淺談人工智能技術(shù)對(duì)電氣控制的影響

王 英

（遼寧開(kāi)放大學(xué)，遼寧沈陽(yáng) 110034）

0 引言

《中國(guó)制造2025》的核心就是“智能制造”，智能制造包括產(chǎn)品智能化、裝備智能化、生產(chǎn)方式智能化、管理智能化、服務(wù)智能化。我國(guó)的科研水平一直在不斷提升，因此出現(xiàn)了很多智能化的新興技術(shù)，為了適應(yīng)社會(huì)的快速發(fā)展變化，電氣控制的很多方面也都進(jìn)行了智能化的改革，基于眾多高科技的應(yīng)用理論、方法、系統(tǒng)構(gòu)建，結(jié)合電氣自動(dòng)化系統(tǒng)控制終端設(shè)備的運(yùn)行性能和軟件系統(tǒng)的要求，組建的智能化自動(dòng)控制模式可以自動(dòng)、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、快速、全面地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，且能夠分批進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和整理，自動(dòng)創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型和專(zhuān)業(yè)圖表，從而可以對(duì)電氣自動(dòng)化的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行一定的智能分析，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備和運(yùn)行系統(tǒng)故障檢測(cè)和預(yù)警，提升電氣自動(dòng)化控制的靈敏性，也有助于實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)綜合控制，提高電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，促進(jìn)電氣自動(dòng)化控制的發(fā)展。

1 人工智能技術(shù)概述

2017年，政府工作報(bào)告指出，全面實(shí)施戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，加快人工智能等技術(shù)的研發(fā)和轉(zhuǎn)化，做大做強(qiáng)產(chǎn)業(yè)集群。人工智能的發(fā)展從20世紀(jì)40年代人工智能的誕生，至今約有70年的歷史，如圖1所示。人工智能技術(shù)是一個(gè)寬泛的概念，從專(zhuān)業(yè)上來(lái)說(shuō)包含計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)、心理學(xué)和語(yǔ)言學(xué)等方面的知識(shí)；從技術(shù)層面上來(lái)說(shuō)，融合利用了現(xiàn)有的多種前沿信息技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及人工智能，如圖2所示。人工智能系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)、計(jì)算、識(shí)別等方面的能力，如模式識(shí)別版塊可進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別、人臉識(shí)別、字符識(shí)別，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)層面可獲取各行業(yè)/場(chǎng)景一手?jǐn)?shù)據(jù)，基于云計(jì)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片、GPU/FPGA等硬件創(chuàng)造出智能算法，還有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)、其他機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)支撐，從而可以自我學(xué)習(xí)或監(jiān)督學(xué)習(xí)，獲取各類(lèi)數(shù)據(jù)，分析語(yǔ)音和圖像，將機(jī)器人技術(shù)和專(zhuān)家系統(tǒng)作為主要研究對(duì)象來(lái)模擬當(dāng)前各種行業(yè)中的人腦功能，完成很多人工無(wú)法勝任的高難度和復(fù)雜工作；而不同類(lèi)型的人工智能具備不同的控制方式，用于電氣自動(dòng)化控制時(shí)需要根據(jù)其具體應(yīng)用方向開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的軟硬件系統(tǒng)，以有效發(fā)揮人工智能的各種優(yōu)勢(shì)。

圖1 人工智能的發(fā)展史

圖2 信息技術(shù)間的關(guān)聯(lián)

2 人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的功能體現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)采集和處理

智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)在于其可以高效采集和處理數(shù)據(jù)，利用感應(yīng)、掃碼、自動(dòng)監(jiān)控裝置和網(wǎng)絡(luò)上傳、數(shù)據(jù)管理軟件構(gòu)成的智能體系可以收集設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、時(shí)長(zhǎng)、溫度、功率等重要信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種運(yùn)行數(shù)據(jù)信息的自動(dòng)化整合、統(tǒng)計(jì)，并及時(shí)處理和存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)，將信息傳輸?shù)教幚碇行?，然后?shù)據(jù)處理后臺(tái)和管控平臺(tái)會(huì)以各電氣設(shè)備和控制系統(tǒng)的基本參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)這些雜而多的數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理和分析，再將數(shù)據(jù)處理結(jié)果整合成用戶(hù)端所需要的文字、圖像或表格等便于理解的形式，以便于工作人員及時(shí)、全方位地把握系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，為企業(yè)進(jìn)行電氣管理決策提供參考依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)可視化數(shù)據(jù)利用，提高實(shí)際的自動(dòng)化控制效率[1]。

