人工智能在電氣自動化控制中的運用和發(fā)展

張子國 賴鵬 王馳 張超越

（1.九龍縣雅礱江礦業(yè)有限責(zé)任公司 四川省九龍縣 616200 2.中國人民解放軍63795 部隊 陜西省西安市 710000）

人工智能技術(shù)是計算機(jī)技術(shù)的一項重要分支，它的主要功能是通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)讓機(jī)器對人性化思維進(jìn)行模擬，為現(xiàn)代生產(chǎn)生活提供更高效和更妥帖的服務(wù)。在電氣自動化控制中，通過應(yīng)用模糊制造、專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)，不僅大幅度降低了人工作業(yè)的壓力，同時有效提高了生產(chǎn)速度和生產(chǎn)效。人工智能給電氣自動化技術(shù)帶來的創(chuàng)新改革，值得引起重視。

1 人工智能的運用價值

1.1 排除干擾，精確數(shù)據(jù)

各個行業(yè)生產(chǎn)加工產(chǎn)品的具體參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)不同，為此電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計較為復(fù)雜。在傳統(tǒng)的產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，工作人員需要對設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行靈活調(diào)整，受制造工藝、數(shù)學(xué)模型、計算方法、參考指標(biāo)、操作失誤等因素影響，人為調(diào)整電氣自動化控制系統(tǒng)參數(shù)始終存在風(fēng)險，制約數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的原因太多，某個環(huán)節(jié)的調(diào)整往往需要多次嘗試，很難達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)效果，影響了行業(yè)的綜合運行[1]。而人工智能可以通過模擬計算，在網(wǎng)絡(luò)中或數(shù)據(jù)庫中快速調(diào)用存入的模型和參數(shù)，找到與行業(yè)實際情況最為匹配的系統(tǒng)調(diào)整方案，擁有生產(chǎn)系統(tǒng)控制權(quán)的人工智能，還能在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中采集系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)，配合當(dāng)前設(shè)備生產(chǎn)運作的實際需求，使電氣自動化控制系統(tǒng)始終保持動態(tài)調(diào)整的狀態(tài)，避免因人為選擇不當(dāng)，造成設(shè)備設(shè)置的參數(shù)無法達(dá)到客觀條件變化后的需要。人工智能的介入不僅使電氣自動化控制具有實時性，更保證了整個生產(chǎn)運行過程中數(shù)據(jù)調(diào)整的精確性。

1.2 快速調(diào)節(jié)，節(jié)約資源

在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中，因為設(shè)備使用規(guī)范和生產(chǎn)內(nèi)容的不同，為了保證電氣控制對工程設(shè)備整體而統(tǒng)一的掌握，必須要消耗大量勞動資源來對每個流程和工序進(jìn)行反復(fù)核對和檢查，繁瑣枯燥的工作很容易造成檢查不到位的情況，這不僅會影響到后續(xù)的設(shè)備運作，還有可能造成無法挽回的損失。作為能夠代替人類思考的機(jī)器，人工智能擁有遠(yuǎn)超人類大腦的數(shù)據(jù)提取和信息分析能力，他可以根據(jù)設(shè)備端及時反饋的信息配合自身數(shù)據(jù)庫的支持，通過算法在短時間內(nèi)分析得到調(diào)整方案，再將方案下發(fā)給電氣自動化控制系統(tǒng)。成熟的人工智能不僅能最優(yōu)化執(zhí)行工作人員編排的生產(chǎn)內(nèi)容，并且還可以不斷學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫中存儲的案例和模型，對現(xiàn)有方案中不合理的地方進(jìn)行糾正，快速的計算能力不僅節(jié)約了人力資源，也減少了時間成本。應(yīng)用人工智能技術(shù)的電氣自動化控制系統(tǒng)適應(yīng)性更強(qiáng)，相對于傳統(tǒng)控制器，人工智能較大程度消減了技術(shù)人員的監(jiān)管壓力，對設(shè)備參數(shù)的調(diào)節(jié)更具有針對性、科學(xué)性和高效性。

