工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中人工智能的實(shí)踐思考

吳 磊

0 引言

在我國科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展背景下，人工智能愈發(fā)先進(jìn)，被廣泛應(yīng)用在各大領(lǐng)域，尤其是在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，既能大幅度提升自動(dòng)化控制水平，又能降低生產(chǎn)成本。實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化技術(shù)和人工智能技術(shù)的有機(jī)融合，可促使工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行更加人性化、科學(xué)化和智能化，推動(dòng)工業(yè)實(shí)現(xiàn)飛躍式發(fā)生。基于此，開展工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中人工智能的實(shí)踐思考研究就顯得尤為必要。

1 目前我國工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

目是在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的自動(dòng)化控制系統(tǒng)有三種，包括：PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)、工業(yè)PC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)、DCS 自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)屬于一種可編程的控制產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的主要機(jī)理是通過數(shù)字運(yùn)算的方法，來操作和控制可編程邏輯控制器，讓控制器能夠按照編程內(nèi)容和邏輯運(yùn)算的內(nèi)容來執(zhí)行設(shè)定好的指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行全面、有效的控制。

工業(yè)PC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)按照工控機(jī)的不同，分為兩種形式，一種是IPC 工控機(jī)，另一種是CompactPCI 工控機(jī)，自動(dòng)化控制機(jī)理是用PC 機(jī)作為系統(tǒng)運(yùn)行的服務(wù)器、客戶機(jī)等，既具有管理的功能，也具有控制的功能，是一種綜合性比較強(qiáng)的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)數(shù)據(jù)及相關(guān)信息的及時(shí)共享和交換。

DCS 自動(dòng)化控制系統(tǒng)是一種比較新穎的工業(yè)集中式自動(dòng)化控制系統(tǒng)，應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，可大幅度提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，具有良好的發(fā)展前景。

這三種工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是目前我國工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最多的系統(tǒng)，但系統(tǒng)的功能還比較單一，無論是PLC 控制系統(tǒng)、工業(yè)PC 控制系統(tǒng)，還是DCS 控制系統(tǒng)，都需要按照過往的經(jīng)驗(yàn)和啟示進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能發(fā)揮出作用，而且各系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)的能力有限，沒有完善的數(shù)據(jù)反饋機(jī)制，因此，整體應(yīng)用效果欠佳，到系統(tǒng)發(fā)生故障或者異常時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分析及判斷，也需要人工的控制，并非真正意義上自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

2 工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)人工智能技術(shù)的需求分析

人工智能技術(shù)的出現(xiàn)，極大地方便了人們生活和生產(chǎn)，但人工智能技術(shù)是一項(xiàng)高精尖技術(shù)，涉及的內(nèi)容比較多，既包括專家系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，也包括模擬學(xué)、仿真學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)等學(xué)科的內(nèi)容，讓機(jī)械設(shè)備富有人腦的思維和邏輯結(jié)構(gòu)，促使工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行和操作更加智能化、人性化、科學(xué)化。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)人工智能技術(shù)的需求主要體現(xiàn)以下幾個(gè)方面：

2.1 提升自動(dòng)化系統(tǒng)控制的精準(zhǔn)性

人工智能的各項(xiàng)操作和控制，都是在是計(jì)算程序自動(dòng)命令下完成的，計(jì)算機(jī)自動(dòng)操作過程中，可對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中備份，在下次使用時(shí)，用于自動(dòng)跟蹤和監(jiān)測數(shù)據(jù)運(yùn)行情況。再結(jié)合前一次數(shù)據(jù)使用時(shí)留下的痕跡數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)智能化判斷和控制，從而避免工業(yè)自動(dòng)化控制中發(fā)生較大是失誤。多數(shù)情況下，只要硬件設(shè)備不出現(xiàn)故障，通過人工智能技術(shù)可保證工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)刻處于在精準(zhǔn)、穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，從而提升工業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量[1]。

2.2 降低人力資源的投入量

工業(yè)生產(chǎn)屬于典型的勞動(dòng)密集性產(chǎn)業(yè)，為保持生產(chǎn)順利進(jìn)行，需要投入大量的人力資源。但通過人工智能技術(shù)可有效解決這一問題，降低工業(yè)生產(chǎn)的人力資源成本。和傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)相比，基于人工智能技術(shù)的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在長期運(yùn)行中，也只需要3～5 名關(guān)鍵技術(shù)人員進(jìn)行操控和日常排查就可以滿足穩(wěn)定運(yùn)行的需求，既能有效解放工業(yè)生產(chǎn)人力，也可以對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化計(jì)算、處理、歸納整理，將人力資源的價(jià)值發(fā)揮在系統(tǒng)決策、統(tǒng)籌分析上，而不是在繁瑣、枯燥、大量的實(shí)際生產(chǎn)中。

