淺談人工智能技術對電氣控制的影響

王 英

（遼寧開放大學，遼寧沈陽 110034）

0 引言

《中國制造2025》的核心就是“智能制造”，智能制造包括產品智能化、裝備智能化、生產方式智能化、管理智能化、服務智能化。我國的科研水平一直在不斷提升，因此出現了很多智能化的新興技術，為了適應社會的快速發展變化，電氣控制的很多方面也都進行了智能化的改革，基于眾多高科技的應用理論、方法、系統構建，結合電氣自動化系統控制終端設備的運行性能和軟件系統的要求，組建的智能化自動控制模式可以自動、動態、實時、快速、全面地進行數據采集，且能夠分批進行數據存儲和整理，自動創建數據模型和專業圖表，從而可以對電氣自動化的各個環節進行一定的智能分析，實現電氣設備和運行系統故障檢測和預警，提升電氣自動化控制的靈敏性，也有助于實現電氣系統綜合控制，提高電氣自動化系統的可靠性和穩定性，促進電氣自動化控制的發展。

1 人工智能技術概述

2017年，政府工作報告指出，全面實施戰略性新興產業發展規劃，加快人工智能等技術的研發和轉化，做大做強產業集群。人工智能的發展從20世紀40年代人工智能的誕生，至今約有70年的歷史，如圖1所示。人工智能技術是一個寬泛的概念，從專業上來說包含計算機技術、數學、心理學和語言學等方面的知識；從技術層面上來說，融合利用了現有的多種前沿信息技術，如物聯網、大數據、云計算及人工智能，如圖2所示。人工智能系統具有學習、計算、識別等方面的能力，如模式識別版塊可進行語音識別、人臉識別、字符識別，數據挖掘技術層面可獲取各行業/場景一手數據，基于云計算、神經網絡芯片、GPU/FPGA等硬件創造出智能算法，還有神經網絡、深度學習、其他機器學習等技術支撐，從而可以自我學習或監督學習，獲取各類數據，分析語音和圖像，將機器人技術和專家系統作為主要研究對象來模擬當前各種行業中的人腦功能，完成很多人工無法勝任的高難度和復雜工作；而不同類型的人工智能具備不同的控制方式，用于電氣自動化控制時需要根據其具體應用方向開發對應的軟硬件系統，以有效發揮人工智能的各種優勢。

圖1 人工智能的發展史

圖2 信息技術間的關聯

2 人工智能技術在電氣自動化控制中的功能體現

2.1 數據采集和處理

智能技術在電氣自動化控制中應用的優勢在于其可以高效采集和處理數據，利用感應、掃碼、自動監控裝置和網絡上傳、數據管理軟件構成的智能體系可以收集設備運行時間、時長、溫度、功率等重要信息，實現對各種運行數據信息的自動化整合、統計，并及時處理和存儲相關數據，將信息傳輸到處理中心，然后數據處理后臺和管控平臺會以各電氣設備和控制系統的基本參數和運行數據為基礎，對這些雜而多的數據進行梳理和分析，再將數據處理結果整合成用戶端所需要的文字、圖像或表格等便于理解的形式，以便于工作人員及時、全方位地把握系統的運行狀態，為企業進行電氣管理決策提供參考依據，從而實現可視化數據利用，提高實際的自動化控制效率[1]。

2.2 故障檢測及預警

人工智能的數據采集和處理是基本功能，且數據的采集是持續且變化的，會以實際的設備和系統運行情況為基礎，從而及時更新數據，而人工智能的檢測和診斷正是以此為基礎，按照神經網絡模式，在信息監測和控制過程中，根據記錄的錯誤和異常情況，與標準參數和正常情況進行對比，推理出合理的結果，并將此反饋信息傳輸給終端設備，要求人工進行查驗和處理，因此可以在電氣控制的設備故障診斷中應用，設備故障智能診斷的流程，如圖3所示。從而實現對電氣自動化控制各環節和有關設備的持續監管，若出現非正常值，可以按照緊急情況設定的自動化控制程序應急處理，發出警報，協助管控人員處理故障，使設備和系統運行穩定。此外還可對系統故障進行模擬，以便提前做好防控，調試設備到最佳狀態，從而避免故障等問題的出現。