1.3 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，控制質(zhì)量

人工智能調(diào)取信息的能力遠(yuǎn)比人腦強(qiáng)大，它能夠隨時模仿一個多方專家“會議”，根據(jù)需求查詢數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)有的各專業(yè)領(lǐng)域的有用信息，綜合信息給出可執(zhí)行或可參考的“會議結(jié)果”，再通過控制系統(tǒng)來實現(xiàn)“會議結(jié)果”，以此達(dá)到人工智能直接控制設(shè)備的目的。在以往的電氣自動化控制系統(tǒng)中，需要集中大量專業(yè)研究人員和工程技術(shù)人員憑借他們的經(jīng)驗和理論對設(shè)備進(jìn)行針對性的設(shè)計。我國工業(yè)智能化起步較晚，設(shè)計水平有限，多數(shù)電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計受人為經(jīng)驗影響較大，越是靠經(jīng)驗設(shè)計的產(chǎn)品越是擺脫不了依賴人工操作，越是存在技術(shù)滯后的問題，而且沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品往往也會存在質(zhì)量缺陷。電氣自動化控制的基礎(chǔ)還是人為制定的規(guī)范，但規(guī)范若是沒有統(tǒng)一、脫離實際，肯定會為工作帶來不可控的風(fēng)險。運用人工智能夠完全避開類似的控制風(fēng)險，因為它得出的控制調(diào)整方案是有跡可循的，人工智能數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)是實際情況的反饋和數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)的查詢調(diào)用，只要在數(shù)據(jù)庫中錄入的數(shù)據(jù)本身是符合標(biāo)準(zhǔn)的，人工智能就有能力保證電氣自動化系統(tǒng)的一致性。在電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計中使用人工智能技術(shù)，盡可能多的將客觀情況、設(shè)計方案、標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)、設(shè)備使用情況等信息錄入數(shù)據(jù)庫，以打造穩(wěn)定、安全、高效的電氣控制系統(tǒng)為先導(dǎo)，將指標(biāo)和參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，在保證用戶需求和發(fā)揮電氣設(shè)備正常功能的前提下，減少了設(shè)計冗余環(huán)節(jié)，提高了設(shè)計質(zhì)量[2]。

2 人工智能的運用途徑

2.1 在系統(tǒng)設(shè)計中的運用

電氣自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計領(lǐng)域廣泛，在系統(tǒng)自動化管理技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入人工智能技術(shù)，能有效避免自動化操作中的失誤問題[3]，所以在發(fā)展電氣自動化系統(tǒng)的同時，應(yīng)當(dāng)追求人工智能技術(shù)的共同進(jìn)步。以計算機(jī)理論為自動化操控的核心，在產(chǎn)品設(shè)計中廣泛滲透人工智能技術(shù)，在不影響標(biāo)準(zhǔn)的同時，對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化，避免了繁雜的操作過程，縮短了效益周期。與傳統(tǒng)行業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)相比，人工智能技術(shù)的介入，不僅提高了各行業(yè)的工作效率，還大大降低了資源成本，操作人員從體力勞動中解脫出來，技術(shù)人員將變得更加專業(yè)。采用人工智能技術(shù)對人機(jī)對話、狀態(tài)確認(rèn)、信息反饋、實時監(jiān)控、故障定位、主備切換等自動化控制領(lǐng)域的核心內(nèi)容進(jìn)行整合，實現(xiàn)電氣自動化管理的跨越式發(fā)展，進(jìn)一步發(fā)揮出人工智能的運用效果。

