基于人工智能技術的機電設備電氣自動化控制技術

梁紹東，陳彰怡，黃志寧，劉朝凱

（東蘭縣中等職業(yè)技術學校，廣西 河池 547000）

0 引 言

為使機器擁有類似人類大腦的一部分功能，如圖像處理、語音識別，能代替人類進行工作，學者們利用計算機模擬研究人體的腦部活動，人工智能技術由此誕生。與此同時，在飛速發(fā)展的工業(yè)領域中，電氣自動化作為一項應用極其廣泛的技術，獲得了更多的關注，越來越多的學者從事電氣自動化的研究。電氣自動化涉及許多種類的電氣設備，是電氣領域現(xiàn)在及今后的重要發(fā)展目標，能夠提高生產(chǎn)效率、保障電氣設備安全、使電氣設備能夠根據(jù)運行環(huán)境來調整自身的運行狀態(tài)等。電氣設備的自動化以及智能化控制更進一步地將人工智能與電氣自動化相融合，這對于電氣領域的發(fā)展有著極其重大的意義[1]。

相較于以往傳統(tǒng)的技術，人工智能技術的誕生為實現(xiàn)電氣領域中電氣設備的智能化與自動化提供了強有力的技術支持。因此，基于人工智能技術的電氣設備自動化控制技術將成為電氣領域自動化未來的發(fā)展趨勢。

1 人工智能技術概述

人工智能是科學界提出的一種新概念，能夠完成從感知到處理，最后到執(zhí)行。其將計算機技術和傳感器技術等科學技術進行融合，結合相關領域的學科知識，利用強大的計算能力對事物的現(xiàn)象進行數(shù)據(jù)化處理。在工作過程中，人工智能體現(xiàn)了高度的現(xiàn)代化與智能化，極大提高了工作效率，工作流程如圖1 所示，與人類大腦的工作邏輯相吻合，是一種與人類的思維、勞動方式相類似的科技產(chǎn)物。

圖1 人工智能的工作流程

如今，隨著芯片、大數(shù)據(jù)等技術的進步，人工智能的發(fā)展也有了較大飛躍，其應用場景越來越廣泛，滲透在各行各業(yè)中。雖然人工智能在各領域中的應用不斷增多，地位不斷提高，但人們對于人工智能的未來發(fā)展卻存在爭議。技術主導未來，最大限度發(fā)揮人工智能技術的強大優(yōu)勢必將是大勢所趨。人工智能技術的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在穩(wěn)定性和實用性2 個方面。

此前，我國產(chǎn)業(yè)經(jīng)營仍以勞動密集型為主，生產(chǎn)力水平處于落后狀態(tài)，主要體現(xiàn)在生產(chǎn)線設備的自動化水平較低，效率低下。這樣的勞動密集型生產(chǎn)模式越來越難以滿足社會需求，而國民經(jīng)濟的飛躍發(fā)展為轉變生產(chǎn)模式提供了有力的支撐，勞動密集型的生產(chǎn)模式轉化為技術密集型，人工智能疊加電氣自動化已經(jīng)成為未來的發(fā)展方向。在機電設備的自動化控制領域中引入人工智能技術，使控制系統(tǒng)能夠以類似于人類大腦的方式實現(xiàn)信息的獲取、分析、處理以及反饋，進而顯著提高生產(chǎn)效率，為電氣領域的自動化生產(chǎn)提供了強大的技術支撐，也為優(yōu)化調整國家產(chǎn)業(yè)結構打好基礎[2]。

2 人工智能技術在電氣自動化控制系統(tǒng)中的應用優(yōu)勢

（1）節(jié)約成本，優(yōu)化管理。使用計算機取代人力是人工智能技術的顯著特點。以往在電氣自動化生產(chǎn)中，許多信息處理都是由電氣工程技術人員來完成操作，不同技術人員接收信息和執(zhí)行任務的效率與方式都不同，且人力成本也會比較高。將人工智能技術引入電氣自動化控制中，能夠實現(xiàn)生產(chǎn)效率的全方位提升。在獲取數(shù)據(jù)通信傳輸方面，人工智能技術可以給系統(tǒng)提供準確無誤的數(shù)據(jù)模型以供參考；在數(shù)據(jù)處理方面，其依賴計算機的算力，處理速度十分驚人。從處理效率、人力成本角度分析，企業(yè)能夠在不影響處理效率的情況下節(jié)省至少50%的人力成本，生產(chǎn)成本得到有效降低，企業(yè)管理得到優(yōu)化。

