電氣工程及其自動化的智能化技術應用淺析

宋男

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北 唐山 063200）

新時期下，社會經(jīng)濟快速發(fā)展，科學技術日異月新，人們經(jīng)濟收入整體提升，對電氣系統(tǒng)也提出了更多、更高的要求，電氣工程建設發(fā)展中面對著諸多挑戰(zhàn)和機遇，為了確保電氣工程能良好穩(wěn)定運行，相關部門及人員應加大研究力度，實踐中不斷提升電氣工程的自動化水平。合理應用智能化技術，一方面能顯著提升工作效率，另一方面還能有機結合人工智能和代碼編程，提升工作流程的簡潔度，在當今社會發(fā)展中占據(jù)著重要地位，未來也有廣袤的發(fā)展空間。智能技術用于電氣工程領域，不僅是電氣工程及其自動化的發(fā)展方向，也引領了相關技術的創(chuàng)新進程。

1 電氣工程及其自動化簡述

電氣工程及其自動化自身是一門綜合性很強的學科，其主要涉及電工電子、計算機信息、電子、控制及機電一體化技術等多個領域，軟硬件結合、電工和電子技術結合、元器件和系統(tǒng)結合、執(zhí)行與控制系統(tǒng)之間的結合等是電氣工程及其自動化具備的主要特征，其中工程及其自動化的控制系統(tǒng)是基礎部分。

近年來，我國科學技術在發(fā)展中取得了很大進步，自動化技術持續(xù)更新，較好地滿足了電氣工程發(fā)展的現(xiàn)實需求。但是，從客觀上講，和歐美等發(fā)達國家相比，我國智能化電氣工程的研究起步較晚，設計研究相關產(chǎn)品時還存在自動化控制效率偏低的現(xiàn)實問題，在這樣的情景下，應不斷增加智能化技術的運用力度，才能輔助提升電氣自動化水平，引領我國冶金行業(yè)的規(guī)范化建設進程。

2 智能化技術在電氣工程自動化中應用的優(yōu)勢

2.1 提升了模型控制的精確性

電氣自動化系統(tǒng)操控對象的數(shù)據(jù)庫規(guī)模及動態(tài)方程比的繁雜性影響著系統(tǒng)的實際控制效率，當控制效率偏低時，將會對被控制模型設計活動推進過程形成一定干擾。鑒于控制模型自身的高度復雜性及控制參數(shù)處于持續(xù)改動的狀態(tài)下，造成很難精準、有效地掌控整個管控過程。

此外，無法預計的非主觀因素同樣會對模型控制過程的穩(wěn)定性及最后效果產(chǎn)生一定影響，在很大程度上會弱化被控制模型的精準程度，不利于電氣自動化充分發(fā)揮自身的功能作用。在智能化技術的協(xié)助下，電氣自動化控制期間，無須創(chuàng)建被控制目標對象的模型，進而規(guī)避部分不可控因素及減輕其給控制控制帶來的干擾程度。

2.2 處理數(shù)據(jù)統(tǒng)一規(guī)范

電氣工程運轉(zhuǎn)期間會生成大量信息，智能技術能依照統(tǒng)一規(guī)范處置數(shù)據(jù)，一方面使數(shù)據(jù)庫處理的精準度得到保障，另一方面還明顯拓寬了電氣數(shù)據(jù)處理的空間范疇，進而使電氣工程推進過程中創(chuàng)造出更理想的效益。

智能化技術顯著提升了電氣數(shù)據(jù)處理的規(guī)范性，這樣電氣工程在運用不同領域內(nèi)時，即便是在多種因素的影響作用下，數(shù)據(jù)處理效果也不會形成較大的差異。但是，這里應格外注重的是，智能化技術用于電氣工程內(nèi)，為了進一步增強數(shù)據(jù)的整體處理能力，工作人員要不斷拓展數(shù)據(jù)分析的深度性，充分結合分析結果與智能技術，編制更科學合理的智能技術執(zhí)行方案，輔助電氣工程運作期間創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟收益。

2.3 提升電氣自動化工作便捷性

傳統(tǒng)控制過程推進過程中，不僅表現(xiàn)出實際控制效率普遍偏低的不足，而且也很難滿足人們在電氣系統(tǒng)應用功能方面提出的差異化要求。而電氣工程實現(xiàn)自動化能夠應用智能控制器輔助增加系統(tǒng)調(diào)控過程的便捷度。這種控制器子什么具備很多優(yōu)勢，比如，其能依照模型有關數(shù)據(jù)的改動情況實現(xiàn)自動化調(diào)控，無須傳統(tǒng)人工操作的參與，明顯減輕了人們的工作圈地與壓力，協(xié)助企業(yè)減少費用支出；一些控制器還能自主完成距離的調(diào)控工作不僅具有控制效率低下的缺陷，而且也難以滿足人們對電氣系統(tǒng)功能的需求。

