工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中人工智能的實踐思考

吳 磊

0 引言

在我國科學技術(shù)飛速發(fā)展背景下，人工智能愈發(fā)先進，被廣泛應(yīng)用在各大領(lǐng)域，尤其是在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，既能大幅度提升自動化控制水平，又能降低生產(chǎn)成本。實現(xiàn)電氣自動化技術(shù)和人工智能技術(shù)的有機融合，可促使工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的運行更加人性化、科學化和智能化，推動工業(yè)實現(xiàn)飛躍式發(fā)生?；诖耍_展工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中人工智能的實踐思考研究就顯得尤為必要。

1 目前我國工業(yè)自動化控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

目是在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的自動化控制系統(tǒng)有三種，包括：PLC 自動化控制系統(tǒng)、工業(yè)PC 自動化控制系統(tǒng)、DCS 自動化控制系統(tǒng)。

PLC 自動化控制系統(tǒng)屬于一種可編程的控制產(chǎn)品，實現(xiàn)自動化控制的主要機理是通過數(shù)字運算的方法，來操作和控制可編程邏輯控制器，讓控制器能夠按照編程內(nèi)容和邏輯運算的內(nèi)容來執(zhí)行設(shè)定好的指令，從而實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)中的機械設(shè)備進行全面、有效的控制。

工業(yè)PC 自動化控制系統(tǒng)按照工控機的不同，分為兩種形式，一種是IPC 工控機，另一種是CompactPCI 工控機，自動化控制機理是用PC 機作為系統(tǒng)運行的服務(wù)器、客戶機等，既具有管理的功能，也具有控制的功能，是一種綜合性比較強的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)數(shù)據(jù)及相關(guān)信息的及時共享和交換。

DCS 自動化控制系統(tǒng)是一種比較新穎的工業(yè)集中式自動化控制系統(tǒng)，應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，可大幅度提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，獲得更大的經(jīng)濟效益，具有良好的發(fā)展前景。

這三種工業(yè)自動化控制系統(tǒng)是目前我國工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最多的系統(tǒng)，但系統(tǒng)的功能還比較單一，無論是PLC 控制系統(tǒng)、工業(yè)PC 控制系統(tǒng)，還是DCS 控制系統(tǒng)，都需要按照過往的經(jīng)驗和啟示進行設(shè)計，才能發(fā)揮出作用，而且各系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)的能力有限，沒有完善的數(shù)據(jù)反饋機制，因此，整體應(yīng)用效果欠佳，到系統(tǒng)發(fā)生故障或者異常時，難以實現(xiàn)自動化分析及判斷，也需要人工的控制，并非真正意義上自動化控制系統(tǒng)。

2 工業(yè)自動化控制系統(tǒng)對人工智能技術(shù)的需求分析

人工智能技術(shù)的出現(xiàn)，極大地方便了人們生活和生產(chǎn)，但人工智能技術(shù)是一項高精尖技術(shù)，涉及的內(nèi)容比較多，既包括專家系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、電氣自動化系統(tǒng)，也包括模擬學、仿真學、心理學、哲學等學科的內(nèi)容，讓機械設(shè)備富有人腦的思維和邏輯結(jié)構(gòu)，促使工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的運行和操作更加智能化、人性化、科學化。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)對人工智能技術(shù)的需求主要體現(xiàn)以下幾個方面：

2.1 提升自動化系統(tǒng)控制的精準性

人工智能的各項操作和控制，都是在是計算程序自動命令下完成的，計算機自動操作過程中，可對各項數(shù)據(jù)進行集中備份，在下次使用時，用于自動跟蹤和監(jiān)測數(shù)據(jù)運行情況。再結(jié)合前一次數(shù)據(jù)使用時留下的痕跡數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)智能化判斷和控制，從而避免工業(yè)自動化控制中發(fā)生較大是失誤。多數(shù)情況下，只要硬件設(shè)備不出現(xiàn)故障，通過人工智能技術(shù)可保證工業(yè)自動化控制系統(tǒng)時刻處于在精準、穩(wěn)定運行狀態(tài)，從而提升工業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量[1]。

2.2 降低人力資源的投入量

工業(yè)生產(chǎn)屬于典型的勞動密集性產(chǎn)業(yè)，為保持生產(chǎn)順利進行，需要投入大量的人力資源。但通過人工智能技術(shù)可有效解決這一問題，降低工業(yè)生產(chǎn)的人力資源成本。和傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)相比，基于人工智能技術(shù)的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，在長期運行中，也只需要3～5 名關(guān)鍵技術(shù)人員進行操控和日常排查就可以滿足穩(wěn)定運行的需求，既能有效解放工業(yè)生產(chǎn)人力，也可以對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行自動化計算、處理、歸納整理，將人力資源的價值發(fā)揮在系統(tǒng)決策、統(tǒng)籌分析上，而不是在繁瑣、枯燥、大量的實際生產(chǎn)中。

2.3 避免系統(tǒng)發(fā)生失誤和失控

無論是PLC 系統(tǒng)，還是工業(yè)PC 系統(tǒng)，DCS 系統(tǒng)，在運行中都需要人的把控，但人的精力和能力是有限的，在操控和控制中，難免會發(fā)生失誤、偏差等，從而影響工業(yè)生產(chǎn)的效率，甚至會造成較大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。應(yīng)用人工智能技術(shù)，可通過計算機對大量數(shù)據(jù)進行分析處理，再通過精確的計算來避免發(fā)生誤操作問題，甚至能簡化一些無關(guān)緊要的流程，促使工業(yè)自動化控制系統(tǒng)更加安全、高效、穩(wěn)定的運行。