2.2 在故障診斷中的運用

在推廣和試驗的商用自動化系統(tǒng)中，應(yīng)用人工智能來診斷和排查電氣設(shè)備中的故障，能夠收到顯著的成效。但是故障排查是一個非常重要的環(huán)節(jié)，它保證了設(shè)備的正常運作。在故障診斷中添加人工智能技術(shù)后，還是應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)人的作用。在本項業(yè)務(wù)中，應(yīng)當(dāng)明確技術(shù)人員和人工智能的關(guān)系。在人工智能檢查到故障以后，首先要做的不是使設(shè)備恢復(fù)正常，而是將信息及時傳達(dá)到人機(jī)對話的界面，通過“聲光報警”等手段提醒現(xiàn)場的技術(shù)人員，并協(xié)助工作人員及時找到故障原點，保證充足的故障排查時間。在此基礎(chǔ)上，人工智能需要有給技術(shù)人員提供解決故障意見的能力，為了保證意見的合理性和嚴(yán)謹(jǐn)性，一個完善的數(shù)據(jù)支持分系統(tǒng)在設(shè)計之初就要融入大量的實踐數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，這些豐富的資料是人工智能診斷故障技術(shù)的基礎(chǔ)。在故障診斷中，現(xiàn)場的技術(shù)人員扮演的才是“總指揮”的身份，人工智能技術(shù)起的是配合的作用，兩者相結(jié)合才能夠使得維修過程更加順利，排查故障的時間效費比更高，診斷結(jié)果也將更加準(zhǔn)確。

2.3 在設(shè)備管理中的運用

一套完整的電氣自動化控制系統(tǒng)由多個硬件設(shè)備構(gòu)成，所有硬件的正常運作才能保障一整套系統(tǒng)的業(yè)務(wù)能力，小到一條通信光纖，大到一臺服務(wù)器設(shè)備，都有可能影響到大系統(tǒng)的性能指標(biāo)，因此，如何在規(guī)避故障的同時維持設(shè)備系統(tǒng)正常運行，是目前電氣設(shè)備管理的重要難點之一。但電氣設(shè)備的管理并不容易，它環(huán)境因素的影響尤其嚴(yán)重，例如，在某些與化學(xué)試劑有關(guān)的行業(yè)中，生產(chǎn)作業(yè)的過程會產(chǎn)生大量腐蝕性的廢料，這些廢料的長期累積會對設(shè)備造成侵蝕，若對這些設(shè)備監(jiān)控不到位，系統(tǒng)將隨時承擔(dān)設(shè)備損壞的風(fēng)險。為此需加強(qiáng)人工智能在設(shè)備管理方面的工程化實現(xiàn)，同時帶動電氣設(shè)備針對環(huán)境因素影響的改進(jìn)。用設(shè)備管理設(shè)備，不僅降低了人工成本，還增加了設(shè)備管理工作的及時性，在管理過程中對各個設(shè)備建立的電子管理檔案，也更加方便工作人員維護(hù)電氣設(shè)備，提高電氣自動化控制系統(tǒng)運行效率[4]。

3 人工智能的發(fā)展前景

人工智能主要是通過不停的學(xué)習(xí)來模仿人腦的思考方式，在計算機(jī)技術(shù)快速更迭和人類社會強(qiáng)烈需求的背景下，人工智能得到長足的發(fā)展，在語音識別、圖像研判、邏輯關(guān)系等領(lǐng)域發(fā)揮基礎(chǔ)效用，幫助人們解決生產(chǎn)制造難題。

