電氣自動化控制中人工智能技術的應用分析

魏言成

（福建宏瑞建設工程有限公司，福建 福州 350001）

0 引 言

隨著社會的不斷發展，一些企業的規模不斷擴大，需要電氣自動化控制的系統結構及內容不斷增多，對電氣自動化控制水平要求越來越高。為進一步提高電氣自動化控制水平，挖掘電氣自動化控制潛力，需要與時俱進，注重一些新技術的應用。其中人工智能技術在近年來獲得了較快的發展，將其用于電氣自動化控制中將會促進控制工作質量與水平邁上一個新的臺階。

1 電氣自動化控制與人工智能技術

1.1 電氣自動化控制

電氣自動化控制是一項集電子技術、微機控制技術以及網絡技術為一體，能夠對運行的電氣設備進行自動化控制的技術[1]。其系統構成如圖1所示。

圖1 電氣自動化控制系統構成圖

其中，自動化裝置相關的元件主要有斷路器、接觸器、開關電源、中間繼電器、變頻器以及伺服驅動器等[2]。目前自動控制器主要指PLC，其主要由中央處理器、存儲器、輸入輸出單元、通信接口電源以及編程器組成，工作過程主要分為采樣階段、程序執行階段及輸出刷新階段。輸入采樣階段會掃描和讀入所有暫存在輸入鎖存器中輸入端子的通斷狀態與輸入數據，并寫入到對應輸入狀態寄存器中。同時關閉輸入端口，執行程序。執行程序時按照一定順序掃描執行指令，運算并將運算結果再次寫入輸出狀態寄存器中。當所有指令執行完成后進入輸出刷新階段，將輸出狀態寄存器的通斷狀態輸出鎖存器中，而后通過繼電器等電氣元件輸出，實現對相關設備的控制[3]。

1.2 人工智能技術

人工智能是計算機科學的一個分支，一般用電腦和電子儀器等機器模擬人的思維意識信息過程[4]。需要注意的是，人工智能不是人的智能，其能像人一樣思考，也可能會超過人的智能。在信息技術和網絡迅速發展的今天，智能技術成為人們關注與研究的熱門，經人們多年的努力，其已經實現諸多功能，如數據挖掘、語音識別、聲紋檢測、圖像識別以及智能控制等，在一些領域中的應用取得了一定成效。隨著用智能技術的相關理論不斷完善，人們積累的人工智能技術應用經驗不斷增加，相信將人工智能用于生產生活的各個方面在不久的將來終會實現。

2 電氣自動化控制中人工智能技術的優點

人工智能技術的應用將會給電氣自動化控制帶來新的發展契機，電氣自動化控制中人工智能技術的優點有以下幾點。

其一，識別功能強大。傳統的電氣自動化控制識別的對象主要是電氣元件的電壓、電流、溫度以及指令等，識別內容較為單一。而人工智能技術則可實現對聲音和圖像的識別，與電氣自動化控制相配合，可使人們更加全面的掌握要控制的電氣元件運行狀態，幫助其人們做出更為精準的判斷和正確的決策[5]。其二，能夠深度學習。傳統的電氣自動化控制只能通過執行輸入的指令實現控制功能，控制的靈活性較差，而人工智能技術基于對大數據的收集與分析，在人工神經網絡支撐下可實現對相關控制特征的提取，實現對控制過程的深度學習。電氣元件在以后的運行中即便發生一些突發狀況，在沒有人工干預的情況下人工智能技術也能根據深度學習建立的模型迅速作出判斷和反應，大大提高電氣自動化控制的靈活性[6]。其三，具備預測能力。電氣自動化控制中難免會遇到一些未知或突發的情況，傳統的工作中往往通過對相關參數范圍的設置以及相關指令的編寫來響應一些未知狀況。事實上，電氣自動化控制中突發狀況的種類和誘發原因多而復雜，通過代碼實現對各種突發狀況的應對不僅工作量大，而且難以達到預期效果。而人工智能技術可基于對電氣元件運行狀態和運行參數的采集，綜合評估電氣元件的運行狀況，實現對一些未知情況的預測，并向人們提供一些可參考的處理意見。這對有效避免突發狀況的出現，降低突發狀況造成的損失具有重要的現實意義[7]。

3 電氣自動化控制中人工智能技術的應用原則

應用人工智能技術是未來電氣自動化控制的主要發展方向[8]。但在實際應用中需要綜合考慮很多的因素，把握相關的應用原則，才能更好地發揮人工智能的優勢，使其更好的為人們的生產生活服務。電氣自動化控制中應用人工智能技術應遵守如下原則。

3.1 適宜性原則

在電氣自動化控制中，應用人工智能技術的目標在于降低生產成本，提高生產效率及利潤。人工智能技術的應用需要在硬件與軟件上投入較大資金，甚至還要配備專門的技術人員，這些都是不小的開支。另外，不同的人工智能技術實現的功能有所不同，投入成本存在較大差別，因此為更好地滿足電氣自動化控制要求應注重從經濟和功能兩個方面進行評估。認真分析人工智能技術的應用是一次性投入，還是按照計劃分階段的投入，明確經濟投入目標。同時，根據電氣自動化控制工作內容和控制工作要求，選擇針對性的人工智能技術，確保其功能與電氣自動化控制要求相匹配，提高人工智能技術的應用率。

3.2 合理部署原則

電氣自動化控制中應用人工智能技術時應合理部署，既要保證部署方案的合理性和科學性，又要避免在部署的過程中給原有電氣自動化控制工作造成干擾。一方面，積極組織相關的專家對人工智能技術的應用方案進行充分的論證，做好頂層設計，結合生產工作實際制定明確的部署目標和部署計劃。另一方面，在部署的過程中應注重從局部到整體，穩步的推進部署工作，確保人工智能技術與電氣自動化控制技術有機融合。

