备则作为备用。于是，在这样的情况下，设备中就会出现空载现象，导致线路中出现许多线损。因此，在对线路进行设计时，若想实现节能目标，就需要在布线上下功夫。只有确保线路设计的科学合理性，菜能够有效减少线损，提升线路的运行效率。目前，我国使用的电气设备功率都比较大，电流一直处于上升阶段。因此，降低线损的最有效方法就是降低电阻，换言之，需要对截面进行合理的局部，并对电器、电柜等的接线方式进行优化。
2、动力部分
动力节能的本质是改善工业电气设计的功效。以电动机为例，在选择设备时，要注意选择效能高的设备，以减少资源的消耗，同时达到对生态进行保护的目的。交流异步电动机的转速可由公式n=60f（1-s）/p来表示，其中n表示电动机的转速；f表示运行的电频率；p表示电动机的极对数；s表示转差率。由公式可知，电动机的转速与电频率、转差率，以及极对数有关，而电动机的能耗又与转速有关。因此，要实电动机的节能，就需要对这几项因素进行控制。又如，空压机是工业生产中使用频率较高的动力设备，其主要作用是为各类气动元件和阀门提供气源。空压机的供气控制方式主要有两种，一种是加载控制，另一种是卸载控制。空压机的电能损耗主要体现在加载和卸载的过程中，在空压机的压力处于最小值时，持续增压就会释放出更多的热量，从而增加电能的损失量。在卸载过程中，当空压机的压力处于最大值时，在降压的过程中会浪费10%-25%的能量。也就是说，空压机有20%左右的时间在做无用功。因此，要实现空压机的节能，就需要从其加载和卸载过程入手，且其节能的空间还很大。
3、电器部分
在工业电气设计中，未来采用的电器设备应该是节能型的低压电器产品，如第三代和第四代电器产品。这两类产品的优点主要体现在两方面：第一，这两类产品的外壳具有很强的环保性，在回收方面比较便捷。第二，这两类产品使用的材料技术含量高，能够明显的提升产品的节能效果。随着智能化技术的不断发展，加上仿真技术在工业领域的应用，工业自动化系统中的FCS系统，能够与第四代节能型电器产品更好的进行融合，从而集成起来，成为符合社会发展需要的新型产品。并且，通过在电器设计中融入节能理念，能够使经济发展与能源消耗之间的矛盾得到缓和，从而在经济发展的同时，达到保护环境和生态的目的。
（二）控制系统与照明方面
1、控制系统部分
目前，使用频率最高的控制系统为智能控制系统，其具有自动调节的优点，且能通过网络对系统进行控制，所以用户能够对光照进行随意的调节。通过调节系统中灯具的功率，能够使灯光变得更加柔和，从而降低照明消耗的能量。此外，还可根据天气和人流量情况，对照明灯具进行明暗调节，使其更加合理。利用计算机的网络控制，能够保证其在环境较差的情况下保持活动状态，并通过监控系统对去发现其中可能存在的问题，从而有效的降低维护成本。如图1所示，为智能照明控制系统图：
图1 智能照明控制系统
2、照明部分
在工业电气设计中，照明设备的选择是非常重要是，照明光源的能耗决定着照明设备的能耗。目前，节能效果比较好的照明灯具主要有四类：第一，通过电子镇流器控制的荧光灯；第二，利用电子控制的节能灯；第三，LED等；第四，太阳能节能灯。其中LED灯和太阳能节能灯的节能环保效果最好，同样的亮度，3W的LED灯照明333小时才会消耗1度电，而60W的普通白炽灯消耗1度电却只需要17小时，5W的普通节能灯消耗1度电的照明时间为200小时。并且，LED灯中不含汞、氙等有害元素，不会对环境造成污染，且回收方便。LED照明光源的出现使照明行业进入一个新的阶段，在不断追求更小更节能的光源前提下，其已经在生活和工业中得到广泛的应用。随着科技的进步，纳米技术开始应用于照明行业中，通过植物发光的方式能够实现绿色照明，并节约更多的能源。
（三）安全系统方面
根据相关分析可知，工业电气设计中的安全系统，一般主要是针对火灾设计的各类系统，包括火灾报警系统和通风系统等。而火灾报警系统主要用到的设备有两类，一类是，防爆系统，另一类是，本安型设备，具体是不是要选用这些设备，需要根据施工现场，以及相关条例来决定。小厂房报警系统的主机一般安放在值班室，大厂房的则需要设置专用的消防控制室。通风系统主要是确保厂房内的空气流通顺畅，减少火灾发生的概率。比如，在某工业厂房电气设计中，其建筑的火灾危险性等级被评估为甲等，在对其进行通风设计时，可设置机械通风系统，将换气次数设置为3次/小时，总共在建筑物内安装35台风量为4000m3/h的防爆型屋顶风机。而更衣和淋浴室的通风系统，换气次数为8次/小时，机械类型为防腐流风机，其风量控制在1500m3/h，总共2台。此外，分别在卫生间和配电室设置排风、通风系统，换气次数分别为每小时8次和5次，机械类型分别为吊顶式排风扇和轴流风机，风量分别控制在400m/h和3000m3/h，都为2台。材料间、调漆间等比较重要的区域，则设置换气次数为3此/小时的4台防爆型流风机，其风量控制为2000m3/h。
