基于人工智能技術的電氣自動化控制措施研究

丁云雷 張明星

安徽皖欣環境工程有限公司 安徽 合肥 230601

引言

合理利用人工智能技術，可將電氣系統運行過程中的全部數據信息進行收集和處理，并基于數據分析結果來全面實現對電氣系統的自動化控制，從而最大限度地降低人力與物力投入，減少因人為失誤所造成的電力安全事故，進而在保障電氣系統安全運行的同時，提升整體電力系統運行效率。

1 電氣自動化控制措施

1.1 電氣控制應用

現代人工智能自動化電氣控制系統應用，主要包括模糊控制、專家控制及網絡神經控制等。模糊控制主要基于模糊語言、模糊推理理論為主，以相關專家經驗作為裝置基本控制規則，并合理運用模糊控制裝置對相應設備實施全面信息化、智能化控制，其主要原理是基于模糊邏輯來控制設備執行相應的推理規則，從而實現電力直流與交流之間的傳動，完成自動化控制過程。專家控制主要指的是基于網絡專家理論，將現有電氣自動化控制理論進行有機結合，通過專家模仿、數據分析、數據整合及數據獲取等方式，來實現電氣系統信息化及智能化控制，從而使自動化電氣控制系統運行更加高效化、靈活化。此期間，設計人員需根據企業電氣系統實際情況，合理調整電氣裝置控制參數、修改動作指令，進而保障企業電氣設備能夠適應各種復雜作業環境，從而增強電氣系統裝置運行效率。而網絡神經控制主要指的是通過電腦設備對人類大腦神經系統進行綜合模擬，構建擬人化網絡神經控制虛擬模型，并以此來實現對電氣系統的全面智能化控制。

1.2 監控生產安全

可充分利用現代人工智能技術構建智能化安全監控平臺，對企業自動化電力系統運行數據進行全面監控。如在生產車間日常生產運行時，為保障生產設備安全穩定運行，可以現代智能技術為核心其他信息技術為輔助，構建完善的智能監控系統，對獲取相關機械設備日常運行信息，并針對數據信息進行電力設備故障檢測，一旦發現異常數據或潛在電氣安全隱患，監控裝置則會在第一時間內向控制臺發出相應的預警信息，并給予相應的故障解決參考，必要時會將部分電氣設備進行急停處理，進而杜絕因電氣系統問題而導致各類安全事故發生。除此之外，還可對工人日常設備操作行為進行全面監控，嚴格監督施工人員是否存在違規操作和危險操作現象，進而在保障生產安全運行的前提下，提升企業電氣設備工作效率[1]。

1.3 信息傳輸

信息傳輸主要指的是利用相應的終端設施和操作軟件，對企業內部所有電氣設備信息實施雙向傳輸交流，其中主要以執行終端作為系統傳輸主體，將操作人員輸入控制系統中的全部操作指令準確無誤地傳輸給下屬控制系統，進而實現全面智能化電氣設備管理過程。在對相關信息數據進行分析和傳輸過程中，系統會時刻監控全部電氣運行信息是否存在異常現象，并將相應的信息處理結果發送至工作人員的系統操作界面，為相關人員提供準確數據參考依據。待到工作人員將相關處理指令數據完畢后，信息傳輸系統會在將具體操作信息傳輸至下屬系統后，記錄全部設備故障處理過程，進而為后續類似設備故障和突發狀況提供相應的參考依據。通常來講，在設計信息傳輸系統相關程序時，必須重點注意信息傳輸的規范性，并綜合分析信息數據發送、打包、加載、發送成功提示與發送失敗提示的全過程，進而保障整體信息數據傳輸的準確性和時效性。

2 實例分析

2.1 技術應用背景

以某礦山企業電氣自動化控制系統中的AI智能控制技術應用項目為例，由于該礦山區域附近地勢較為復雜，內部電氣設備信息與生產信息傳遞精確度較低且延時較大。因此，經相關人員研究后決定，主要采用現代人工智能技術對企業內部電氣系統實施全面自動化升級，并基于礦山耗能信息、化驗信息、調度信息、設備信息、資源信息、計劃信息及鉆探信息特征，對企業物料庫存數據、運輸信息等實施全面智能化管理，進而優化內部電氣設備生產效率，降低人工勞動強度。

