電氣自動化控制中智能技術(shù)的應(yīng)用研究

王 輝，索文博

（紅塔煙草（集團）有限責(zé)任公司昭通卷煙廠，云南 昭通 657000）

0 引 言

隨著我國電氣自動化控制技術(shù)的進步與發(fā)展，其應(yīng)用范圍不斷擴大，應(yīng)用程度也在不斷加深。電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用促進了各行各業(yè)電氣自動化控制管理技術(shù)的發(fā)展，也提供了更多電氣自動化技術(shù)的相關(guān)崗位。早在2009年，全國的電氣自動化技術(shù)專業(yè)人才的平均就業(yè)率就達到了90%。近十年來，隨著中國電氣自動化技術(shù)的進步和應(yīng)用程度化加深，該專業(yè)的人才平均就業(yè)率已達到了99%。特別是智能化技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用，使電氣自動化技術(shù)從工業(yè)生產(chǎn)走向人們的生活，與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)[1,2]。智能技術(shù)在電氣自動化控制技術(shù)中的應(yīng)用標志著我國電氣自動化向智能化的轉(zhuǎn)型，其在未來20年內(nèi)有較大的發(fā)展前景。研究電氣自動化控制中智能技術(shù)的應(yīng)用對電氣自動化控制系統(tǒng)的智能化建設(shè)有著重要的意義。

1 智能技術(shù)及其特點

1.1 內(nèi) 涵

智能技術(shù)是指為了有效地達到某種預(yù)期的目的，利用知識所采用的各種方法和手段。常見的智能技術(shù)包括：面向主體軟件工程的分布式智能系統(tǒng)；面向?qū)W習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘的人工智能；面向語義網(wǎng)格和知識網(wǎng)格的服務(wù)及共享技術(shù)；面向自主計算的自配置、自由化、自保護以及自恢復(fù)技術(shù)；面向認識信息學(xué)的神經(jīng)計算技術(shù)、學(xué)習(xí)與認知機理技術(shù)以及環(huán)境認知技術(shù)；面向內(nèi)容計算的多媒體信息檢索技術(shù)和智能搜索技術(shù)等。

1.2 特 點

智能技術(shù)是一門復(fù)雜的交叉學(xué)科，包含的內(nèi)容涉及計算機技術(shù)、生物仿生技術(shù)、數(shù)學(xué)邏輯、控制技術(shù)以及信息技術(shù)等，綜合了多種學(xué)科的應(yīng)用優(yōu)勢。學(xué)科綜合性的優(yōu)勢使智能技術(shù)具備優(yōu)化和綜合改善系統(tǒng)性能的作用，如提高系統(tǒng)運行效率和信息處理能力等。此外，智能技術(shù)還能夠為電氣產(chǎn)品的開發(fā)提供智能技術(shù)支持。將智能技術(shù)應(yīng)用于電氣自動化控制中，具有提高自動化控制系統(tǒng)精度、自動化控制系統(tǒng)穩(wěn)定性以及自動化控制系統(tǒng)實時性的作用。

2 智能技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用優(yōu)勢

智能技術(shù)在提高電氣自動化控制系統(tǒng)精度、穩(wěn)定性以及實時性方面的應(yīng)用優(yōu)勢明顯。將其應(yīng)用于電氣自動化控制后，相對于傳統(tǒng)的電氣自動化控制器及系統(tǒng)而言，控制器和系統(tǒng)的綜合處理能力得到提高[3-4]。綜合處理能力的提高使系統(tǒng)能夠更快且更精準地監(jiān)控對象，保障電氣自動化控制器及系統(tǒng)對對象的動態(tài)化管理，確保電氣自動化控制器及系統(tǒng)的運行更加安全、穩(wěn)定且高效。詳細的應(yīng)用優(yōu)勢分析如下。

2.1 提高系統(tǒng)精度

電氣控制系統(tǒng)的電氣線路及其系統(tǒng)復(fù)雜性較高。以電氣工業(yè)控制系統(tǒng)為例，控制對象受設(shè)備因素和環(huán)境因素等影響，存在較多不確定性因素，將降低電氣控制器的精度。電氣自動化控制中的智能技術(shù)系統(tǒng)采用實時控制算法和邏輯算法，使得控制器的計算精度更高。同時自動控制器系統(tǒng)運行過程中對被控制對象的控制精度也會相應(yīng)提高。這不僅提高了控制系統(tǒng)的工作效率，還能從源頭避免不可控因素或控制誤差的發(fā)生，從而有效提高系統(tǒng)精度。

