人工智能技術在電氣自動化控制中的應用

呂穎利

(濟源職業技術學院，河南 濟源 459000)

在2015年全國兩會期間，政府工作報告中首次提出“互聯網+”，2016年，中國人工智能學會創立GAITC(全球人工智能技術大會)，首次全景式勾勒了人工智能技術發展的前沿景象，并對未來走向提出了前瞻性預測。之后歷經四年時間，互聯網與傳統行業全面結合，創造了新的經濟生態和社會形態。2019年全國兩會，政府工作報告首次提出“智能+”，這意味著從宏觀層面來看，“智能+”正式接棒“互聯網+”成為賦能傳統行業的新動力，人工智能技術與傳統產業深度融合，規模化落地的時機出現了。

中國人工智能高速發展，已經成為當前火熱的前沿技術。無人超市、無人物流、無人加油站、無人駕駛、無人酒店等再加上各種功能健全的機器人，在我們毫無察覺中，人工智能正在日夜不息地自我迭代進化，沖擊著我們生活的方方面面。在這些令人詫異和振奮的事件背后，離不開計算機視覺、機器學習、自然語言處理、生物特征識別及知識圖譜等人工智能五大核心技術?？梢哉f，在人工智能產業中，技術是連接芯片和應用場景的紐帶，決定了產品的智能化程度。

人工智能是科學家們的智慧結晶，也是技術改革的重要產物，更是工業自動化的先進力量。人工智能技術的應用范圍相當廣泛，具有強大的生命力和持久力，對人類生活產生無法想象的積極效應。而且，電氣工業的智能化能節約工業生產的資源投入和管理成本，逐步改造企業的整體水平。

1 電氣自動化控制普及人工智能技術的現狀

人工智能通過模擬人類大腦的運行模式進行精密的機械操作，是時代發展的必然趨勢?？茖W技術的創新和計算機技術的進步共同決定人工智能技術的發展速度，是系統正確執行人類指令的指揮官。工業生產運用人工智能代替人力勞動從事生產操作，能大大降低人工操作的失誤和誤差，真正做到精準控制。人工智能不但能提高批量產品的質量，還能促進電氣自動化的工業進程。所以，人工智能在電氣自動化設備的應用范圍越來越廣，而且使用頻率也越來越高。

雖然人工智能對工業生產有明顯的優勢，但是仍有許多企業在普及自動化過程中遇到不少實際困難，導致人工智能的應用受阻或使用效果不理想。一方面，企業專業技術不到位及自身設備無法支持智能系統的操作。傳統企業的工業設備依靠人工進行實際操作，而這些設備無法滿足自動化的需求。因此，企業受到原設備的制約，不能全面地實行智能化，還影響企業的生產效率。另一方面，企業缺乏專業的技術人員或技術人員的專業素質不達標。配置專業的技術人員能保證電氣設備長期處于正常工作狀態，這關系著企業智能化發展的可行性。由于專業人員不足，企業無法自行調試設備，只能外請第三方處理設備問題，嚴重影響生產過程甚至延誤工期。

2 人工智能技術在電氣自動化控制方面的應用

電氣自動化控制是按照人規定的程序實施電力控制，應用已很嫻熟，但將人工智能技術引入自動化控制領域，便擁有得天獨厚的應用價值，為工業生產自動化帶來質的飛躍。人工智能在自動化生產過程應用廣泛，包括設備應用、電氣控制、日常操作和故障診斷等。

2.1 人工智能技術優化電氣自動化設備

當前人工智能技術的應用實現了軟件與硬件相結合的表現形式，包括開關、模擬數據、實時動態采集和處理的自動化，例如按照系統所需，自動化地進行數據的采存、存儲、整理和分析，同時軟件生成相應圖像，反應模擬電氣自動化系統的實際運行情況，工作人員可直觀地看到電壓、電流、隔離開關、斷路器及整個回路系統涉及的設備和參數的變化，在這個過程中需注意由于采集的數據和分析圖像所占的電氣自動化軟件空間較多，因此應充分考慮到系統控制端設備的運行性能和對軟件系統的要求，防止其它程序的正常運行。另外，工作人員可通過電腦操作遠程控制電氣自動化系統中的斷路器和隔離開關等，自動調整電流、電壓等運行參數，提高電氣自動化系統運行的可靠性和穩定性。

電氣自動化系統的操作較為復雜，對專業知識的要求也很高。如果操作人員的技術水平不達標，系統就容易出現錯誤、停機或操作失敗等情況。然而，人工智能通過計算機編程實現精準操作，相當于實現智能控制的數字化，徹底解除手動模式。人工智能技術便能成功避免上述不當操作的出現，并順利降低人工操作的風險系數。另外，傳統的電氣設備對運行環境的要求也相當高，而人工智能技術卻能改善設備的性能和運行程序，優化操作空間和生產環境。

