基于人工智能的火電廠電子控制平臺設計與應用

摘要：隨著火電廠對高效穩定運行需求的不斷提升，電子控制平臺的智能化成為關鍵技術方向。為適應復雜工況下的控制需求，數控機床的智能化設計理念被引入火電廠電子控制系統中。基于數字電子技術，探討其在火電廠電子控制平臺中的具體應用，解析數控機床結構與運行機制對控制平臺設計的啟發作用，通過案例展示智能控制在提升設備精度、優化能源管理、降低運維成本等方面的優勢。同時，結合大數據、機器學習和人工智能的發展趨勢，分析智能化控制的技術路徑與面臨的挑戰。研究表明，將數控機床的智能化設計理念融入火電廠電子控制平臺，有效提升了系統的運行效率與智能化水平。

關鍵詞：火電廠；電子控制；數控機床；智能化設計；數字電子技術

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A

0 引言

隨著制造業向智能化、數字化轉型，數控機床（computerized numerical control，CNC）已成為工業生產的核心工具[1]。在火電廠等大型能源企業中，數控設備的引入極大地推動了關鍵設備制造與維護環節的精密化與高效化。數控機床通過數字控制系統能夠實現高精度、高效率的自動化加工，因此被廣泛應用于航空航天、汽車制造和電子產品等領域。然而，傳統的數控機床在應對復雜工藝和多變的生產需求時，仍面臨著精度控制、生產效率以及自動化程度等方面的瓶頸[2]。近年來，隨著數字電子技術的飛速發展，數控機床的智能化設計與制造已成為其提升性能和競爭力的重要途徑。數字電子技術的廣泛應用使得數控機床能夠在智能化水平上實現自適應控制、實時監測以及精確調度等多種功能，并顯著提高了自身的加工精度、生產效率和設備可靠性[3]。在人工智能、大數據和云計算等先進技術的支持下，數控機床的智能化發展已經逐漸從單一的加工過程擴展到包括設備的狀態監測、故障預測以及優化調度在內的等多個層面。本文結合火電廠對高可靠性與智能控制的迫切需求旨在探討數字電子技術在數控機床智能化設計與制造中的應用，分析其智能化設計的關鍵技術與實現途徑，解決當前技術面臨的難題，以期為火電廠及相關行業的智能化發展提供有價值的理論參考和技術指導。

1 數控機床的工作原理與數字電子技術應用

1.1 數控機床的工作原理

數控機床是一種由計算機程序控制的自動化加工設備，其核心原理是通過數控系統將數字信號轉化為控制指令，以精確控制機床的各個運動部件，從而完成工件的加工任務。數控機床主要由控制系統、驅動系統、伺服系統、執行機構和反饋系統構成。控制系統負責接收和解析加工程序，生成相應的控制指令并傳遞給其他系統。驅動系統通過轉換控制信號來驅動電動機，從而帶動機床各部分的運動。

1.2 數字電子技術在數控機床中的應用

隨著數字電子技術的發展，數控機床的控制系統也逐漸從傳統的模擬控制轉向數字控制，這極大地提高了數控機床的智能化水平。數字信號處理（digital signal processing，DSP）技術廣泛應用于數控機床，其通過將來自傳感器的模擬信號轉化為數字信號，保證機床的精確控制。而嵌入式控制技術在數控系統中的應用，極大地提升了數控系統的高效性和集成度。嵌入式控制系統采用專用的硬件平臺，其不僅能實現實時控制功能，還可以提高系統的穩定性和響應速度。

1.3 智能化設計與制造的實現

數字電子技術進一步推動了數控機床向智能化方向發展[4]。智能化設計不僅涉及加工精度的提升，還涵蓋了自適應控制、實時監控以及優化調度等多個方面。通過引入機器學習、人工智能等先進技術，數控機床可以根據實時數據動態調整加工參數，從而實現更加精確的加工流程。例如，數控機床可以實時監測加工過程中的溫度、振動、切削力等參數，自動調整加工速度和切削路徑，以補償設備磨損或環境變化帶來的誤差。結果表明，這種自適應控制技術顯著提高了加工精度和生產效率。此外，借助大數據分析技術和云計算平臺，數控機床能夠進行更復雜的數據處理與預測性維護。

2 數控機床的智能化設計

2.1 數控機床智能化設計的核心要素

數控機床集成多項關鍵技術，對自動化控制系統、實時數據采集系統以及智能故障診斷系統進行智能化設計[5]。自動化控制系統是智能化設計的基礎，利用可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）和嵌入式控制平臺，能夠實現對機床各項運動的精準控制。實時數據采集系統通過安裝溫度傳感器、振動傳感器和切削力傳感器，實時采集加工過程中的關鍵信息，并通過智能算法對這些數據進行分析和處理，以確保機床始終處于最佳工作狀態。智能故障診斷系統通過機器學習和大數據分析，能夠實時監控機床狀態，提前預測可能發生的故障并進行維修干預，該系統有效地減少了設備停機時間，降低了維修成本。