3.1 優(yōu)化集中監(jiān)控

先進(jìn)的電氣自動化控制系統(tǒng)基本都配備了集中監(jiān)控系統(tǒng)，實踐證明，它是保障系統(tǒng)運行的重要因素。集中監(jiān)控設(shè)計方法的運用可實現(xiàn)了對電氣工程系統(tǒng)的自動化控制，但集中監(jiān)控也不是萬能的，一是對計算機(jī)性能的要求較高，會給主機(jī)處理器帶來負(fù)荷，二是功能強(qiáng)大的集中監(jiān)控系統(tǒng)會增加專用設(shè)備的采購，設(shè)備體量的增大會影響整個電氣系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性，同時也增加了系統(tǒng)建設(shè)的成本，因此集中監(jiān)控系統(tǒng)較大程度受到建設(shè)范圍的影響。另一種方案是對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，相對于集中監(jiān)控設(shè)計的方案，遠(yuǎn)程監(jiān)控雖然在具體的安裝和施工上尤為便利，且同時需要的成本投入較低，但遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)計過程顯得繁瑣，工作量也大大提高。從實際使用中累積的經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)程監(jiān)控對外部因素的要求較高，且在工程上不容易滿足實時通訊的需求量，當(dāng)電氣自動化控制系統(tǒng)中涉及多臺套的大型設(shè)備時，遠(yuǎn)程監(jiān)控往往無法及時推送龐大的數(shù)據(jù)量。針對這種情況，將人工智能合理運用，通過對系統(tǒng)的科學(xué)化運用可以有效的保證電氣工程的自動化實現(xiàn)，不但可以簡化復(fù)雜的電氣設(shè)計過程，還可以盡量避免空間和時間的限制，減少不利環(huán)境帶來的困擾。新一代電氣工程系統(tǒng)的設(shè)計方案已對上述情況提供了思路，方案中提到一種名為“總線智能化控制子系統(tǒng)”的人工智能設(shè)備，它屬于系統(tǒng)性的內(nèi)部控制體系，在日常業(yè)務(wù)中可按照設(shè)備設(shè)定的工作起停時間和不同的工作狀態(tài)來進(jìn)行科學(xué)的、合理性的監(jiān)控，減少了設(shè)備的總投入，降低了專用設(shè)備的實際投入量，將原本復(fù)雜的安裝施工作業(yè)，簡化為明確便捷的施工流程，可使得監(jiān)控系統(tǒng)在安裝和使用上更加便捷，具有較強(qiáng)的實用性。

3.2 有效安全管理

在設(shè)備管理系統(tǒng)中融入人工智能技術(shù)，是未來設(shè)備管理專業(yè)發(fā)展的重要方向，在某些高危行業(yè)的安全管理中，人工智能與安全管理的結(jié)合成果應(yīng)當(dāng)?shù)玫礁玫捏w現(xiàn)。

3.3 精確環(huán)境管控

目前，人工智能在自動化環(huán)境控制領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)相對落后。還是以采礦行業(yè)為例，工藝要求合格、設(shè)備質(zhì)量過硬、安全驗收合規(guī)的采礦工序?qū)嶋H上相當(dāng)復(fù)雜，噪聲高、光線暗、環(huán)境密閉等常規(guī)問題都給開采作業(yè)帶來不小的麻煩，加之還要經(jīng)常接觸爆炸物等危險品，在這種情況下，環(huán)境控制是否精確不僅會影響到采礦作業(yè)的質(zhì)量和效率，甚至將直接影響到工作人員的人生安全。為此，人工智能技術(shù)與自動化環(huán)境控制技術(shù)的交叉融合將更為緊密，對環(huán)境的可靠把握，是實現(xiàn)電氣自動化控制的具體要求之一。環(huán)境控制設(shè)備因為實時性要求高，且參數(shù)調(diào)整頻繁，容易增加時間成本。利用人工智能技術(shù)，將采集的環(huán)境數(shù)據(jù)反饋給電氣控制系統(tǒng)，再通過電氣控制系統(tǒng)直接控制環(huán)控設(shè)備發(fā)出操作指令，讓設(shè)備的運行控制更加流暢迅速，在避免惡劣環(huán)境給生產(chǎn)過程帶來影響的同時，以求進(jìn)一步打造安全生產(chǎn)制造環(huán)境的目的。

4 結(jié)束語

人工智能技術(shù)的實現(xiàn)是一個不斷發(fā)展和進(jìn)步的過程，隨著人類要求的不斷提高，人工智能的完善也變得越來越困難。但它的優(yōu)勢同樣也無可比擬，在系統(tǒng)設(shè)計、故障診斷、設(shè)備管理、參數(shù)調(diào)整、精確控制等方面都表現(xiàn)出了其明顯的獨特點[5]。雖然現(xiàn)階段的技術(shù)還無法實現(xiàn)人工智能技術(shù)和電氣自動化控制技術(shù)的完美融合，但人工智能技術(shù)的發(fā)展是當(dāng)前社會不可逆的主流趨勢，相信在不久的將來，兩種技術(shù)的搭配協(xié)調(diào)，會為電氣自動化控制領(lǐng)域帶來顛覆性的改變。