（2）操作簡單和方便。在以往的工業(yè)生產(chǎn)中，電氣自動化控制技術需要人為干預設定，無法實現(xiàn)真正的生產(chǎn)自動化，機電設備也只能保持一個固定的工作狀態(tài)，只有接收到相應的觸發(fā)條件，才能進行反應與改變狀態(tài)，這使得其操作空間較小且設計難度較高。人工智能技術具備相應的邏輯分析能力，在機電設備的自動化控制領域中引入人工智能技術不僅可以大幅提高工作效率，而且在運行過程中可以不斷獲取工作運行數(shù)據(jù)、完善數(shù)據(jù)庫、創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型，生產(chǎn)過程的機電設備運行準確率也會得到極大提高。隨后可以搭建開放的數(shù)字化圖形操作平臺，用編寫代碼的方式設定設備的工作狀態(tài)，在實現(xiàn)操作簡單快捷的同時，設備利用率也能得到顯著提升[3]。

（3）運行安全和穩(wěn)定。在機電設備的自動化控制領域中引入人工智能技術，能更好地利用互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術，搭建現(xiàn)代化的智能自動控制系統(tǒng)，達到有效控制電氣設備的目的。隨著數(shù)字化體系科學水平的不斷提升，整個機電設備系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度也能得到顯著提升，保障系統(tǒng)安全和穩(wěn)定。

3 機電設備電氣自動化控制技術

電氣自動化控制系統(tǒng)是在無人操作的前提下，對繼電器和感應器等電子元件進行合理設計與設置，使設備按照預設程序以及規(guī)律運行，從而實現(xiàn)對機電設備工作時間、順序的控制，其中信息在系統(tǒng)中起到了關鍵性作用。首先，在獲取信息方面，機電設備的運行數(shù)量、工作時間、環(huán)境溫度等都在檢測內容之內；其次，信息的傳輸主要則依靠各種電纜、設備等進行；再次，系統(tǒng)實現(xiàn)控制作用的基礎則是分析信息，對采集的信息進行分析并發(fā)出調控指令；最后，為了保證系統(tǒng)各部分運行的穩(wěn)定協(xié)調性，故障報警及控制必不可少。對于系統(tǒng)設備的故障檢測與排查，能夠維持系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運行，降低維護成本。

隨著時代科技飛速發(fā)展，工業(yè)領域中傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式也無法滿足日益增加的社會需求，這對于提升生產(chǎn)力來說也是不小的挑戰(zhàn)，機電設備實現(xiàn)電氣自動化控制是未來的發(fā)展方向，而人工智能技術則是推動機電設備電氣自動化發(fā)展的不竭動力源泉。

4 人工智能技術在自動化控制中的應用與案例分析

4.1 人工智能技術在自動化控制中的應用

在做到安全生產(chǎn)的同時，提高生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性是電氣自動化控制系統(tǒng)設計的目的，這與人工智能最初的設計思想極為符合。在電氣控制領域中，人工智能技術的應用分為系統(tǒng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制這3 類，工作內容包括實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，預防故障的發(fā)生，故障發(fā)生時能夠采取措施進行實現(xiàn)自動化處理。對運行環(huán)節(jié)中的各個開關量進行有效控制，同時也對模擬量的數(shù)據(jù)內容進行整合、分析。

（1）系統(tǒng)控制。電氣自動化控制技術能夠精密控制相關的機電設備，輔助應用人工智能技術后，可以充分發(fā)揮其控制作用，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程中機電設備的自動化運行與管理。當系統(tǒng)機電設備處于一個固定工作狀態(tài)時，設備利用率低下，相較于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，人工智能技術能夠快速、準確地分析設備信息，及時調整設備的工作狀態(tài)，降低系統(tǒng)的控制難度，提高控制的靈活性[4-6]。