2.2 提高系統(tǒng)穩(wěn)定性

工業(yè)電氣控制系統(tǒng)受多因素影響，運行過程中會發(fā)生波動，自動控制器受系統(tǒng)波動影響，工作效率和控制精度也都會受到影響。電氣自動化控制中的智能技術(shù)在綜合處理各類復(fù)雜信息及問題的同時，還能夠自動采集監(jiān)控信息，穩(wěn)定地輸出自動化控制信息和指令。系統(tǒng)采用相應(yīng)的控制算法處理穩(wěn)定輸出的數(shù)據(jù)信息，從而確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行，保證電氣設(shè)備及線路運行的安全性。此外，電氣自動控制器一旦發(fā)現(xiàn)錯誤指令，就會向系統(tǒng)發(fā)出自動告警來控制錯誤程序的運行，及時預(yù)防和處理各種小故障，以防引發(fā)更大的安全事故。

2.3 提高系統(tǒng)實時性

傳統(tǒng)電氣控制器對系統(tǒng)參數(shù)的控制是依靠人工掌握的技術(shù)和經(jīng)驗來完成的，因此對控制器的調(diào)整可能會參差不齊。此外，電氣控制器及系統(tǒng)調(diào)節(jié)的準確性不高，而且還存在一定的滯后性。電氣自動化控制系統(tǒng)中智能技術(shù)采用的邏輯算法使系統(tǒng)具有實時的邏輯推理和判斷能力。系統(tǒng)能夠根據(jù)智能終端自動采集的信息和邏輯算法調(diào)節(jié)和控制電氣自動化控制器及系統(tǒng)，而且從電氣設(shè)備及線路的監(jiān)控到系統(tǒng)控制的調(diào)節(jié)都是實時的，具備實時監(jiān)控及管理的優(yōu)勢。

3 電氣自動化控制中智能技術(shù)的應(yīng)用

3.1 故障診斷的智能化

隨著當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的規(guī)模化、集約化以及綜合化，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)連接的設(shè)備和線路越來越復(fù)雜，運行過程也更加復(fù)雜。各類硬件、軟件以及電氣線路錯綜復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)運行所受條件因素較多，一旦發(fā)生故障排查難度極大。電氣自動化控制技術(shù)中的智能監(jiān)控技術(shù)可自動對實時監(jiān)控設(shè)備和線路的運行狀態(tài)，并及時將監(jiān)控信息傳輸給控制中心[5-6]。一旦設(shè)備或電氣線路發(fā)生故障，故障信息將自動傳輸給控制系統(tǒng)中心和自動報警系統(tǒng)，由自動報警系統(tǒng)對故障做出報警反應(yīng)，并從控制中心的管理界面快速查找定位故障部位，鎖定故障位置和故障類型。智能技術(shù)對故障的自動排除和自動預(yù)判能力，為及時發(fā)現(xiàn)故障隱患奠定了基礎(chǔ)，不僅有效預(yù)防了系統(tǒng)故障的發(fā)生，保證了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，還提高了故障查找的效率，降低了人工查找故障的成本，對于工業(yè)生產(chǎn)從自動化向智能化的轉(zhuǎn)型有著重要的促進意義。

3.2 產(chǎn)品設(shè)計的智能化

傳統(tǒng)電氣工程產(chǎn)品的設(shè)計主要是采用創(chuàng)新設(shè)計流程，需要在一套完整的產(chǎn)品設(shè)計流程下，經(jīng)過反復(fù)的修改、試驗以及調(diào)整，才能得到最終產(chǎn)品。這大大延長了產(chǎn)品開發(fā)的周期，且產(chǎn)品的效果只能在制造使用后才可得到驗證。電氣自動化控制下的產(chǎn)品設(shè)計可通過仿真設(shè)計來驗證產(chǎn)品性能，了解產(chǎn)品功能。