（四）电路方面
在工业电气设计的电路设计中，要注意对电路进行保护，通过设置保护装置，能够减小电路发生故障的频率，提升电路的安全性。对裸露在外部环境中金属设置防护装置，则能有效排除电磁干扰。在区域控制模式下，对急停电路进行设计，能够确在危及情况下，自动断开特定零件的电源，而不会影响电路整体的正常供电。比如，在某工厂数据中心的电气设计中，对UPS电源进行设计，需要对其通信设备的供电系统可用性进行控制，一般不得低于99.999%，这样做的目的是要确保在电路中出现15-20ms的瞬间供电中断时，能够及时将其排除。而我国目前的电网平均可用性大概为99.9%，这达不到数据中心机房的供电要求，因此，需要设置UPS电源系统。在此工程中的第2-7层，分别设置6个独立的机房，其通信设备的安装容量均为450kW，需要在每个机房中都设计UPS电源系统。当电路中的优先供电电源发生故障时，UPS电源系统能够在4-6ms的时间内，将STS开关切换至备用电源，从而确保IT设备能够得到持续的供电。UPS电源系统如图2所示：
图2 UPS电源系统
二、应用技术与未来发展趋势
首先，在工业电气自动化在未来的发展中，主要趋向于向模块的独立分布发展，实现接口的开放式设计，并通过综合性的信息处理系统，对设计内容进行分析和处理。随着计算机网络技术的不断发展，工业电气设计的技术含量也在不断提高。在接口逐渐实现标准化的条件下，各种设备开始与PC集成起来，在PC机与智能设备之间建立起相应的联系，从而形成自动化控制系统。比如，将工业PC机与可编程逻辑控制器集成起来，再结合相应的控制软件，便成为中央控制器；而通过布线的方式将I/O进行延伸，就能成为各种不同的现场电气设备或终端。并且，通过互联网对自动化控制系统进行控制，不仅能提升控制的有效性，还能对电路的运行情况进行实时监控，及时发现其中的故障并采取措施解决，从而实现管理和过程控制的一体化。
其次，通过电气自动化设备生产的产品，其智能化程度也会提高，从而提升电气系统的运行效率。比如，流体控制系统中用到的节流阀、机械阀等阀门；电气安装中用到的工业控制机柜、拨动开关等；低压控制系统中用到的控制继电器、可逆接触器等。通过对系统接口进行开放式设计，能够使其延展性得到增加。现阶段，与工业自动化相关的新产品不断被开发出来，我国已经实现自动化工艺的自主研发，且研发成本在不断的降低。因此，在未来的生活中，自动化的应用频率会越来越高。比较常用的自动化在设置时，要特别注意对模板的灵活性进行控制，所以在对其进行划分时，划分的标准一般为功能区。如果将电柜作为划分依据，那么在对线路进行布置时，其便捷程度和灵活性都会更高。如果某些工厂的规模较小，为更好的实行自动化操作，一般通过总线分布的方式来对线路进行布局。
结束语：
综上所述，在人们的生活和社会的生产中，都离不开电力系统的正常运行，而工业电气化的发展状况，直接关系着我国经济的发展状况。因此，在工业电气的设计工作中，要注意融入节能理念，并将节能理念应用于线路、动力设备以及电器设计中，才能更好的提高资源、能源有限利用率。同时，在对控制系统和照明设备进行设计时，要合理运用新技术，注重提升系统的智能化水平，选择节能型照明灯具，并对电路进行科学的保护设计，才能进一步促进工业电气设计的可持续发展。
参考文献：
[1]胡新春.浅谈工业电气设计的新技术发展趋势[J].科技创新与应用,2015,(25):116-116.
[2]丁荣刚,秦炎峰,田中伟等.试论建筑电气设计中存在的问题与解决对策[J].中国新技术新产品,2015,(14):41-41,42.
[3]马为军.工业电气设计中电气节能探讨[J].中国高新技术企业（中旬刊）,2014,(12):93-94.
[4]杨磊.浅谈工业电气设计的新技术发展趋势[J].环球市场,2016,(31):145.
[5]谢冰.建筑电气设计中建筑节能探析[J].建材与装饰,2013,(9):12-13.
[6]刘向一,严宝英.基于广义回归神经网络的工业项目电气设计工时预测[J].中国高新技术企业,2015,(3):19-21.
[7]姜士凯,王辉.智能建筑电气设计、施工中常遇到的问题与对策[J].中国新技术新产品,2014,(18):120-120,121.
论文作者:申大明
论文发表刊物:《科技中国》2017年3期
论文发表时间:2017/5/31
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