電氣工程自動化可以憑借智能化控制器，充分提升電氣系統(tǒng)的調(diào)整控制工作的便捷性。智能化控制器具有明顯的控制優(yōu)，自主響應魯棒性以及時間差波動，并且會將其作為依據(jù)快速執(zhí)行自動化管控任務。

3 智能化技術在電氣工程以及電氣工程自動化中的應用對策

3.1 設備的智能化改變

智能化設備是智能化技術的主要應用對象。很多企業(yè)在生產(chǎn)制造電氣設備過程中已經(jīng)應用了大量的智能系統(tǒng)及相關設備，在高新科技的協(xié)助下優(yōu)化了機械設備的性能，進而增加點球自動化系統(tǒng)的控制能力。例如，各類型智能傳感器產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)了廣泛應用，傳感器內(nèi)置的微小型處理器及存儲設備有編程功能，能夠自主執(zhí)行信息傳送、分析、推斷等諸多過程。敏感組件、信號相關處理電路等是智能傳感器的主要構成，自主選取量程、校正、推斷、存儲等是其基本的性能。

可以嘗試把智能傳感器用在電氣工程及其自動化建設領域，進而強化工程運作期間設備采集、分析數(shù)據(jù)的能力，結合現(xiàn)實需求精準傳輸與應用數(shù)據(jù)，進而最大限度地提升數(shù)據(jù)資源的利用效率。與傳統(tǒng)的傳感器相比，智能傳感器在處理過程穩(wěn)定性與處理結果精準度兩大方面更占據(jù)優(yōu)勢，現(xiàn)如今，壓力型智能傳感器在國內(nèi)機械行業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了普及應用。

3.2 在智能化控制中的應用

過去在執(zhí)行電氣工程控制任務時需要投入大量的人力、物力資源，以致參與者在操作控制電氣系統(tǒng)運行狀況時無法兼顧其他工作內(nèi)容，而合理應用智能化技術有效改善了以上工作局面。部分情景下，可以將電氣自動化控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)型成智能控制系統(tǒng)，能實時監(jiān)測電氣工程控制工作的執(zhí)行過程，進而在技術上使用電氣工程運行的安穩(wěn)性、可靠度得到更大保障。

現(xiàn)如今，智能化技術在電氣工程領域發(fā)揮出了更大的功能作用，有關部門可以采用遠程化操控、無人化管理等全新模式減少人力資源的投入量，解除掉空間、時間等客觀因素造成的限制，引領電氣工程自動化控制的快速化發(fā)展進程，為社會經(jīng)濟壯大發(fā)展提供更可靠的支撐。

3.3 故障診斷技術的應用

新時期下，各地電氣工程的建設規(guī)模及數(shù)量均不斷增加，工程的應用范疇也呈現(xiàn)出持續(xù)拓展的趨勢，電氣結構復雜度顯著提高，氣候條件及設備配置類型等諸多因素影響著電氣系統(tǒng)的運行效率與安全性，從某種程度上講，其增加了電氣系統(tǒng)發(fā)生故障問題的風險。

可以應用智能化技術預判斷電氣工程運行過程中的潛在風險因素，在此基礎上，編制相應的防范及應急處理方案，降低安全事故的發(fā)生率。合理應用電氣故障智能化診斷技術，能及時探查到電氣工程內(nèi)潛在的問題，推行相關解決方法措施，進而確保電氣系統(tǒng)能正常運作。

電氣工程自動化發(fā)展進程中，系統(tǒng)傳統(tǒng)運作模式出現(xiàn)了翻天覆地的改變，系統(tǒng)自動化水平明顯提高，而設備支持系統(tǒng)是電氣工程實現(xiàn)自動化的基礎條件，這也是電氣系統(tǒng)內(nèi)設備數(shù)量及類型顯著增多的一個直接原因，預示著系統(tǒng)構造復雜度的增加。

如果此時依然沿用傳統(tǒng)檢修與保養(yǎng)辦法，一方面無法確保實際工作效率，另一方面也會增加電氣工程突發(fā)故障問題的風險。而故障智能化診斷技術能及時探查到系統(tǒng)內(nèi)部的異常情況，及時開展維修工作，減少或規(guī)避部分電氣事故，使電氣設備穩(wěn)定運行獲得更大的保障。

眾所周知，變壓器是電氣系統(tǒng)的一個重要構成部分，其使用效果關系著整個電力工程運行的安全性、可靠度。主客觀多種素影響著變壓器的運行狀態(tài)，如果不能查明誘發(fā)設備故障問題的成因，則將會直接影響問題的處理效率。而通過應用智能化技術，能夠科學分析變壓器滲漏油內(nèi)的氣體成分及故障波及范圍，快速檢出及處理故障問題。

