人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用分析

岳鵬飛

摘要：在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)中應(yīng)用人工智能技術(shù)，可以優(yōu)化控制系統(tǒng)的使用性能?；诖?，該文詳細(xì)闡述了人工智能技術(shù)在電氣保護(hù)、電氣監(jiān)控、智能控制模式建設(shè)、控制系統(tǒng)安全防護(hù)這幾個(gè)電氣自動(dòng)化控制方面的應(yīng)用，希望能夠?yàn)殡姎庠O(shè)施智能化、自動(dòng)化運(yùn)行水平的發(fā)展提供助力。

關(guān)鍵詞：人工智能;自動(dòng)控制;信息安全

中圖分類號：TP3? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）08-0083-02

人們通過將人工智能技術(shù)應(yīng)用到自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，能夠讓系統(tǒng)的電氣運(yùn)行控制功能更加智能化，降低人工成本、減少人為因素帶來的影響。因此，應(yīng)深入分析人工智能技術(shù)，以提出更好的技術(shù)應(yīng)用方案，推動(dòng)電氣控制自動(dòng)化水平的發(fā)展。

1 在電氣自動(dòng)化保護(hù)控制中的應(yīng)用

1.1 智能化設(shè)備保護(hù)

從總體上看，電氣自動(dòng)化保護(hù)控制的作用層面主要有兩個(gè)，即設(shè)備安全保護(hù)、人員安全保護(hù)。其中，在設(shè)備安全保護(hù)方面，人們會(huì)將AI技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備安全防護(hù)裝置的控制系統(tǒng)建設(shè)中，并通過AI技術(shù)預(yù)判設(shè)備損壞趨勢，然后對這些安全防護(hù)裝置進(jìn)行啟?？刂?，以便于在設(shè)備受損之前，將設(shè)備與威脅因素隔離，由此保證設(shè)備的安全，降低設(shè)備維修、更換成本?；诖耍贏I技術(shù)應(yīng)用下，人們可以運(yùn)用傳感器或變送器塑造感知識別系統(tǒng)，然后將控制器與設(shè)備連接，構(gòu)建執(zhí)行系統(tǒng)，同時(shí)，在控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)分布式運(yùn)算框架。此后，以模型訓(xùn)練的形式，讓系統(tǒng)能夠通過機(jī)器學(xué)習(xí)，認(rèn)知常見的、容易造成設(shè)備損壞的故障以及該故障在運(yùn)行數(shù)據(jù)變化上的表現(xiàn)形式，由此幫助其準(zhǔn)確判斷設(shè)備運(yùn)行故障，及時(shí)作出相應(yīng)的決策，以免設(shè)備受故障影響造成損壞，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)備保護(hù)功能。但應(yīng)當(dāng)注意，AI屬于集成技術(shù)，在應(yīng)用時(shí)需要做好多樣化技術(shù)的硬件、軟件配置，并合理開展成本控制，保證AI技術(shù)的應(yīng)用效果。

1.2 智能化人員安全保護(hù)

在電氣運(yùn)行中，由于部分電氣設(shè)施結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、危險(xiǎn)性較高，工作者的不當(dāng)操作或錯(cuò)誤操作很容易引發(fā)嚴(yán)重事故，對人員的生命安全產(chǎn)生威脅。在此方面，自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要作用就是將危險(xiǎn)操作納入自動(dòng)化控制的范疇內(nèi)，使涉危操作能夠以自動(dòng)化運(yùn)行的方式完成，由此消除涉危操作對人員人身安全的威脅。但事實(shí)上，一些電氣上的涉危操作比較復(fù)雜，常規(guī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)難以編制、下達(dá)、執(zhí)行如此復(fù)雜的指令，此時(shí)，可運(yùn)用AI技術(shù)讓操作較為復(fù)雜的涉危操作也能夠通過自動(dòng)化運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。

2在電氣自動(dòng)化監(jiān)控控制中的應(yīng)用

在自動(dòng)化控制下，電氣運(yùn)行監(jiān)控作業(yè)主要包括兩個(gè)部分，即電氣作業(yè)信息采集、控制指令編制下達(dá)。因此，AI技術(shù)的應(yīng)用也應(yīng)當(dāng)聚焦于這兩部分。