圖3 設備故障智能診斷的流程

2.3 自動化操控功能

人工智能的自動化控制能力更佳，依靠有效的代碼和程序，組建完善的軟件系統，可以實現依靠計算機計算能力的智能控制。因為計算機本身有多線程以及快速處理能力，人工智能各項功能的發揮又基于事實數據和標準化程序。整個控制程序可以同時完成網絡和負載操作，與設備之間通過網絡、電路等形式形成了良好的鏈接，使得管控人員不僅能在電腦上進行遠程操控電氣設備，還可以根據需要開發具有操控能力的機器人，使其代替人類深入到危險和人工無法到達之處。這樣不僅可以取代人腦思考，也可減少人為操控，有效避免人為操作時的各種干擾，還可以利用機械設備永不疲勞，可以24小時運行的特質實現全天候和實時的監控和自動化操控。如很多工廠的生產流水線都是采用自動化控制設備，預先按照生產模式和要求設置好自動化運行程序，配備相應的電氣設備管理及運行方面的軟件系統，從而代替大量的人工操作高效完成任務，降低工作成本和失誤率。如自動化緊急制動操作，汽車行業的剎車系統和駐車系統能識別環境因素，從而提高了電氣自動化控制系統的可調性和運行穩定性，大大提高了工作效率和效益[2]。

3 人工智能化技術對電氣控制的正面影響

3.1 簡化操作

傳統的控制器需要經過復雜的設計和參數設定、調整后才能發揮出有限的調控作用，設計流程復雜冗長，控制器的啟動和操作較為麻煩，對電氣企業和技術人員有很高的要求。而人工智能技術具有調節功能和很強的數據分析能力，在電氣自動化控制中應用時，在各類電氣設備的管控系統中合理融入專業系統、模糊控制，可以簡化設備使用步驟，讓相關的操作方法變得更加簡單。

3.2 反應靈敏且穩定

人工智能的計算機在算法上有著很大的優勢，計算速度更快更準，從而使電氣自動化控制系統能夠快速把握控制對象的數量以及精度，增強設備的靈活性，在面對各種異常情況和變化因素時快速進行反應，對大部分的對象進行有效監控，進而提高整體控制水平。可有效增強設備的穩定性，借助人工智能技術進行監測和自動化控制，利用計算機技術、通信設備、移動控制設備等及時發現設備存在的問題，并協助進行處理。此外人工智能不易受到外界的干擾，兼容性高，適應性強，與電力系統可以良好結合，從而創造更加穩定的電氣自動化控制系統。

3.3 提高控制性能

人腦是最精密、最復雜的系統，而人工智能是對大腦工作模式的高度模擬，并剔除了各種不利因素的影響，因此信息處理效果更好。且使用了計算機、控制器等先進、智能設備進行操作，可以實現多元化、全面化控制，打破了傳統電氣自動化控制的單一性。針對不同的控制器會有截然不同的解決方案，可以對一個對象進行統一化控制，也能實現多個系統同時控制，具備很高的靈活性。可在現場根據實際情況隨機調整，從而在遇到突發問題時第一時間調整運行程序，使電氣控制設備運行更加標準和規范，也可有效避免各種電氣故障和電力事故的發生[3]。

3.4 提升控制效率

電氣設備控制工作情況較為復雜，傳統的電氣控制模式在人工、機械和技術層面上還具有很大的發展空間。眾多的不完善導致控制系統運行效率受到影響，而借助成熟的智能技術進行升級改造，有助于企業更加全面地掌控智能設備，增強設備的性能，使得信息的收集和處理更為高效，從而提高工作效率，避免資源浪費。同時智能化、自動化控制系統在穩定的電力供應和網絡條件下可以持續高效運行，不需要安排過多的人員在電氣設備的運行、監測、調試、維護等環節，既可以減輕人員工作壓力，也可以降低控制系統出錯率。