智能技術(shù)將傳統(tǒng)電氣工程產(chǎn)品設(shè)計中的串行設(shè)計流程改為了并行設(shè)計流程。并行設(shè)計流程下，系統(tǒng)可利用多種軟件同時設(shè)計，有效解決了設(shè)計與制造分離的問題。電氣自動化控制中的智能技術(shù)為產(chǎn)品設(shè)計中的仿真設(shè)計和數(shù)據(jù)處理提供了技術(shù)支持。各類自動化設(shè)計軟件以可以通過模塊化的形式儲存，后期開發(fā)電氣工程產(chǎn)品可在原有模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)上進行調(diào)整和優(yōu)化，并由云計算處理技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)提供數(shù)據(jù)處理支持，由虛擬技術(shù)提供產(chǎn)品測試支持。這樣就可以在產(chǎn)品設(shè)計的過程中測試產(chǎn)品的性能，縮短了產(chǎn)品設(shè)計的周期[7,8]。電氣自動化控制系統(tǒng)可編程處理器可對產(chǎn)品的設(shè)計進行在線編程優(yōu)化，調(diào)整產(chǎn)品制造的參數(shù)，實現(xiàn)制造模式動態(tài)化的設(shè)計優(yōu)化。此外，大數(shù)據(jù)和云計算等所具備的高效和高精度綜合處理能力，確保了電氣產(chǎn)品設(shè)計中復(fù)雜問題處理的效率和進度，對提升產(chǎn)品開發(fā)效益有著重要意義。

3.3 電氣控制的智能化

傳統(tǒng)的電氣控制是通過控制電氣設(shè)備二次回路來保障設(shè)備的可靠與安全。這種控制方式對一次設(shè)備及線路的可靠運行有明顯保護作用。隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)以及微電子技術(shù)的發(fā)展，大量的智能控制芯片和智能傳感器應(yīng)用于電氣控制系統(tǒng)，這對電氣控制系統(tǒng)的綜合性和安全性提出了更高的要求。就電氣自動化控制系統(tǒng)本身而言，單純采用電氣設(shè)備二次回路控制的方法很難保障系統(tǒng)運行的可靠性。電氣自動化控制系統(tǒng)具有復(fù)雜的電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行層次，這要求電氣自動化控制系統(tǒng)實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的工作狀況，并在實時監(jiān)控的基礎(chǔ)上智能維護設(shè)備。對于企業(yè)而言，它要求工業(yè)電氣自動化控制系統(tǒng)必須實現(xiàn)電氣控制的智能化轉(zhuǎn)型，而電氣自動化控制中智能技術(shù)恰好為企業(yè)工業(yè)電氣控制智能化的實現(xiàn)提供了技術(shù)支持。電氣控制智能化表現(xiàn)在智能終端監(jiān)控設(shè)備遠程監(jiān)測和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并設(shè)計自動報警系統(tǒng)對電氣自動化設(shè)備運行的異常進行主動報警，配合維修服務(wù)。智能技術(shù)的應(yīng)用擴大了電氣設(shè)備的服務(wù)范圍，有效提高了設(shè)備的工作性能。此外，將傳統(tǒng)電氣控制的被動維修轉(zhuǎn)為電氣自動化控制的主動維護，減少了設(shè)備的故障損壞，還有效延長了設(shè)備的使用壽命，而且還促進系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)的開放性、互連性以及分散性發(fā)展，不斷擴大工業(yè)電氣自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍[9-11]。

4 智能關(guān)鍵技術(shù)

4.1 人機接口技術(shù)

電氣自動化控制中的智能技術(shù)具有人機交互功能。人機交互功能需要人機接口來支持操作員與計算機之間的信息交換。工業(yè)電氣自動化控制的人機接口包括顯示器、鍵盤、打印機以及專用操作顯示臺。設(shè)備終端的智能傳感器自動采集信息并傳輸給工控機，在工控機專用顯示臺可視化技術(shù)中可以進行多視圖畫面的應(yīng)用，直接進行人機交換操作。這種多視圖處理方式顯示的信息類別和信息量更多，視圖呈現(xiàn)方式多樣。人機交互界面下，可以在多視圖中建立交互聯(lián)動關(guān)系，在聯(lián)動關(guān)系下協(xié)同處理和解決問題。多視圖大大提高了多個對象協(xié)同處理的能力，為操作員靈活操作和處理提供了方便。

4.2 系統(tǒng)支持技術(shù)

