電氣自動化控制中智能技術的應用研究

王 輝，索文博

（紅塔煙草（集團）有限責任公司昭通卷煙廠，云南 昭通 657000）

0 引 言

隨著我國電氣自動化控制技術的進步與發展，其應用范圍不斷擴大，應用程度也在不斷加深。電氣自動化控制技術的應用促進了各行各業電氣自動化控制管理技術的發展，也提供了更多電氣自動化技術的相關崗位。早在2009年，全國的電氣自動化技術專業人才的平均就業率就達到了90%。近十年來，隨著中國電氣自動化技術的進步和應用程度化加深，該專業的人才平均就業率已達到了99%。特別是智能化技術在電氣自動化中的應用，使電氣自動化技術從工業生產走向人們的生活，與人們的生產生活密切相關[1,2]。智能技術在電氣自動化控制技術中的應用標志著我國電氣自動化向智能化的轉型，其在未來20年內有較大的發展前景。研究電氣自動化控制中智能技術的應用對電氣自動化控制系統的智能化建設有著重要的意義。

1 智能技術及其特點

1.1 內 涵

智能技術是指為了有效地達到某種預期的目的，利用知識所采用的各種方法和手段。常見的智能技術包括：面向主體軟件工程的分布式智能系統；面向學習和數據挖掘的人工智能；面向語義網格和知識網格的服務及共享技術；面向自主計算的自配置、自由化、自保護以及自恢復技術；面向認識信息學的神經計算技術、學習與認知機理技術以及環境認知技術；面向內容計算的多媒體信息檢索技術和智能搜索技術等。

1.2 特 點

智能技術是一門復雜的交叉學科，包含的內容涉及計算機技術、生物仿生技術、數學邏輯、控制技術以及信息技術等，綜合了多種學科的應用優勢。學科綜合性的優勢使智能技術具備優化和綜合改善系統性能的作用，如提高系統運行效率和信息處理能力等。此外，智能技術還能夠為電氣產品的開發提供智能技術支持。將智能技術應用于電氣自動化控制中，具有提高自動化控制系統精度、自動化控制系統穩定性以及自動化控制系統實時性的作用。

2 智能技術在電氣自動化控制中的應用優勢

智能技術在提高電氣自動化控制系統精度、穩定性以及實時性方面的應用優勢明顯。將其應用于電氣自動化控制后，相對于傳統的電氣自動化控制器及系統而言，控制器和系統的綜合處理能力得到提高[3-4]。綜合處理能力的提高使系統能夠更快且更精準地監控對象，保障電氣自動化控制器及系統對對象的動態化管理，確保電氣自動化控制器及系統的運行更加安全、穩定且高效。詳細的應用優勢分析如下。

2.1 提高系統精度

電氣控制系統的電氣線路及其系統復雜性較高。以電氣工業控制系統為例，控制對象受設備因素和環境因素等影響，存在較多不確定性因素，將降低電氣控制器的精度。電氣自動化控制中的智能技術系統采用實時控制算法和邏輯算法，使得控制器的計算精度更高。同時自動控制器系統運行過程中對被控制對象的控制精度也會相應提高。這不僅提高了控制系統的工作效率，還能從源頭避免不可控因素或控制誤差的發生，從而有效提高系統精度。

2.2 提高系統穩定性

工業電氣控制系統受多因素影響，運行過程中會發生波動，自動控制器受系統波動影響，工作效率和控制精度也都會受到影響。電氣自動化控制中的智能技術在綜合處理各類復雜信息及問題的同時，還能夠自動采集監控信息，穩定地輸出自動化控制信息和指令。系統采用相應的控制算法處理穩定輸出的數據信息，從而確保系統穩定運行，保證電氣設備及線路運行的安全性。此外，電氣自動控制器一旦發現錯誤指令，就會向系統發出自動告警來控制錯誤程序的運行，及時預防和處理各種小故障，以防引發更大的安全事故。

2.3 提高系統實時性

傳統電氣控制器對系統參數的控制是依靠人工掌握的技術和經驗來完成的，因此對控制器的調整可能會參差不齊。此外，電氣控制器及系統調節的準確性不高，而且還存在一定的滯后性。電氣自動化控制系統中智能技術采用的邏輯算法使系統具有實時的邏輯推理和判斷能力。系統能夠根據智能終端自動采集的信息和邏輯算法調節和控制電氣自動化控制器及系統，而且從電氣設備及線路的監控到系統控制的調節都是實時的，具備實時監控及管理的優勢。