4 人工智能對電氣自動化控制產生影響的方式

4.1 高效診斷故障，及時排除風險

電氣自動化涉及很多不同種類的電氣設備，在各領域中應用時需要最大限度地保障電氣設備整體性能的優越性，否則，一旦電氣設備出現故障，無論問題大小、頻繁程度，都會因為停工檢修給企業造成較大的經濟損失。更有甚者會因為設備故障引發火災、爆炸等危險事故，因此必須要對電氣設備定期進行檢修，并且能夠及時發現運行過程中突發的異常情況。然而電氣設備和系統組成復雜，涉及諸多科學方面如電氣、物理等相關知識，人工檢修會因為其專業知識和操作水平有限而無法保障全面有效地檢查，無法保證解決故障的準確性和及時性。而應用人工智能技術可實時監測設備運行狀態，進行工況評估，借助模糊理論、神經網絡技術和專家技術對采集的數據展開分析，以識別故障、診斷原因，第一時間判斷故障類型，并及時采取相關應急方案，合理制定解決方案，確保電氣設備的精準和安全運行，并且能夠壓縮故障檢測和反應時間，防止故障范圍擴大，降低運行風險[4]。

4.2 完善控制系統，提高運行效率和質量

電氣自動化的操控系統由多個子系統和電氣設備組成，具有一定的煩瑣性和專業性。單靠人力和非智能化的操控會耗費大量的時間和人力，最重要的是操作不夠精細和及時，無法兼顧整體，強化細部管理，很容易出現漏洞。而人工智能技術可以極大地提高設備的反應速度，基于該技術的電氣自動化控制系統會表現出明顯的瞬變性特點，這種優勢合理化、科學化發揮需要探索基于專家系統的綜合控制系統。但是專家系統類型較多，具有不同的作用，（如表1所示）還需要借助模糊控制和神經網絡構建出具有針對性的管控體系，即基于模糊邏輯，以模糊語言變量和模糊推理為理論基礎，以模糊控制器為工具，借助計算機控制系統等管控設備進行模糊控制。而網絡神經控制依據人腦神經元活動建立基本模型來研究電氣自動化控制，專家控制則是基于該行業的有關專家的研究分析，與電氣自動化控制專業方面知識結合成強大的理論基礎，從而獲得有關綜合控制的經驗和有效指導，進而在某些領域將專家決策方式當作管理模式，編制出具有針對性的程序軟件，建立一個全天候監控系統和智能化、遠程化管控體系，從而提高系統運行效率，實現在綜合控制方面的高效應用[5]。

表1 專家系統的簡要介紹

4.3 優化電氣設備，提升工作性能

電氣設備關乎著電氣自動化控制效果，由于不同設備所能發揮的作用不同，同時期所處的工作環境和工作方式、工作條件等因素會影響其運行狀態和故障發生率，因此需要保障其可靠性和安全性。同時可以通過人工智能技術提高其時效性和智能性，從而提升電氣自動化控制質量。具體應用時可從電氣設備設計階段著手，鑒于電氣設備設計會涉及機械、電力、電子等專業，電磁場、發動機、變壓器等物理知識，總體需要參考的資料較多，使得電氣設備設計具有煩瑣性和復雜性，要求有關設計參與人員必須具備很高的綜合水平。同時為了提高效率，要求設計工作具備很高的實效性和可行性，而人工智能可進行快速精確的運算，將采集到的信息數據人工輸入到計算機中，或是通過運行監測自動儲存和更新數據，并對數據進行匯集與分類，在短時間內進行復雜的運算，并且還能通過反復的演練保證計算的精度，從而可以快速確定各項設計參數[6]。抑或是為設計工作提供準確的結果參考，有效縮短電氣產品的設計開發周期，并且還可通過優化設計提高電氣設備性能，提高各類電氣產品的設計質量[7]。

5 結束語

綜上所述，人工智能在數據采集和處理、故障檢測、自動化操控等方面的功能優勢，可以在電氣自動化控制的自動操作、綜合控制、故障檢測和處理、電氣設備設計等方面加以良好運用，從而提高電氣設備運行的穩定性和精確性，簡化電氣自動化控制過程，提高控制性能。但是當前背景下的人工智能技術在電氣自動化控制中的融入還存在著一些問題，還需改善電氣運作環境，降低人工智能技術開發應用成本，培養優秀的技術人才，降低應用門檻，以促使更多企業能夠充分合理地發揮該技術的優勢。