電氣自動化控制中智能技術(shù)的應(yīng)用為系統(tǒng)提供監(jiān)控定時器、電源掉電監(jiān)測、后備存儲器以及實時日歷時鐘等功能，為系統(tǒng)實時監(jiān)測電氣設(shè)備及線路提供了標準化的時間，也確保了實時監(jiān)測的可靠性。電氣自動化控制系統(tǒng)的分散測控系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計，每個智能電氣設(shè)備具有獨立的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。智能監(jiān)測的信息存儲在設(shè)備系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，工控機可隨時調(diào)取各個設(shè)備子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的監(jiān)測信息。總控系統(tǒng)自動監(jiān)測子系統(tǒng)反饋的各個信息采集現(xiàn)場自動傳回的電源掉電和監(jiān)控時間不一致等問題時，會自動發(fā)出報警并恢復(fù)操作。同時，自動檢索并記錄歷史信息，自動分析歷史數(shù)據(jù)，支持工控機快速找出故障并及時排除故障。此外，操作人員在人機交互界面可以通過控制鼠標和鍵盤修改、調(diào)整或控制指令，完成開放式操作。在智能技術(shù)的支持下，電氣自動化控制系統(tǒng)還支持擴展通信、系統(tǒng)開放操作、自動通信以及自動調(diào)節(jié)等功能。具體的功能由工控機監(jiān)控的需要和系統(tǒng)分層體系的設(shè)計決定。

4.3 總線技術(shù)

工業(yè)電氣自動化控制系統(tǒng)采用IPC工控機綜合化管控系統(tǒng)。IPC工控機統(tǒng)采用縱向設(shè)計，其縱向技術(shù)可分為內(nèi)部縱向與和外部縱向。其中，內(nèi)部縱向是工控機內(nèi)部系統(tǒng)信息傳輸?shù)墓餐ǖ?，外部縱向是工控機與其他計算機和智能設(shè)備信息傳輸?shù)墓餐ǖ馈PC工控機外部縱向常用RS-232C、RS485以及IEEE-488通信總線。不同的總線用于連接不同的工控機產(chǎn)品，根據(jù)外部總線，常用工控機產(chǎn)品有PC總線工控機、STD總線工控機以及VME總線工控機。其中，STD總線工控機可支持8位微型處理器。根據(jù)智能技術(shù)的應(yīng)用要求，STD總線工控機配6根邏輯電源總線、4根輔助電源總線、8根雙向數(shù)據(jù)總線、16根地址總線以及22根控制總線。這些總線被封為4組，以便于支持多處理器系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂品绞綖橥娇諘r。此外，系統(tǒng)兼容了PC/XT，因此信息傳輸?shù)陌踩院涂煽啃燥@著提高。VME總線根據(jù)信號類型劃分總線，總線具有數(shù)據(jù)傳輸、中斷、多主設(shè)備支持以及錯誤處理等功能。外部總線可于外部智能設(shè)備的實時通信，確保系統(tǒng)的通信通暢及安全。

4.4 可編程控制器技術(shù)

電氣自動化控制系統(tǒng)采用了可編程控制器。可編程控制器具有邏輯控制、運動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)以及分散控制的功能。例如，對電氣開關(guān)量的邏輯控制能夠支持電氣控制系統(tǒng)單臺設(shè)備的獨立作業(yè)，控制作業(yè)順序。在自動化的流水線中，開關(guān)量的邏輯控制常應(yīng)用到組合機床和龍門刨床等作業(yè)操控。設(shè)置邏輯控制和順序控制增加了設(shè)備控制的靈活性。再如電氣控制中的聯(lián)鎖行為，通過分散控制實現(xiàn)對電氣設(shè)備聯(lián)動生產(chǎn)的控制。在可編程控制器支持下，分散控制系統(tǒng)的設(shè)計形式能保證設(shè)備在發(fā)生故障時，由可編程控制器對發(fā)生故障的電氣設(shè)備進行停運控制，以防故障電氣設(shè)備影響到系統(tǒng)及其運行狀態(tài)。

5 結(jié) 論

在科技信息高速發(fā)展的時代，電氣自動化控制技術(shù)的發(fā)展必然隨著科技信息技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。智能技術(shù)作為智能時代最典型的科技信息技術(shù)，將成為未來20年內(nèi)引領(lǐng)社會發(fā)展的重要技術(shù)，在電氣控制中的應(yīng)用涉及故障診斷、電氣產(chǎn)品設(shè)計以及電氣控制等多個方面。電氣自動化控制中智能技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在設(shè)備及系統(tǒng)的智能化。對電氣設(shè)備進行智能化改造，或在設(shè)計電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時增加智能監(jiān)測設(shè)備，強化系統(tǒng)的人工智能，通過提高設(shè)備及電氣系統(tǒng)的智能化水平，極大地提高電氣自動化控制的人工智能，為電氣自動化控制的應(yīng)用與發(fā)展帶來更大的發(fā)展空間。