2.3 避免系統(tǒng)發(fā)生失誤和失控

無論是PLC 系統(tǒng)，還是工業(yè)PC 系統(tǒng)，DCS 系統(tǒng)，在運(yùn)行中都需要人的把控，但人的精力和能力是有限的，在操控和控制中，難免會(huì)發(fā)生失誤、偏差等，從而影響工業(yè)生產(chǎn)的效率，甚至?xí)斐奢^大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。應(yīng)用人工智能技術(shù)，可通過計(jì)算機(jī)對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，再通過精確的計(jì)算來避免發(fā)生誤操作問題，甚至能簡化一些無關(guān)緊要的流程，促使工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)更加安全、高效、穩(wěn)定的運(yùn)行。

3 工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中人工智能的實(shí)踐思考

3.1 人工智能在工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備中的應(yīng)用

工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的復(fù)雜性和技術(shù)性，涉及的內(nèi)容也比較多，對(duì)操作人員的專業(yè)水平和綜合素質(zhì)有較高的要求，只有保證每名操作控制人員都能熟練掌握相關(guān)知識(shí)，并具有豐富的實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)，才能減少人為操作失誤，保證工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備都能安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。人工智能技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用，是以計(jì)算機(jī)理論為核心，按照工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的性能和生產(chǎn)要求，來編制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備的智能化控制[2]。簡而言之，就是通過智能化設(shè)備來代替人工操作的設(shè)備，再通過計(jì)算機(jī)編程技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)集中控制，嚴(yán)格按照編程指令運(yùn)行，從而提升設(shè)備運(yùn)行的精準(zhǔn)度，提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成。將人工智能技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，可大幅度提升自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行的科學(xué)性和智慧化，在保證自動(dòng)化設(shè)備穩(wěn)定精準(zhǔn)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行環(huán)境。

3.2 人工智能在工業(yè)自動(dòng)化控制工作中的應(yīng)用

在工業(yè)自動(dòng)化控制中，電氣設(shè)備的控制是重中之重，自動(dòng)化、智能化設(shè)備也是目前工業(yè)生產(chǎn)的主要發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的智能化、智慧化、人性化控制，能夠極大的提升工作效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。人工智能中的模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、專家決策系統(tǒng)等，都是目前電氣設(shè)備控制的先進(jìn)技術(shù)，能夠?qū)Ω鞣N工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行行之有效的控制，而且控制效果非常好，可保證電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)行[3]。比如：模糊控制系統(tǒng)可應(yīng)用于設(shè)備速度調(diào)節(jié)控制中，可按照工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況，及時(shí)、精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)設(shè)備速度，通過一種更好的效率來進(jìn)行交流傳動(dòng)控制等相關(guān)問題，提升電氣設(shè)備運(yùn)行的質(zhì)量和效率。

3.3 人工智能在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)日常操作中的應(yīng)用

工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜，日常操作控制量大，且比較繁瑣。傳統(tǒng)人為日常操作，會(huì)增加工業(yè)自動(dòng)化控制時(shí)間，降低自動(dòng)化控制的效率。通過應(yīng)用人工智能技術(shù)可很好地解決這一問題。比如：工業(yè)自動(dòng)化控制日常操作中，通過人工智能的基本控制算法就可以對(duì)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行有效控制，可直接取代傳統(tǒng)復(fù)雜繁瑣的日常管理，且操作工序也進(jìn)行了簡化處理，只通過一臺(tái)計(jì)算機(jī)，就能實(shí)現(xiàn)所有工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備的日常操作及管理[4]。更加顯著的優(yōu)勢在于，應(yīng)用人工智能技術(shù)，還能實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，而且遠(yuǎn)程控制操作界面非常簡潔，可對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中形成的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)有效的處理和保存，便于后期查詢和使用。由于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)在日常操作中，會(huì)形成大量數(shù)據(jù)，如：設(shè)備損耗數(shù)據(jù)、電量數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，如果僅憑人工記錄保存，工作量非常大，而且容易差錯(cuò)。人工智能技術(shù)中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和表格編制軟件，采集到數(shù)據(jù)可自動(dòng)形成表格，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全面采集和有效保存。

3.4 人工智能在故障診斷中的應(yīng)用

人工智能中的模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等，都可以應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)故障診斷中，而且診斷精度和效率非常高。工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行條件惡劣，而且需要長時(shí)間運(yùn)行，難免會(huì)發(fā)生各種各樣的故障。傳統(tǒng)故障診斷過程比較復(fù)雜，工序較多，而且準(zhǔn)確率不足，需要較長時(shí)間的停機(jī)，來尋找故障，解決故障，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。應(yīng)用人工智能技術(shù)之后，傳統(tǒng)的故障診斷方法逐步被取代，比如：將模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)相互結(jié)合到一起，可快速找到故障發(fā)生的位置、發(fā)生的原因，并提出處理故障最佳的方法[5]。此外，還能實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢測，通過監(jiān)測工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，可獲知存在的故障隱患，及時(shí)處理，避免停機(jī)，提升工業(yè)生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合理論實(shí)踐，分析了工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中人工智能的實(shí)踐思考，分析結(jié)果表明，目前工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)還存在自動(dòng)化水平低，需要人為大力干預(yù)的問題。人工智能技術(shù)的誕生有效解決了這一問題，將人工智能應(yīng)用到工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，既能大幅度提升工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，而且還能保證工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)更加科學(xué)化、人性化、智慧化的運(yùn)行，值得大范圍推廣應(yīng)用。