2.2 電氣自動化控制系統框架

2.2.1 系統框架設計。本次案例項目主要以實現礦山內部電氣設備自動化運行管理為目的，構建了全面智能化電氣系統控制平臺，其不僅對礦山內部如密度計、流量計、壓力計及液位儀等儀表設備信息，進行全方位數據采集和管理。還對離心泵、柱塞泵、除塵器、攪拌機與氣動閥、電動閥等設備，進行全線自動化控制。并將上述相關設備運行信息進行系統整合、管理，再經智能邊緣計算、縮減分析分別存儲相應的數據庫，最后傳輸至不同的企業運營管理平臺當中。工作人員可通過管理平臺來下達各種控制指令，系統會通過網絡方式分別傳遞給指定的現場設備、閥門和儀表儀器[2]。

運營服務管理信息平臺主要負責對全部電氣信息進行解析和建模，還包括對移動客戶端信息進行全方位的數據查詢、監控及操作，并結合大數據技術對相關信息實施系統化分析、處理和存儲。在全部系統運行過程中，相關人員可通過監控系統，對礦山內部各個電氣設備運行狀況及工藝參數實施全面監測，最后根據運營服務管理系統中下發的參數修改指令來調整設備參數，其中主要包括如充填流量、充填濃度及灰砂比等參數信息。而通過系統修改的各項電氣設備參數可在系統內部自動保存并形成相應的操作記錄，以便為后續工程數據查詢提供真實準確的數據參考。

除此之外，應用現代人工智能技術所構建的自動化電氣管理系統，簡單來講就是集云、邊緣、終端為一體的電氣數據傳輸與處理的全過程。云處理主要指的是云端數據管理，其對礦山作業數據的采集與監控主要依靠移動客戶端來實施，并將其中所索取的云端信息全部匯集，進而滿足企業信息查詢檢測需求。邊緣處理主要指的是調節與分析邊緣側信息，將充填濃度、管道壓力及充填流量等信息全部轉化為可識別的云端信息格式。而終端則主要代表電氣終端系統中的各個儀表和儀器裝置，可全方位獲取礦山作業數據，并將相關數據通過網絡方式全部傳輸至邊緣側數據計算系統，同時基于邊緣側數據計算系統中所布設的報警界限，對于部分異常狀態運行的設備信息進行預警提示。進而保障整體企業電力系統安全穩定[3]。

2.2.2 硬件結構設計。本次案例工程項目自動化電氣系統硬件部分主要包括傳感回路與接收回路兩部分，其中傳感回路中主要包括Modbus、DP及CAN等幾個主要現場控制總線，其中主要系統控制過程如下：第一，運用控制器局域網絡（CAN），將系統控制設備中的顯示器、CPU、遙控接收機、電磁閥等裝置相互連接，實施全面集中化控制管理。第二，運用DP總線來接收總控制器裝置運行時的全部信息數據，并由總線將電氣設備運行信息與故障信息全部返回至接收回路當中，遠程控制每個設備裝置中電磁開關，保障礦山作業過程中相關設備超出運行負荷后能在第一時間內降低內部電壓傳輸。第三，運用Modbus總線功能連接操作回路與接收回路的全部數據信息，并利用輸送設備礦山開采設備中的傳感裝置來控制電氣箱內信號數據，進而全面實現信號轉換與隔離。如減速器裝置潤滑油及礦山開采裝置液壓箱等設備溫度均由相應的溫度傳感裝置負責監控，一旦相關設備溫度超出設備正常溫度指標時，傳感裝置便會通過網絡方式向系統發出警報，必要時則會相關設備自動關閉。而液壓元件與液壓油箱則主要由油位傳感裝置來負責監控，一旦發現內部油量無法滿足當前機械設備持續運行時，傳感裝置也會通過網絡方式對控制系統發出相應的預警信息。