2.2 故障檢測(cè)及預(yù)警

人工智能的數(shù)據(jù)采集和處理是基本功能，且數(shù)據(jù)的采集是持續(xù)且變化的，會(huì)以實(shí)際的設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行情況為基礎(chǔ)，從而及時(shí)更新數(shù)據(jù)，而人工智能的檢測(cè)和診斷正是以此為基礎(chǔ)，按照神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式，在信息監(jiān)測(cè)和控制過(guò)程中，根據(jù)記錄的錯(cuò)誤和異常情況，與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)和正常情況進(jìn)行對(duì)比，推理出合理的結(jié)果，并將此反饋信息傳輸給終端設(shè)備，要求人工進(jìn)行查驗(yàn)和處理，因此可以在電氣控制的設(shè)備故障診斷中應(yīng)用，設(shè)備故障智能診斷的流程，如圖3所示。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣自動(dòng)化控制各環(huán)節(jié)和有關(guān)設(shè)備的持續(xù)監(jiān)管，若出現(xiàn)非正常值，可以按照緊急情況設(shè)定的自動(dòng)化控制程序應(yīng)急處理，發(fā)出警報(bào)，協(xié)助管控人員處理故障，使設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。此外還可對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行模擬，以便提前做好防控，調(diào)試設(shè)備到最佳狀態(tài)，從而避免故障等問(wèn)題的出現(xiàn)。

圖3 設(shè)備故障智能診斷的流程

2.3 自動(dòng)化操控功能

人工智能的自動(dòng)化控制能力更佳，依靠有效的代碼和程序，組建完善的軟件系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)依靠計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的智能控制。因?yàn)橛?jì)算機(jī)本身有多線程以及快速處理能力，人工智能各項(xiàng)功能的發(fā)揮又基于事實(shí)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)化程序。整個(gè)控制程序可以同時(shí)完成網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載操作，與設(shè)備之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、電路等形式形成了良好的鏈接，使得管控人員不僅能在電腦上進(jìn)行遠(yuǎn)程操控電氣設(shè)備，還可以根據(jù)需要開(kāi)發(fā)具有操控能力的機(jī)器人，使其代替人類(lèi)深入到危險(xiǎn)和人工無(wú)法到達(dá)之處。這樣不僅可以取代人腦思考，也可減少人為操控，有效避免人為操作時(shí)的各種干擾，還可以利用機(jī)械設(shè)備永不疲勞，可以24小時(shí)運(yùn)行的特質(zhì)實(shí)現(xiàn)全天候和實(shí)時(shí)的監(jiān)控和自動(dòng)化操控。如很多工廠的生產(chǎn)流水線都是采用自動(dòng)化控制設(shè)備，預(yù)先按照生產(chǎn)模式和要求設(shè)置好自動(dòng)化運(yùn)行程序，配備相應(yīng)的電氣設(shè)備管理及運(yùn)行方面的軟件系統(tǒng)，從而代替大量的人工操作高效完成任務(wù)，降低工作成本和失誤率。如自動(dòng)化緊急制動(dòng)操作，汽車(chē)行業(yè)的剎車(chē)系統(tǒng)和駐車(chē)系統(tǒng)能識(shí)別環(huán)境因素，從而提高了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可調(diào)性和運(yùn)行穩(wěn)定性，大大提高了工作效率和效益[2]。

3 人工智能化技術(shù)對(duì)電氣控制的正面影響

3.1 簡(jiǎn)化操作

傳統(tǒng)的控制器需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)定、調(diào)整后才能發(fā)揮出有限的調(diào)控作用，設(shè)計(jì)流程復(fù)雜冗長(zhǎng)，控制器的啟動(dòng)和操作較為麻煩，對(duì)電氣企業(yè)和技術(shù)人員有很高的要求。而人工智能技術(shù)具有調(diào)節(jié)功能和很強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析能力，在電氣自動(dòng)化控制中應(yīng)用時(shí)，在各類(lèi)電氣設(shè)備的管控系統(tǒng)中合理融入專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)、模糊控制，可以簡(jiǎn)化設(shè)備使用步驟，讓相關(guān)的操作方法變得更加簡(jiǎn)單。