3.3 優化性原則

人工智能技術是較為前沿的科技，新的理論與實踐成果不斷出現，因此在電氣自動化控制中應用人工技術時應遵循優化性原則[9]。優化工作可從硬件與軟件兩個方面入手，其中在硬件方面應結合實際推斷未來自身的發展可能，對未來人工智能技術需要實現的功能進行分析，在一些基礎設施上預留可拓展的空間。同時，在軟件方面尋找一條經濟可行的優化方法，既可以增加投入做好軟件方面的研發，也可與專門的軟件公司合作，確保人工智能技術相關軟件能夠得到及時更新。軟件功能的不斷完善與拓展，更好地滿足了生產工作對電氣自動化控制功能的要求。

4 電氣自動化控制中人工智能技術的應用

做好現階段人工智能技術的學習與研究，分析哪些人工智能技術已經應用于控制領域，哪些尚處在理論研究階段。同時，認真分析電氣自動化控制工作特點，借鑒國內外人工智能技術在電器自動化控制中的應用經驗，提高電氣自動化控制中人工智能技術應用水平與質量。

4.1 模式識別的應用

人工智能技術中的模式識別指運用計算的方法根據樣本的特征將樣本劃分到一定的類別中去，分為圖形識別和語音識別[10]。電氣自動化控制中運用模式識別，能很好地提高其控制精度與效率。一方面，為更好掌握電氣設備的運行情況，實現針對性控制，根據電氣設備的平面和空間布置形式，在合適的位置安裝攝像設備，負責對電氣設備全天候影像的錄制。將各電氣設備的影像信息傳輸給人工智能技術圖形識別中心，由識別中心提取正常影像信息特征，構建出正常的運行模型。結合電氣自動化控制系統中各子系統傳輸的信息，便可實現對電氣設備由內到外的全面監控。同時，在圖形識別的支撐下，可自動判斷電氣設備是否正確按照指令動作，而且能夠實現對一些動作的自動微調。另外還可基于人工智能系統的圖形識別判斷外物的入侵，并發出警報，保證電氣設備運行環境的安全性。另一方面，語言識別能夠方便授權的確認及指令的生成。傳統的電氣自動化控制都要通過人工輸入密碼獲得控制系統的授權，并親自動手編寫相關的控制指令，工作效率有待提升。應用語音識別可實現密碼的無接觸輸入，更快地獲得授權。同時，在指令的編寫上可根據語言的描述自動地生成并發送指令，提高了電氣設備控制的智能化水平。

4.2 智能機器人的應用

電氣設備運行中受多種因素的影響難免會發生一些故障。運用電氣自動化控制技術雖然能夠實現對故障設備的隔離，但針對難以自動恢復且技術人員又難以達到現場的故障排除而言，則需要花費更多的時間，這必然給系統的正常運行帶來不良影響，尤其當前一些企業的電氣化設備種類繁多，電氣設備所處的環境復雜，進一步加大了故障排除難度[11]。而運用智能機器人可方便解決上述問題。基于圖像及信息傳輸技術可實現對機器人的遠程控制，因此當電氣設備發生故障時可及時派遣機器人達到現場進行故障的排除，尤其針對一些環境復雜的故障可使用微型機器人深入到現場。另外一些小的故障也可運用智能機器人在不斷電的情況下開展相關的維修工作，而且不必擔心安全問題。不僅如此，在日常的電氣設備維護工作中也可運用智能機器人，通過編寫相關的程序以深度學習，以自動完成對相關電氣設備的檢查工作，甚至能運用存儲的大量電氣故障信息實現對一些電氣設備故障的維修，而且在維護工作中不會出現遺漏的情況，在保證日常維護工作質量的同時，有效地節省了電氣設備維護成本。

4.3 專家系統的應用

專家系統是一種具有大量專門知識與經驗的智能程序系統，可為相關問題的解決提供可行的參考方案。傳統的自動化控制系統中對電氣設備故障的排除主要依賴技術人員的專業知識及經驗，但是技術人員的專業知識及經驗有限，一旦遇到一些新的問題則難以短時間內找到解決方案。而專家系統中涵蓋有豐富的業內知識，不僅能夠為常見的電氣故障提供有效的排除思路，而且其能進行適當推理，在解決新問題上有著明顯的優勢，因此排除電氣設備故障時可運用專家系統，其結構如圖2所示。

一方面，專家系統主要分為解釋型、診斷型以及預測型等，不同類型的專家系統功能有所不同，應用中應根據電氣自動化控制工作需要構建針對性的專家系統。同時做好專家系統內容的完善與補充，不斷地擴展知識容量[12]。另一方面，為確保專家系統可較好地應用于電氣自動化控制工作中，可結合工作特點設計出友好的交互環境，方便技術人員在工作中進行操作，查詢各種能夠解決問題的信息。

5 結 論

當前人們對人工智能技術關注度不斷提高，世界各國在人工智能技術研究方面不斷增加投入，為人工智能技術在生產生活中地應用奠定堅實基礎。人工智能技術在電氣自動化控制領域中的應用優點突出，有著廣闊的前景，因此應做好對自動化控制與人工智能技術的深入研究，尋找兩者之間的最佳契合點，在準確把握相關應用原則的基礎上探尋可行的應用方案，促進電氣自動化控制技術的革新，使得電氣自動化控制水平邁向一個新的臺階。