3 電氣自動化控制中智能技術的應用

3.1 故障診斷的智能化

隨著當前工業發展的規模化、集約化以及綜合化，工業自動化控制系統連接的設備和線路越來越復雜，運行過程也更加復雜。各類硬件、軟件以及電氣線路錯綜復雜，導致系統運行所受條件因素較多，一旦發生故障排查難度極大。電氣自動化控制技術中的智能監控技術可自動對實時監控設備和線路的運行狀態，并及時將監控信息傳輸給控制中心[5-6]。一旦設備或電氣線路發生故障，故障信息將自動傳輸給控制系統中心和自動報警系統，由自動報警系統對故障做出報警反應，并從控制中心的管理界面快速查找定位故障部位，鎖定故障位置和故障類型。智能技術對故障的自動排除和自動預判能力，為及時發現故障隱患奠定了基礎，不僅有效預防了系統故障的發生，保證了系統運行的穩定性，還提高了故障查找的效率，降低了人工查找故障的成本，對于工業生產從自動化向智能化的轉型有著重要的促進意義。

3.2 產品設計的智能化

傳統電氣工程產品的設計主要是采用創新設計流程，需要在一套完整的產品設計流程下，經過反復的修改、試驗以及調整，才能得到最終產品。這大大延長了產品開發的周期，且產品的效果只能在制造使用后才可得到驗證。電氣自動化控制下的產品設計可通過仿真設計來驗證產品性能，了解產品功能。

智能技術將傳統電氣工程產品設計中的串行設計流程改為了并行設計流程。并行設計流程下，系統可利用多種軟件同時設計，有效解決了設計與制造分離的問題。電氣自動化控制中的智能技術為產品設計中的仿真設計和數據處理提供了技術支持。各類自動化設計軟件以可以通過模塊化的形式儲存，后期開發電氣工程產品可在原有模塊化設計的基礎上進行調整和優化，并由云計算處理技術和大數據處理技術提供數據處理支持，由虛擬技術提供產品測試支持。這樣就可以在產品設計的過程中測試產品的性能，縮短了產品設計的周期[7,8]。電氣自動化控制系統可編程處理器可對產品的設計進行在線編程優化，調整產品制造的參數，實現制造模式動態化的設計優化。此外，大數據和云計算等所具備的高效和高精度綜合處理能力，確保了電氣產品設計中復雜問題處理的效率和進度，對提升產品開發效益有著重要意義。

3.3 電氣控制的智能化

傳統的電氣控制是通過控制電氣設備二次回路來保障設備的可靠與安全。這種控制方式對一次設備及線路的可靠運行有明顯保護作用。隨著計算機技術、通信技術、自動控制技術以及微電子技術的發展，大量的智能控制芯片和智能傳感器應用于電氣控制系統，這對電氣控制系統的綜合性和安全性提出了更高的要求。就電氣自動化控制系統本身而言，單純采用電氣設備二次回路控制的方法很難保障系統運行的可靠性。電氣自動化控制系統具有復雜的電氣系統結構和運行層次，這要求電氣自動化控制系統實時監控系統設備的工作狀況，并在實時監控的基礎上智能維護設備。對于企業而言，它要求工業電氣自動化控制系統必須實現電氣控制的智能化轉型，而電氣自動化控制中智能技術恰好為企業工業電氣控制智能化的實現提供了技術支持。電氣控制智能化表現在智能終端監控設備遠程監測和控制系統的工作狀態，并設計自動報警系統對電氣自動化設備運行的異常進行主動報警，配合維修服務。智能技術的應用擴大了電氣設備的服務范圍，有效提高了設備的工作性能。此外，將傳統電氣控制的被動維修轉為電氣自動化控制的主動維護，減少了設備的故障損壞，還有效延長了設備的使用壽命，而且還促進系統控制網絡的開放性、互連性以及分散性發展，不斷擴大工業電氣自動化控制系統的應用范圍[9-11]。