3.2 反應(yīng)靈敏且穩(wěn)定

人工智能的計(jì)算機(jī)在算法上有著很大的優(yōu)勢(shì)，計(jì)算速度更快更準(zhǔn)，從而使電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠快速把握控制對(duì)象的數(shù)量以及精度，增強(qiáng)設(shè)備的靈活性，在面對(duì)各種異常情況和變化因素時(shí)快速進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)大部分的對(duì)象進(jìn)行有效監(jiān)控，進(jìn)而提高整體控制水平?？捎行г鰪?qiáng)設(shè)備的穩(wěn)定性，借助人工智能技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化控制，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信設(shè)備、移動(dòng)控制設(shè)備等及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問(wèn)題，并協(xié)助進(jìn)行處理。此外人工智能不易受到外界的干擾，兼容性高，適應(yīng)性強(qiáng)，與電力系統(tǒng)可以良好結(jié)合，從而創(chuàng)造更加穩(wěn)定的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

3.3 提高控制性能

人腦是最精密、最復(fù)雜的系統(tǒng)，而人工智能是對(duì)大腦工作模式的高度模擬，并剔除了各種不利因素的影響，因此信息處理效果更好。且使用了計(jì)算機(jī)、控制器等先進(jìn)、智能設(shè)備進(jìn)行操作，可以實(shí)現(xiàn)多元化、全面化控制，打破了傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化控制的單一性。針對(duì)不同的控制器會(huì)有截然不同的解決方案，可以對(duì)一個(gè)對(duì)象進(jìn)行統(tǒng)一化控制，也能實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)同時(shí)控制，具備很高的靈活性。可在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況隨機(jī)調(diào)整，從而在遇到突發(fā)問(wèn)題時(shí)第一時(shí)間調(diào)整運(yùn)行程序，使電氣控制設(shè)備運(yùn)行更加標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，也可有效避免各種電氣故障和電力事故的發(fā)生[3]。

3.4 提升控制效率

電氣設(shè)備控制工作情況較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的電氣控制模式在人工、機(jī)械和技術(shù)層面上還具有很大的發(fā)展空間。眾多的不完善導(dǎo)致控制系統(tǒng)運(yùn)行效率受到影響，而借助成熟的智能技術(shù)進(jìn)行升級(jí)改造，有助于企業(yè)更加全面地掌控智能設(shè)備，增強(qiáng)設(shè)備的性能，使得信息的收集和處理更為高效，從而提高工作效率，避免資源浪費(fèi)。同時(shí)智能化、自動(dòng)化控制系統(tǒng)在穩(wěn)定的電力供應(yīng)和網(wǎng)絡(luò)條件下可以持續(xù)高效運(yùn)行，不需要安排過(guò)多的人員在電氣設(shè)備的運(yùn)行、監(jiān)測(cè)、調(diào)試、維護(hù)等環(huán)節(jié)，既可以減輕人員工作壓力，也可以降低控制系統(tǒng)出錯(cuò)率。

4 人工智能對(duì)電氣自動(dòng)化控制產(chǎn)生影響的方式

4.1 高效診斷故障，及時(shí)排除風(fēng)險(xiǎn)

電氣自動(dòng)化涉及很多不同種類(lèi)的電氣設(shè)備，在各領(lǐng)域中應(yīng)用時(shí)需要最大限度地保障電氣設(shè)備整體性能的優(yōu)越性，否則，一旦電氣設(shè)備出現(xiàn)故障，無(wú)論問(wèn)題大小、頻繁程度，都會(huì)因?yàn)橥９z修給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。更有甚者會(huì)因?yàn)樵O(shè)備故障引發(fā)火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)事故，因此必須要對(duì)電氣設(shè)備定期進(jìn)行檢修，并且能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中突發(fā)的異常情況。然而電氣設(shè)備和系統(tǒng)組成復(fù)雜，涉及諸多科學(xué)方面如電氣、物理等相關(guān)知識(shí)，人工檢修會(huì)因?yàn)槠鋵?zhuān)業(yè)知識(shí)和操作水平有限而無(wú)法保障全面有效地檢查，無(wú)法保證解決故障的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。而應(yīng)用人工智能技術(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行工況評(píng)估，借助模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和專(zhuān)家技術(shù)對(duì)采集的數(shù)據(jù)展開(kāi)分析，以識(shí)別故障、診斷原因，第一時(shí)間判斷故障類(lèi)型，并及時(shí)采取相關(guān)應(yīng)急方案，合理制定解決方案，確保電氣設(shè)備的精準(zhǔn)和安全運(yùn)行，并且能夠壓縮故障檢測(cè)和反應(yīng)時(shí)間，防止故障范圍擴(kuò)大，降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)[4]。