2.1電氣作業(yè)信息采集

在電氣作業(yè)信息采集上，自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)運(yùn)行自身的監(jiān)控功能模塊，通過接收傳感裝置傳遞出的電信號，然后將該電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并予以存儲(chǔ)，完成作業(yè)信息的采集。其中，AI技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上。在此過程中，分布式存儲(chǔ)作為AI技術(shù)框架技術(shù)層基礎(chǔ)框架的重要組成部分，能夠有效完成對海量元數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以應(yīng)對電氣系統(tǒng)運(yùn)行中形成的大數(shù)據(jù)量級的運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求，為后續(xù)控制決策的制定提供更加充足的數(shù)據(jù)資源。目前，在AI技術(shù)領(lǐng)域，分布式存儲(chǔ)技術(shù)種類包括，Ceph、GFS、HDFS、Swift、Lustre。其中，應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)類型為Ceph，該技術(shù)適用于電氣運(yùn)作監(jiān)控這種頻繁讀寫場景，支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集和存儲(chǔ)，其所遵循的最終公式為，[p=func（N，R，S，AFR）]，其中，N為OSD的個(gè)數(shù)，R為副本個(gè)數(shù)，S為Scatter width，與recvery時(shí)間相關(guān)、AFR為年故障率。

2.2控制指令編制下達(dá)

在控制系統(tǒng)的監(jiān)控功能運(yùn)行中，系統(tǒng)會(huì)運(yùn)用所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行電氣運(yùn)行決策分析，以編制、下達(dá)合適的控制指令完成對電氣設(shè)備運(yùn)行的控制，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)施的自動(dòng)化運(yùn)行。在此過程中，AI技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對特征、代表性數(shù)據(jù)的抽取以及數(shù)據(jù)分析上。在AI技術(shù)應(yīng)用中，系統(tǒng)會(huì)運(yùn)用卷積運(yùn)算程序?qū)?fù)雜的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取，然后利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對這些信息進(jìn)行分析，得出電氣設(shè)備運(yùn)行控制需求，最后，系統(tǒng)基于此設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制指令，并傳達(dá)給控制器，由控制器操縱電氣設(shè)施完成。在此過程中，AI技術(shù)運(yùn)用的突出優(yōu)勢在于可以從圖像信息中提取特征數(shù)據(jù)，提高了監(jiān)測資料的利用率，為控制指令的編制提供更加相識的信息，例如：在監(jiān)控過程中，AI程序會(huì)對圖像進(jìn)行卷積，得出對應(yīng)的邊緣響應(yīng)圖，而此圖中的每個(gè)位置均映射原圖中此位置的形似sobel算子的邊緣，也就是說，響應(yīng)圖中的每個(gè)坐標(biāo)數(shù)值，均代表該位置在原圖中的Sobel邊緣模式，由此，即可運(yùn)用sobel算子，借助公式：

通過卷積提取圖像特征，其中，[Gx]、[Gy]為橫縱邊緣檢測圖像。

3在電氣自動(dòng)化控制智能化模式建設(shè)上的應(yīng)用

3.1 模糊控制模式建設(shè)

在控制中，AI技術(shù)的應(yīng)用除了具體體現(xiàn)在上述方面，還體現(xiàn)于控制模式的建設(shè)中。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)主要通過將運(yùn)行參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)相對比來識別運(yùn)行狀態(tài)，制定控制決策。一般來說，運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)越詳細(xì)越精確，其控制效果就越精準(zhǔn)，但對于復(fù)雜且難以用參數(shù)描述的操作，此種控制模式顯然不能達(dá)到自動(dòng)控制要求。此時(shí)，可以運(yùn)用AI技術(shù)構(gòu)建一個(gè)模糊控制模式，以有效處理上述自動(dòng)控制問題。在AI技術(shù)應(yīng)用中，人們需要遵循模糊數(shù)學(xué)原理，將選定的輸入量進(jìn)行模糊化處理，使其滿足系統(tǒng)的識別需求，然后，使用由專家建立的模糊規(guī)則庫結(jié)合模糊化的輸入量進(jìn)行模糊推理，以得出控制量，再將控制量轉(zhuǎn)化為控制指令并輸出，實(shí)現(xiàn)對電氣作業(yè)的控制。總體上看，AI技術(shù)的使用原理為通過利用模糊數(shù)學(xué)對常規(guī)方法難以描述的復(fù)雜電氣作業(yè)環(huán)節(jié)，以模糊集的方式予以闡釋，使控制系統(tǒng)可以有效識別、判斷復(fù)雜的電氣作業(yè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)，由此制定出準(zhǔn)確、合理的控制指令，增強(qiáng)系統(tǒng)的適用性。

3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模式建設(shè)