3 工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中人工智能的實踐思考

3.1 人工智能在工業(yè)自動化控制設(shè)備中的應(yīng)用

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)具有很強的復雜性和技術(shù)性，涉及的內(nèi)容也比較多，對操作人員的專業(yè)水平和綜合素質(zhì)有較高的要求，只有保證每名操作控制人員都能熟練掌握相關(guān)知識，并具有豐富的實踐操作經(jīng)驗，才能減少人為操作失誤，保證工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備都能安全、穩(wěn)定的運行。人工智能技術(shù)在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用，是以計算機理論為核心，按照工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的性能和生產(chǎn)要求，來編制程序，實現(xiàn)對工業(yè)自動化控制設(shè)備的智能化控制[2]。簡而言之，就是通過智能化設(shè)備來代替人工操作的設(shè)備，再通過計算機編程技術(shù)，來實現(xiàn)集中控制，嚴格按照編程指令運行，從而提升設(shè)備運行的精準度，提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成。將人工智能技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，可大幅度提升自動化設(shè)備運行的科學性和智慧化，在保證自動化設(shè)備穩(wěn)定精準運行的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)備運行環(huán)境。

3.2 人工智能在工業(yè)自動化控制工作中的應(yīng)用

在工業(yè)自動化控制中，電氣設(shè)備的控制是重中之重，自動化、智能化設(shè)備也是目前工業(yè)生產(chǎn)的主要發(fā)展方向，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的智能化、智慧化、人性化控制，能夠極大的提升工作效率，降低勞動強度。人工智能中的模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、專家決策系統(tǒng)等，都是目前電氣設(shè)備控制的先進技術(shù)，能夠?qū)Ω鞣N工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備進行行之有效的控制，而且控制效果非常好，可保證電氣設(shè)備實現(xiàn)高精度運行[3]。比如：模糊控制系統(tǒng)可應(yīng)用于設(shè)備速度調(diào)節(jié)控制中，可按照工業(yè)生產(chǎn)實際情況，及時、精準的調(diào)節(jié)設(shè)備速度，通過一種更好的效率來進行交流傳動控制等相關(guān)問題，提升電氣設(shè)備運行的質(zhì)量和效率。

3.3 人工智能在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)日常操作中的應(yīng)用

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成復雜，日常操作控制量大，且比較繁瑣。傳統(tǒng)人為日常操作，會增加工業(yè)自動化控制時間，降低自動化控制的效率。通過應(yīng)用人工智能技術(shù)可很好地解決這一問題。比如：工業(yè)自動化控制日常操作中，通過人工智能的基本控制算法就可以對工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備進行有效控制，可直接取代傳統(tǒng)復雜繁瑣的日常管理，且操作工序也進行了簡化處理，只通過一臺計算機，就能實現(xiàn)所有工業(yè)自動化控制設(shè)備的日常操作及管理[4]。更加顯著的優(yōu)勢在于，應(yīng)用人工智能技術(shù)，還能實現(xiàn)工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的遠程控制，而且遠程控制操作界面非常簡潔，可對工業(yè)生產(chǎn)中形成的相關(guān)數(shù)據(jù)進行及時有效的處理和保存，便于后期查詢和使用。由于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在日常操作中，會形成大量數(shù)據(jù)，如：設(shè)備損耗數(shù)據(jù)、電量數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，如果僅憑人工記錄保存，工作量非常大，而且容易差錯。人工智能技術(shù)中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和表格編制軟件，采集到數(shù)據(jù)可自動形成表格，實現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全面采集和有效保存。

3.4 人工智能在故障診斷中的應(yīng)用

人工智能中的模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等，都可以應(yīng)用在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)故障診斷中，而且診斷精度和效率非常高。工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備運行條件惡劣，而且需要長時間運行，難免會發(fā)生各種各樣的故障。傳統(tǒng)故障診斷過程比較復雜，工序較多，而且準確率不足，需要較長時間的停機，來尋找故障，解決故障，費時費力。應(yīng)用人工智能技術(shù)之后，傳統(tǒng)的故障診斷方法逐步被取代，比如：將模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)相互結(jié)合到一起，可快速找到故障發(fā)生的位置、發(fā)生的原因，并提出處理故障最佳的方法[5]。此外，還能實現(xiàn)狀態(tài)檢測，通過監(jiān)測工業(yè)自動化控制系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)，可獲知存在的故障隱患，及時處理，避免停機，提升工業(yè)生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合理論實踐，分析了工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中人工智能的實踐思考，分析結(jié)果表明，目前工業(yè)自動化控制系統(tǒng)還存在自動化水平低，需要人為大力干預(yù)的問題。人工智能技術(shù)的誕生有效解決了這一問題，將人工智能應(yīng)用到工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，既能大幅度提升工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，而且還能保證工業(yè)自動化控制系統(tǒng)更加科學化、人性化、智慧化的運行，值得大范圍推廣應(yīng)用。