4.2 完善控制系統(tǒng)，提高運(yùn)行效率和質(zhì)量

電氣自動(dòng)化的操控系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)和電氣設(shè)備組成，具有一定的煩瑣性和專(zhuān)業(yè)性。單靠人力和非智能化的操控會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力，最重要的是操作不夠精細(xì)和及時(shí)，無(wú)法兼顧整體，強(qiáng)化細(xì)部管理，很容易出現(xiàn)漏洞。而人工智能技術(shù)可以極大地提高設(shè)備的反應(yīng)速度，基于該技術(shù)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)會(huì)表現(xiàn)出明顯的瞬變性特點(diǎn)，這種優(yōu)勢(shì)合理化、科學(xué)化發(fā)揮需要探索基于專(zhuān)家系統(tǒng)的綜合控制系統(tǒng)。但是專(zhuān)家系統(tǒng)類(lèi)型較多，具有不同的作用，（如表1所示）還需要借助模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建出具有針對(duì)性的管控體系，即基于模糊邏輯，以模糊語(yǔ)言變量和模糊推理為理論基礎(chǔ)，以模糊控制器為工具，借助計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等管控設(shè)備進(jìn)行模糊控制。而網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)控制依據(jù)人腦神經(jīng)元活動(dòng)建立基本模型來(lái)研究電氣自動(dòng)化控制，專(zhuān)家控制則是基于該行業(yè)的有關(guān)專(zhuān)家的研究分析，與電氣自動(dòng)化控制專(zhuān)業(yè)方面知識(shí)結(jié)合成強(qiáng)大的理論基礎(chǔ)，從而獲得有關(guān)綜合控制的經(jīng)驗(yàn)和有效指導(dǎo)，進(jìn)而在某些領(lǐng)域?qū)?zhuān)家決策方式當(dāng)作管理模式，編制出具有針對(duì)性的程序軟件，建立一個(gè)全天候監(jiān)控系統(tǒng)和智能化、遠(yuǎn)程化管控體系，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)在綜合控制方面的高效應(yīng)用[5]。

表1 專(zhuān)家系統(tǒng)的簡(jiǎn)要介紹

4.3 優(yōu)化電氣設(shè)備，提升工作性能

電氣設(shè)備關(guān)乎著電氣自動(dòng)化控制效果，由于不同設(shè)備所能發(fā)揮的作用不同，同時(shí)期所處的工作環(huán)境和工作方式、工作條件等因素會(huì)影響其運(yùn)行狀態(tài)和故障發(fā)生率，因此需要保障其可靠性和安全性。同時(shí)可以通過(guò)人工智能技術(shù)提高其時(shí)效性和智能性，從而提升電氣自動(dòng)化控制質(zhì)量。具體應(yīng)用時(shí)可從電氣設(shè)備設(shè)計(jì)階段著手，鑒于電氣設(shè)備設(shè)計(jì)會(huì)涉及機(jī)械、電力、電子等專(zhuān)業(yè)，電磁場(chǎng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、變壓器等物理知識(shí)，總體需要參考的資料較多，使得電氣設(shè)備設(shè)計(jì)具有煩瑣性和復(fù)雜性，要求有關(guān)設(shè)計(jì)參與人員必須具備很高的綜合水平。同時(shí)為了提高效率，要求設(shè)計(jì)工作具備很高的實(shí)效性和可行性，而人工智能可進(jìn)行快速精確的運(yùn)算，將采集到的信息數(shù)據(jù)人工輸入到計(jì)算機(jī)中，或是通過(guò)運(yùn)行監(jiān)測(cè)自動(dòng)儲(chǔ)存和更新數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集與分類(lèi)，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，并且還能通過(guò)反復(fù)的演練保證計(jì)算的精度，從而可以快速確定各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)[6]。抑或是為設(shè)計(jì)工作提供準(zhǔn)確的結(jié)果參考，有效縮短電氣產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，并且還可通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)提高電氣設(shè)備性能，提高各類(lèi)電氣產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量[7]。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，人工智能在數(shù)據(jù)采集和處理、故障檢測(cè)、自動(dòng)化操控等方面的功能優(yōu)勢(shì)，可以在電氣自動(dòng)化控制的自動(dòng)操作、綜合控制、故障檢測(cè)和處理、電氣設(shè)備設(shè)計(jì)等方面加以良好運(yùn)用，從而提高電氣設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和精確性，簡(jiǎn)化電氣自動(dòng)化控制過(guò)程，提高控制性能。但是當(dāng)前背景下的人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的融入還存在著一些問(wèn)題，還需改善電氣運(yùn)作環(huán)境，降低人工智能技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用成本，培養(yǎng)優(yōu)秀的技術(shù)人才，降低應(yīng)用門(mén)檻，以促使更多企業(yè)能夠充分合理地發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。