系統(tǒng)控制能力在人工智能的加持下得以強化，尤其是在故障診斷方面。人工智能系統(tǒng)能夠及時接收設備信號，在設備發(fā)生故障時快速鎖定故障區(qū)域，同時可以靈活處理，減少企業(yè)損失。在人工智能技術中，由于輸入的是統(tǒng)一、標準化的程序，只要相關人員使用程序化語言進行工作輸出，就不會出現(xiàn)故障檢測效果因人而異的情況。人工智能技術的出現(xiàn)從某種角度來說已經(jīng)超越了自動化技術，采集數(shù)據(jù)后甚至不需要技術人員參與操作，直接通過更高水平的專家?guī)毂葘Α⑴懦⒔鉀Q問題。

（2）模糊控制。基于模糊控制理論，人工智能可以對電氣設備進行模糊控制方面的應用，其中會涉及語言變量、模糊推理。模糊控制器是電氣自動化運作過程中的承載主體，人工智能技術以其技術優(yōu)勢發(fā)揮對系統(tǒng)的控制作用，模糊控制系統(tǒng)構成如圖2所示。

圖2 模糊控制系統(tǒng)構成

（3）神經(jīng)網(wǎng)絡控制。相較于傳統(tǒng)的基于模型的控制方式，神經(jīng)網(wǎng)絡涵蓋大量人工神經(jīng)元，其具有極強的逼近非線性函數(shù)的能力，也稱為非線性映射能力。神經(jīng)網(wǎng)絡能夠處理那些難以用模型或規(guī)則描述的過程或系統(tǒng)，這是它自適應性特點的體現(xiàn)。其在傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中能夠起到優(yōu)化計算的作用，在反饋控制系統(tǒng)中則主要充當控制器。按照神經(jīng)網(wǎng)絡在控制器中的作用可以分為2 類，如圖3 所示。

圖3 神經(jīng)網(wǎng)絡在控制器中的2 種類型

（4）綜合應用。人工智能技術在機電設備電氣自動化中的應用，提高了自動化控制的靈活性與專業(yè)性，也使得電氣自動化控制過程變得更為流暢，操作更為嚴謹，效果更為顯著。基于人工智能技術的電氣自動化設備系統(tǒng)如圖4 所示。

圖4 基于人工智能技術的電氣自動化設備系統(tǒng)

4.2 人工智能技術在自動化控制的實例分析

以某火電廠工程作為人工智能技術在自動化控制的應用實例進行探討分析。2016 年，該火電廠首次將人工智能技術應用到系統(tǒng)電氣控制中，其工程主要由5 個主變器、4 個發(fā)電機以及1 個備用變壓器構成其電氣系統(tǒng)，4 個發(fā)電機的容量分別為15 MW、12 MW、12 MW 以及12 MW，東西段母線電壓經(jīng)過現(xiàn)場勘查檢測為110 kV，其余則是35 kV。通過觀察，人工智能技術在電氣控制的實際應用中達到了非常好的控制效果，有效減少了相關人員的現(xiàn)場操作壓力及企業(yè)人力投入成本。據(jù)統(tǒng)計，該火電廠在一年內只出現(xiàn)了3 起電氣故障，且故障發(fā)生后自動化控制系統(tǒng)都能較快定位故障發(fā)生區(qū)域，執(zhí)行故障應急方案，火電廠經(jīng)濟效益與2015 年相比增加了50%。結合這一實際案例，可以對人工智能技術應用的優(yōu)越性給予充分肯定，證明人工智能技術有很高的普及應用價值。

5 結 論

隨著持續(xù)增長的電力需求，對于電氣控制系統(tǒng)的要求也在不斷提高。電氣自動化控制的概念提出較早，具有非常大的發(fā)展空間，在機電設備的自動化控制領域中引入人工智能技術能夠使控制水平得到有效提高，最終實現(xiàn)生產(chǎn)智能化、現(xiàn)代化的目的。如何在2 者的技術基礎上實現(xiàn)融合發(fā)展與技術突破，還需要不斷地探討、研究和分析。