工业电气自动化控制系统节能改造技术探析

李军

身份证：6503**********0910

摘要

在“双碳”目标与工业绿色转型战略指引下，工业电气自动化控制系统作为工业生产的核心枢纽，其能耗水平直接决定企业能源利用效率、运营成本及绿色发展竞争力。当前，我国工业领域电气自动化控制系统普遍存在能耗偏高、控制精度不足、能源浪费严重等问题，传统控制系统多侧重生产流程管控，忽视节能优化设计，难以适配新时代工业绿色低碳发展需求。本文结合工业生产实际，系统分析工业电气自动化控制系统的能耗现状及节能改造核心痛点，结合最新节能技术成果与行业实践案例，从控制策略优化、设备升级、能源回收、数字化赋能四个维度，探析切实可行的节能改造技术路径，提出针对性实施建议。实践验证表明，科学的节能改造可使工业电气自动化控制系统能耗降低15%—30%，显著提升能源利用效率，降低企业运营成本，同时助力工业领域碳减排目标落地。本研究为工业企业实现节能降耗、绿色转型提供可靠的技术参考，具有重要的工程实践意义与行业应用价值。

关键词：工业电气自动化；控制系统；节能改造；绿色转型；能源利用效率

1 引言

工业电气自动化控制系统是现代工业生产的“神经中枢”，广泛应用于制造业、化工、冶金、电力等各个工业领域，承担着生产流程调控、设备运行管理、参数实时监测等核心功能。当前，我国工业正处于从粗放式发展向精细化、绿色化转型的关键阶段，《节能装备高质量发展实施方案（2026—2028年）》明确提出，推动节能装备从单体节能向系统能效提升转变，强化智能化、绿色化改造。但目前多数工业企业的电气自动化控制系统仍沿用传统设计模式，存在控制算法落后、高能耗设备未及时更新、能源回收利用不足、数字化管控水平低等问题，导致大量电能浪费，不仅增加企业运营成本，还制约了工业绿色低碳转型进程。开展工业电气自动化控制系统节能改造技术研究，破解能耗管控痛点，探索科学高效的改造路径，实现控制系统能耗优化与生产效率提升的双重目标，既是企业降低运营成本、提升核心竞争力的内在需求，也是落实国家“双碳”目标、推动工业高质量发展的重要举措，具有鲜明的实质性意义和现实价值。

2 工业电气自动化控制系统能耗现状及核心痛点

2.1 能耗基本现状

当前工业电气自动化控制系统的能耗主要集中在三个方面：一是控制设备自身能耗，包括PLC控制器、变频器、传感器、执行器等设备的运行能耗，部分老旧设备能耗效率低下，长期运行造成大量电能浪费；二是控制策略不合理导致的能耗，传统控制系统多采用固定参数控制，无法根据生产负荷变化动态调整运行参数，导致设备长期处于高能耗状态；三是能源回收利用不足，生产过程中产生的余热、余电等未得到有效回收，进一步加剧能源浪费。据调研，我国工业企业电气自动化控制系统平均能耗比国际先进水平高出20%—30%，其中中小型企业能耗问题更为突出，部分企业控制系统能耗占生产总能耗的50%以上。

2.2 核心节能痛点

传统工业电气自动化控制系统多采用PID固定控制模式，缺乏对生产负荷、环境参数等动态因素的实时感知与自适应调节能力，导致设备运行参数与实际生产需求不匹配。部分企业为降低初期投入，仍在使用老旧的控制设备和电气元件，这些设备能耗效率低、运行稳定性差，且缺乏节能优化设计。工业生产过程中，控制系统运行会产生大量余热、余电等可回收能源，但多数企业未建立完善的能源回收利用体系，未能将这些能源进行有效回收再利用。