3.4 優(yōu)化設計技術

電氣設備的優(yōu)化設計是電氣工程自動化控制建設及發(fā)展中的一個重要內(nèi)容，這是提升整個電氣工程運行可靠性與連貫性的重要基礎。而實際中電氣設計工作會涉及諸多工作內(nèi)容，直接增加了設計過程的煩瑣性與復雜度。傳統(tǒng)的電氣設備優(yōu)化工作推進過程中會遇到諸多問題，并且基本上是依照技術人員的工作經(jīng)驗開展的，很難最大限度地提升電氣方案的優(yōu)化設計質(zhì)量。

而將智能化技術用于電氣設備的優(yōu)化設計領域，能為相關工作的開展提供可靠的技術支持。一些電力企業(yè)會嘗試運用CAD 技術與信息技術去執(zhí)行各項設備優(yōu)化設計工作內(nèi)容，不僅能簡化設計工作過程，節(jié)約時間及減少資金支出額度，還能使電氣設備的優(yōu)化設計質(zhì)量得到保障。

在電氣設備優(yōu)化設計中配合應用模糊PID 自適應調(diào)節(jié)器，能夠更加靈活地調(diào)控各項參數(shù)，進而更好的改善電氣自動化控制系統(tǒng)的控制功能。圖1 是模糊PID算法的控制流程，其具體是由模糊化、模糊推理、速度PID 調(diào)控與去模糊模塊三大部分構成。模糊PID 采用設定隸屬函數(shù)與模糊規(guī)則的方式，計算出電氣工程內(nèi)發(fā)電機的給定速度與現(xiàn)實輸出速度的誤差e 與誤差率ec，明確控制參量的改變情況，最后基于去模糊過程獲得控制變量。

圖1 模糊PID 控制流程

模糊化處理：即模糊處理電氣系統(tǒng)給定的給定速度與現(xiàn)實輸出速度的誤差e 與誤差率ec，模糊處理公式如下：

式中，k 表示的是輸出量，T 代表的是時間，r 是給定值，r（k）實際輸出值用表示。

模糊規(guī)則：誤差e 與誤差率ec 影響著模糊規(guī)則的制定情況，并且要依照 ΔKp、 ΔKiΔKd等參數(shù)進行適度調(diào)整。設定e 與ec 模糊取值區(qū)間是（-3，3），各項差值是1； ΔKp、 ΔKiΔKd參數(shù)的模糊取值范疇是（-0.3，0.3），各項差值是0.1。

設定了7 個不同的模糊子集，分別是{NB（負大），NM(負中)，NS(負小)，Z（零），PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)}。綜合以上所得的模糊子集建立出模糊規(guī)則。

解模糊：執(zhí)行解模糊的最終目標是獲得清晰度最高的變量值，具體公式如下：

式中， xi代表的是第i 個模糊輸出量，u（ xi）是第i 個模糊輸出量的隸屬值。

4 電氣工程及其自動化的智能化發(fā)展趨勢

（1）未來的智能化技術在運行速度、精準度及能效等方面會提出更高的要求，智能化技術會依照電力行業(yè)的發(fā)展需求持續(xù)提升電氣系統(tǒng)的智能化水平，設計研發(fā)出更多細節(jié)性的制動化調(diào)控功能。未來的智能化技術也要使電氣自動化控制過程中體現(xiàn)出柔性化特質(zhì)，全面提升電氣工程的綜合性能，實時監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的信息流。

（2）智能化技術以既有的用戶界面圖形化與系統(tǒng)各項參數(shù)計算可視化基礎上，有效追蹤與預判斷模擬圖形、帶圖形，提升用戶界面圖形的便捷化、人性化程度，進一步提升電氣數(shù)據(jù)分析的精準度。

（3）智能化技術將會朝著集成化、多元模塊結合的方向發(fā)展。當前電氣自動化控制領域內(nèi)興起的LED 技術有自身重量輕、體積微小及集成了多種信息化與智能化技術的優(yōu)點，能輔助提高電氣工程集成電路的密度，在存儲和呈現(xiàn)數(shù)據(jù)等方面均表現(xiàn)出良好的效能。

5 結語

綜上，智能化技術用于電氣工程及其自動化領域有效彌補了傳統(tǒng)機電控制過程中暴露出的不足，增加了電氣工程控制的精準度，使電氣系統(tǒng)運行過程的可靠性得到更大保障，進而協(xié)助電力企業(yè)節(jié)省了很多人力、物力資源，也明顯減少了傳統(tǒng)人工操作時帶來的各種隱患因素。未來電力企業(yè)進一步加大智能技術在電氣工程建設方面的應用力度，引領該行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展進程，一方面能創(chuàng)造出理想效益，另一方面也能為社會經(jīng)濟長久發(fā)展保駕護航。