2.2 數控機床智能化制造方案

數控機床智能化制造方案的核心是通過技術手段來提升傳統數控機床的自動化程度、精確度和適應性。數控機床通過嵌入式控制系統和智能傳感器實時收集切削力、溫度等加工參數數據，然后根據這些數據自動調整進給速度和切削深度，從而有效提高加工效率和加工質量。數控機床經智能化制造方案改造后，刀具使用壽命、進給速度和加工精度的提升情況如表1所示。由此可知，智能化制造方案能夠將刀具使用壽命提高20%，進給速度提升15%，加工精度由±0.01 mm優化至±0.008 mm，提升幅度達20%。

智能化系統能夠自動檢測產品的尺寸和形狀，對其質量進行實時控制，以避免出現加工偏差。產品的質量一致性和返工率如表2所示。由表2可知，產品的質量一致性提升了10個百分點，返工率降低了3個百分點。

2.3 數控機床智能化設計的實際應用

在某航空制造企業的數控機床智能化改造項目中，智能化控制系統的引入使加工精度提高了0.002 mm，生產效率提升了25%。某航空制造企業智能化改造項目的生產數據如表3所示，通過自動化路徑優化和故障預測系統，生產線的停機時間縮減了30%，設備的維修時間縮減了40%。

應用智能化技術后，數控機床的加工效率得到了明顯提升，其設備利用率和產品質量也大幅提高，顯示了智能化設計在實際生產中的巨大潛力，加速了制造業向智能化、自動化的轉型。

3 數控機床智能化設計的優化策略與面臨的主要挑戰

隨著數控機床智能化水平的提高，如何通過優化設計提升其性能成為當前研究的關鍵。本文將討論數控機床智能化設計的優化策略及其面臨的主要挑戰。

3.1 數控機床智能化設計的優化策略

數控機床智能化設計的首要優化目標為系統集成度。集成先進的傳感器和自動化控制系統，實時監控切削力、溫度、振動等加工參數，可以有效提高加工精度和效率。例如，利用大數據分析優化加工過程，調整加工參數，從而減少誤差并延長刀具使用壽命。此外，經過優化的人機界面能夠提高操作員的操作效率，使其更直觀地監控生產過程。

3.2 數控機床智能化設計面臨的主要挑戰

在火電廠推進基于人工智能的智能化設計過程中，仍面臨多重挑戰。自動化控制、人工智能與數據分析等技術的融合存在較大難度，系統集成復雜。智能化改造初期投入資金較高，設備更新和系統重構對火電廠，特別是中小型企業，構成一定資金壓力。火電廠工況復雜，對算法的適應性和數據處理能力提出更高要求，現有技術難以全面應對。系統穩定性與網絡安全同樣是關鍵問題，一旦故障可能影響整個生產流程的安全與連續性。因此，推動火電廠數控系統智能化需在提升性能的同時，兼顧成本、兼容性與安全性。

4 結語

隨著火電廠設備運行環境日益復雜，傳統控制手段已難以滿足其對高精度、高效率與高可靠性的加工需求，智能化數控方案的優勢愈發突出。借助數字電子技術、人工智能與自動化控制系統的深度融合，智能化數控機床不僅顯著提升了加工精度和生產效率，還在設備故障預測、運行狀態監測等方面展現出強大的技術支撐能力，為火電廠實現設備的精細化運維提供了有力保障。未來，隨著自適應控制、實時監控與大數據處理技術的不斷完善，智能化數控設計將在火電廠的核心設備制造、維護與升級中發揮更大作用。通過不斷優化技術方案、提高系統兼容性并強化多技術協同，智能化數控機床將成為推動火電廠及制造業整體智能轉型的重要驅動力。

參考文獻

[1] 東野升鹍. 開源信息與知識驅動的火電廠智能識別技術[D]. 昆明：昆明理工大學，2022.

[2] 孫薈. 電子電工技術在電力系統控制優化中的應用[J]. 電子技術，2024，53 （1）：164-166.

[3] 嚴志輝. 電力電子技術在變電站無功補償中的應用與控制策略研究[J]. 電子元器件與信息技術，2024，8（6）：191-193.

[4] 李敬君，馬文杰，安文彬，等.基于人工智能的火電廠集控運行平臺研究[J]. 現代工業經濟和信息化，2024，14 （9）：147-148，151.

[5] 郭超. 火電廠熱工自動化系統安全保護與故障診斷的智能化技術研究[J]. 電氣技術與經濟，2024（9）：258-260，264.