4 智能關鍵技術

4.1 人機接口技術

電氣自動化控制中的智能技術具有人機交互功能。人機交互功能需要人機接口來支持操作員與計算機之間的信息交換。工業電氣自動化控制的人機接口包括顯示器、鍵盤、打印機以及專用操作顯示臺。設備終端的智能傳感器自動采集信息并傳輸給工控機，在工控機專用顯示臺可視化技術中可以進行多視圖畫面的應用，直接進行人機交換操作。這種多視圖處理方式顯示的信息類別和信息量更多，視圖呈現方式多樣。人機交互界面下，可以在多視圖中建立交互聯動關系，在聯動關系下協同處理和解決問題。多視圖大大提高了多個對象協同處理的能力，為操作員靈活操作和處理提供了方便。

4.2 系統支持技術

電氣自動化控制中智能技術的應用為系統提供監控定時器、電源掉電監測、后備存儲器以及實時日歷時鐘等功能，為系統實時監測電氣設備及線路提供了標準化的時間，也確保了實時監測的可靠性。電氣自動化控制系統的分散測控系統采用分布式結構設計，每個智能電氣設備具有獨立的系統數據庫。智能監測的信息存儲在設備系統的數據庫，工控機可隨時調取各個設備子系統數據庫中的監測信息。總控系統自動監測子系統反饋的各個信息采集現場自動傳回的電源掉電和監控時間不一致等問題時，會自動發出報警并恢復操作。同時，自動檢索并記錄歷史信息，自動分析歷史數據，支持工控機快速找出故障并及時排除故障。此外，操作人員在人機交互界面可以通過控制鼠標和鍵盤修改、調整或控制指令，完成開放式操作。在智能技術的支持下，電氣自動化控制系統還支持擴展通信、系統開放操作、自動通信以及自動調節等功能。具體的功能由工控機監控的需要和系統分層體系的設計決定。

4.3 總線技術

工業電氣自動化控制系統采用IPC工控機綜合化管控系統。IPC工控機統采用縱向設計，其縱向技術可分為內部縱向與和外部縱向。其中，內部縱向是工控機內部系統信息傳輸的公共通道，外部縱向是工控機與其他計算機和智能設備信息傳輸的公共通道。IPC工控機外部縱向常用RS-232C、RS485以及IEEE-488通信總線。不同的總線用于連接不同的工控機產品，根據外部總線，常用工控機產品有PC總線工控機、STD總線工控機以及VME總線工控機。其中，STD總線工控機可支持8位微型處理器。根據智能技術的應用要求，STD總線工控機配6根邏輯電源總線、4根輔助電源總線、8根雙向數據總線、16根地址總線以及22根控制總線。這些總線被封為4組，以便于支持多處理器系統。數據傳輸的控制方式為同步空時。此外，系統兼容了PC/XT，因此信息傳輸的安全性和可靠性顯著提高。VME總線根據信號類型劃分總線，總線具有數據傳輸、中斷、多主設備支持以及錯誤處理等功能。外部總線可于外部智能設備的實時通信，確保系統的通信通暢及安全。

4.4 可編程控制器技術

電氣自動化控制系統采用了可編程控制器。可編程控制器具有邏輯控制、運動控制、過程控制、數據處理、通信聯網以及分散控制的功能。例如，對電氣開關量的邏輯控制能夠支持電氣控制系統單臺設備的獨立作業，控制作業順序。在自動化的流水線中，開關量的邏輯控制常應用到組合機床和龍門刨床等作業操控。設置邏輯控制和順序控制增加了設備控制的靈活性。再如電氣控制中的聯鎖行為，通過分散控制實現對電氣設備聯動生產的控制。在可編程控制器支持下，分散控制系統的設計形式能保證設備在發生故障時，由可編程控制器對發生故障的電氣設備進行停運控制，以防故障電氣設備影響到系統及其運行狀態。

5 結 論

在科技信息高速發展的時代，電氣自動化控制技術的發展必然隨著科技信息技術的發展而發展。智能技術作為智能時代最典型的科技信息技術，將成為未來20年內引領社會發展的重要技術，在電氣控制中的應用涉及故障診斷、電氣產品設計以及電氣控制等多個方面。電氣自動化控制中智能技術的應用主要體現在設備及系統的智能化。對電氣設備進行智能化改造，或在設計電氣系統結構時增加智能監測設備，強化系統的人工智能，通過提高設備及電氣系統的智能化水平，極大地提高電氣自動化控制的人工智能，為電氣自動化控制的應用與發展帶來更大的發展空間。