該控制模式是一種比較典型的智能化控制模式，此模式的架構(gòu)模擬了人的神經(jīng)元構(gòu)造，為控制系統(tǒng)賦予了變化莫測的控制反應(yīng)方式，使自動(dòng)控制系統(tǒng)可以被有效運(yùn)用到大規(guī)模、復(fù)雜化的電氣設(shè)施系統(tǒng)控制作業(yè)中。在該模式建設(shè)中，需要運(yùn)用AI技術(shù)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)等AI技術(shù)，通過構(gòu)建一個(gè)架構(gòu)與人類神經(jīng)元體系結(jié)構(gòu)相似的模型，用于控制判斷、決策?？梢葬槍﹄姎獾倪\(yùn)行現(xiàn)狀做出精準(zhǔn)的控制反應(yīng)，由此實(shí)現(xiàn)高精度的電氣作業(yè)控制。目前來看，常見于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模式建設(shè)中的AI技術(shù)包括前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、反饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，配套模型運(yùn)行中輸入、輸出之間的關(guān)系為：

其中， [xj]為其他單位神經(jīng)元所傳遞來的輸入信號、[wij]為連接權(quán)值、[θi]為閾值、[f]為作用函數(shù)[1]。

4在自動(dòng)化控制系統(tǒng)信息安全防護(hù)中的應(yīng)用

4.1 信息加密

自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行需要以互聯(lián)網(wǎng)為承載，而互聯(lián)網(wǎng)本身具備極強(qiáng)的開放性，導(dǎo)致系統(tǒng)需要面臨較大的信息安全風(fēng)險(xiǎn)，容易對電氣設(shè)施的正常運(yùn)作產(chǎn)生不良影響。為此，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用中構(gòu)建出配套的信息安全防護(hù)系統(tǒng)，以保護(hù)系統(tǒng)信息安全。截至目前，控制系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)用最為廣泛的信息安全防護(hù)方法為密鑰法，通過將信息加密，可以避免在系統(tǒng)信息傳輸期間出現(xiàn)數(shù)據(jù)被截留、篡改的問題。但事實(shí)上，系統(tǒng)運(yùn)行中需要傳輸?shù)男畔⒁噪姎膺\(yùn)行狀態(tài)信息與系統(tǒng)發(fā)出的指令信息為主，這兩種信息均屬于動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的狀態(tài)信息，而此類型的信息規(guī)模龐大，需要信息防護(hù)系統(tǒng)承擔(dān)海量的加密、解密工作，導(dǎo)致信息安全系統(tǒng)的運(yùn)行存在困難，容易拖慢信息傳輸效率。此時(shí)，即可運(yùn)用AI技術(shù)構(gòu)建分布式加密運(yùn)算體系，使加密運(yùn)算得以以并行的方式開展，由此賦予信息安全系統(tǒng)高效加密海量信息的能力，保證自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行[2]。

4.2 威脅追溯

目前，有90%以上的電氣自動(dòng)化配套安全系統(tǒng)并不具備主觀能動(dòng)性，基本只有遏制威脅的功能，難以在入侵或信息截留已經(jīng)出現(xiàn)之前對威脅因素進(jìn)行遏制與追溯。為此，可以運(yùn)用AI技術(shù)構(gòu)建一個(gè)具有足夠主動(dòng)性的安全防護(hù)機(jī)制，為控制系統(tǒng)的運(yùn)行提供安全保障。在此過程中，可以以分布式運(yùn)算架構(gòu)構(gòu)建出一個(gè)更加高效的密鑰運(yùn)算輸出系統(tǒng)，然后用運(yùn)算輸出更加復(fù)雜的追責(zé)私鑰代替?zhèn)鹘y(tǒng)私鑰，在解密機(jī)制建設(shè)中設(shè)置新的運(yùn)算程序，此運(yùn)算程序會(huì)在對比私鑰和公鑰匹配與否后，將不匹配的私鑰中內(nèi)嵌的用戶信息定位為惡意用戶信息，并將該信息公開、追責(zé)，由此完成威脅的追溯，優(yōu)化信息安全防護(hù)系統(tǒng)的主觀能動(dòng)性?？傮w上看，AI技術(shù)的作用在于支持上述復(fù)雜化的加密傳輸機(jī)制的運(yùn)行，以塑造性能更加優(yōu)越的信息安全防護(hù)系統(tǒng)[2]。

5結(jié)論

綜上所述，增強(qiáng)人工智能技術(shù)的應(yīng)用效果能夠改善電氣自動(dòng)化運(yùn)行狀態(tài)。在電氣控制方面，借助人工智能技術(shù)措施可以保證電氣設(shè)施的安全運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)電氣運(yùn)行巡檢的自動(dòng)化、提高電氣控制的準(zhǔn)確性、消除信息安全隱患，從而獲得更好的電氣設(shè)施運(yùn)行管理效果。

參考文獻(xiàn)：

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