接收回路裝置不僅負責對設備潤滑油的檢測、控制電機設備負荷邏輯、控制電磁閥的控制，同時負責調節設備比例、本機控制、圖形顯示、自動截割及液壓系統與減速器齒輪的保護等。可在其內部配備相應的外接信號電路及信號處理電路等，并借助軟件模塊化采集功能來獲取設備電量信息，進而實現對電路過流保護、斷相、漏電、過載及電機欠壓等方面的遠程控制。

2.2.3 軟件結構設計。本次案例項目自動化電氣控制系統軟件結構，主要是對每個系統功能模塊進行掃描循環控制，進而實現智能化傳感裝置信息采集、遠程控制與人機交互等功能。為避免部分接觸性操作、電壓變化及變壓裝置繞組對系統軟件功能產生影響，可采用軟件陷阱及網絡監控裝置來配合信息指令、程度濾波進行實時警戒，進而降低因系統漏洞而產生的負面影響[4]。

2.3 系統功能模塊設計

2.3.1 數據控制中心設計。數據信息控制中心作為礦山自動化電氣控制系統的主要功能模塊，其主要用于對電氣數據的智能邊緣運算、信息解析與整合。整體數據處理范圍涉及礦山破碎作業、開采作業及配送作業的全過程，如系統應用信息、炮孔信息、皮帶秤信息、化驗信息、地測數據信息及車輛運輸信息等。在設計該功能模塊時，可基于其他功能模塊間的擴展維護、信息共享及信息更新等要求，從業務流與信息流兩方面實施整體設計和規劃。在業務流程設計規劃階段，應以礦山作業質量控制為主體，基于礦產堆放作業、破碎作業、運輸作業、鏟裝作業、爆破作業、地質勘察等工序，設計具有針對性的電氣設備管理模塊。如在破碎作業方面，應全面監控整體作業過程，對各種危險信息進行分析，進而在最大限度上避免安全事故發生。針對地質信息勘察方面，應全面結合炮孔、地質勘探及生產勘察方面的信息來勘測區域礦山情況。除此之外，對于數據信息設計規劃方面而言，可全面運用系統功能構建三維立體地質勘察模型，綜合分析各種可能影響企業電氣系統運行的各種信息進行系統設計。而在數據流設計規劃階段，應將核心單元設置為服務器信息處理中心，實施多格式、多系統實際的數據處理，其中主要包括對數據信息系統的應用、共享、流轉與采集存儲等。

2.3.2 運營服務平臺設計。在設計礦山自動化電氣系統運營服務管理平臺時，應基于現場電氣設備運距、驅動及功率等特征，綜合運用變頻調速、實時監控及AI智能技術，來平衡多點啟動電機裝置力矩，控制連鎖膠帶運輸裝置，并根據實際情況進行智能化控制操作。如針對礦山區域主井排水方面，可基于一體化運營服務平臺中的智能值守功能，實現全礦井涌水量與水位方面的聯動檢測，并基于相關檢測信息實施水泵設備的自動切換與開啟，再將水量信息全部存儲在系統數據庫當中，進而全面提升礦井工作區的應急反應能力。除此之外，還可根據現場設備、閥門、儀表等裝置的信息采集需求，將密度計、物位計、壓力變送器、啟動閘閥、電動球閥及其他現場設備，全部集中到端部進行統一控制，將操作站、信息中心布設到設備周邊，并將云端與邊部信息進行連接控制，進行實現全面一體化移動端與云端的智能化運營。

3 結束語

綜上所述，將人工智能技術合理應用到現代電氣控制系統當中，可真正實現智能電氣設備故障檢測、監控整體電力線路運營安全。其間，相關人員必須結合企業實際情況，合理設計自動化控制系統框架及功能模塊，并完善運營服務平臺，進而保障電氣系統安全運行、提升企業生產效率。