2.2 人工智能技術系統掌控電氣控制過程

電氣控制過程是電氣自動化的中心進程，也是人工智能需要攻克的重點和難點。電氣控制過程需要全面實行人工智能化，就必須解決以下3個技術模塊：掌握交直流傳動的模糊控制、實現經驗傳送的專家控制和類似人腦網絡的神經控制，因此我國專家學者一直致力于不斷提高電氣控制中人工智能技術的應用，其自動化計算和計算機系統代替人工完成某些工作，在一定程度上減少了人為誤操作，同時，直觀明了的操作系統和簡化的智能控制程序，極大地提高了操作的準確性。企業系統地運用上述控制技術，能實現自動化生產的科學性、可行性和整體性要求。所以，人工智能的投入使用能有效降低人力、物力、財力等資源投入，有效提高電器控制的精確度和工作效率。

2.2.1 模糊控制

模糊控制對于電氣控制系統的掌控具有非常重要的意義，對于人類來說，對機械設備和電氣設備的傳統操作，往往是基于目的和結果明確這個前提的，例如一臺機器，工作的時候需要打開開關，不工作的時候閉合開關，需要增加功率的時候有對應的開關，需要進行自檢的時候也有開關。但是隨著一個系統的復雜性和不確定性的出現，精確控制難以實現的時候，我們還想繼續對整個系統的正常運行進行把控，就必須引入模糊控制，模糊控制是以模糊數學理論為基礎的一種控制方法，是通過建立模糊邏輯模型來實現對不明確的系統進行更加精準的操控的目的，這正符合人們對于智能化能用于系統控制的期望，因此，模糊控制的應用，能夠提升人工智能對于復雜系統的控制能力，進一步提升人工智能的科學技術水平。

2.2.2 專家控制系統

如果說模糊控制系統依然沒辦法讓人工智能擺脫機械的影子，那么專家系統則是進一步提升了人工智能對系統的控制能力，讓他們的行為在精準的同時，更加的擬人化。專家系統實際上可以理解為借用計算機超高速的運算速度，針對當前的問題選取最優結果的一種控制方法。專家系統也可以理解為一組計算機程序，里面囊括了數據庫和推理機兩大重要部分，數據庫中儲存的是該領域中所有相關的知識和經驗，推理機則是頻繁調用這些經驗和知識對當前的形勢進行分析，得到最優的解決方案之后，開始行動，并形成經驗，對類似的問題和解決方式進行記錄，數據庫也隨之進行更新，這個過程很像人類的學習過程，通過不斷的遇到問題、處理問題、記憶問題的處理方法這樣的循環來實現能力的不斷更新，這個過程中還牽扯到一個遺傳的算法，就是在專家系統控制下進行的知識積累，能夠在人工智能更新迭代的時候，完完整整地‘遺傳’給下一代。

2.2.3 神經控制系統

神經控制系統能夠加速人工智能處理問題的速度，顧名思義，這個控制系統的功能類似于人類的神經系統，能夠對日常生活中接觸到的各種各樣的外界刺激做出符合人體需求的反應，形成反饋的過程，直接通過對應的控制器對其下達命令，這樣的過程能夠更好更快地處理一些常見的問題，更好地應對外界的刺激，神經控制系統是一種更加綜合的控制系統，在系統中應該包含專家控制和模糊控制兩種常見的控制模式，還應綜合地運用遺傳算法快速對數據庫進行更新，這樣才能在外界給予刺激的時候，根據經驗做出最優的反應，給系統最為正確的控制指令。

2.3 人工智能技術精簡日常操作

現代工業發展與日常生活息息相關，電氣運行的安全性和有效性不僅影響企業生產，還影響人類的日?；顒?。而電氣設備的設計是電氣運行的前提，是一項專業、復雜的系統工作，設計人員需要熟練掌握電機電器、電路原理等學科知識，還需積累豐富的操作經驗。傳統的電氣操作全靠人工操作，其操作步驟繁瑣、規章制度復雜以及工作壓力巨大，一旦電氣產品成型就很難再去查找故障原因及線路的優化，使維護管理變得比較困難，然而，人工智能的引進，利用計算機軟件技術、微電子技術等輔助設計優化電氣設備，使電路更加透明直觀地呈現，方便了優化電路的程序，極大地簡化了電氣操作，提高工作效率和運行穩定性。

2.4 人工智能技術提升故障診斷效率

電器自動化系統實際運行過程中，電氣系統涉及的零件和檢測部位較多，由于傳統技術故障診斷時效性較差，需要耗費大量人力和時間進行檢測，但其準確率又極低，這樣的診斷結果并沒有實際意義，給國家、社會和企業造成巨大的損失。而人工智能的介入，運用模糊理論、專家系統和神經網絡對變壓器和發動機等部位實行智能監控，真正實現機器的自動化。當電氣系統發生故障時，系統會立即反饋故障點，明顯提高診斷的準確率。

3 結語

人工智能對工業自動化的改革意義是跨越式的，而且對電氣自動化的發展功不可沒。另外，人工智能的實用價值很高，對電氣自動化控制的實踐也有重要的借鑒意義，必將成為工業發展的主要研究方向。