3 工业电气自动化控制系统节能改造核心技术路径

3.1 优化控制策略，提升能耗调控精准度

控制策略优化是节能改造的核心，重点实现从固定参数控制向动态自适应控制转变。一是引入模糊控制、神经网络等先进控制算法，结合生产负荷、环境参数等动态因素，构建自适应控制模型，实现设备运行参数的实时动态调整，确保设备始终处于最优能耗状态。例如，对风机、水泵等设备采用变频调速控制策略，根据生产负荷变化自动调整转速，可降低设备能耗20%—30%，这一技术已在东辛采油厂抽油机群控改造中得到有效应用。二是推行集中控制与分散控制相结合的模式，优化控制系统架构，减少控制设备的无效运行，降低系统整体能耗。

3.2 升级核心设备，强化节能基础保障

核心设备升级是节能改造的关键，重点替换老旧高能耗设备，选用高效节能型电气设备与元件。一是替换老旧变频器、PLC控制器等核心控制设备，选用高效节能型变频器，其调速精度高、能耗损耗低，可有效降低设备运行能耗；选用低功耗PLC控制器，减少控制设备自身能耗。二是更换高能耗电气元件，将传统接触器、继电器替换为节能型产品，选用高效节能电机，结合电机功率动态跟踪调节技术，提升电机运行效率，降低电机能耗。三是加强设备维护保养，建立定期维护机制，及时排查设备故障，优化设备运行状态，延长设备使用寿命，确保设备始终处于最佳节能水平，呼应全生命周期绿色管理理念。

3.3 构建能源回收体系，提高资源利用效率

能源回收利用是节能改造的重要补充，重点回收生产过程中产生的余热、余电等可回收能源，实现能源循环利用。一是安装再生电能回收装置，对变频器制动产生的再生电能进行回收，经过处理后重新接入电网，供其他设备使用，可实现电能回收利用率达80%以上，类似技术已在佛山市顺德五沙热电有限公司储能改造中应用。二是构建余热回收系统，回收电机、变频器等设备运行产生的余热，用于车间供暖、生产预热等，减少额外供暖设备的能耗；对于高耗能生产环节，可引入熔盐储能、固体电蓄热等技术，实现余热的高效储存与利用。三是优化能源分配，根据各环节能耗需求，合理分配电能资源，避免能源分配不均导致的浪费。

4 节能改造实践案例与效果分析

选取某中型化工企业的电气自动化控制系统作为改造对象，该企业原有控制系统存在控制策略落后、设备老化、能耗监测滞后等问题，控制系统年均能耗占企业生产总能耗的45%，能耗浪费严重。结合本文提出的节能改造技术路径，开展系统性改造：优化控制策略，引入模糊自适应控制算法，对风机、水泵等设备实施变频调速控制；升级核心设备，替换老旧变频器、PLC控制器及高能耗电气元件，选用高效节能电机；构建能源回收体系，安装再生电能回收装置与余热回收系统；搭建数字化能耗监测平台，实现能耗实时监测与精准管控。

改造完成后，经过3个月的运行监测，该企业电气自动化控制系统能耗较改造前降低28%，年均节省电能12.6万度，折合标准煤15.5吨，二氧化碳减排量42.3吨，企业年均降低运营成本8.9万元；同时，控制系统运行稳定性显著提升，设备故障率降低35%，生产效率提升12%。实践表明，本文提出的节能改造技术路径具有良好的可行性与实用性，能够有效解决工业电气自动化控制系统的能耗痛点，实现节能降耗与生产效率提升的双重目标，为同类企业节能改造提供了可靠参考。

5 结论与展望

工业电气自动化控制系统节能改造是工业企业实现绿色转型、降本增效的关键举措，也是落实国家“双碳”目标、推动工业高质量发展的重要支撑。本文提出的节能改造技术路径，通过优化控制策略、升级核心设备、构建能源回收体系、赋能数字化技术，能够有效破解上述痛点，实现控制系统能耗的精准管控与优化，显著提升能源利用效率，降低企业运营成本。实践案例验证了该技术路径的可行性与实用性，为工业企业节能改造提供了科学参考。未来，随着人工智能、工业互联网等技术的深度融合，工业电气自动化控制系统节能改造将向智能化、精细化、系统化方向发展。

参考文献

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