人工智能在電氣自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用探討

李亞平

（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河北 唐山 063299）

0 引言

在我國經(jīng)濟發(fā)展過程中，電氣自動化是支撐國家電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要命脈，人工智能技術(shù)的推廣和應(yīng)用為電氣自動化的發(fā)展提供了強勁助力。人工智能技術(shù)在電氣自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用，不僅在很大程度上提升了電氣自動化的控制效果，更從整體上降低了電氣自動化運營的成本，電氣自動化控制效率因此得到了有效提升。

1 關(guān)于人工智能的簡要介紹

人工智能，是以計算機基礎(chǔ)模擬技術(shù)為核心建設(shè)和發(fā)展起來的一門融合多學(xué)科的交叉性技術(shù)。在人工智能技術(shù)產(chǎn)生和應(yīng)用之后，有2大核心問題，即交叉問題和拓展問題及時得到發(fā)現(xiàn)和解決[1]。人工智能依托于計算機平臺對人腦的思維模式進行了精準模擬，正因如此，有越來越多的機器不僅擁有了自主決策的能力，同時還被賦予了人的智能，其在實際生產(chǎn)和應(yīng)用過程中可以更好地替代人進行決策和執(zhí)行，甚至是做出創(chuàng)新。

人工智能技術(shù)發(fā)展到今日，已經(jīng)逐步拓展應(yīng)用到了諸多領(lǐng)域，應(yīng)用范疇越發(fā)廣泛。在當前的生物學(xué)、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域均可以看到人工智能技術(shù)的身影，而且現(xiàn)如今的人工智能技術(shù)已經(jīng)建立起了一套完整的科學(xué)理論體系。此外，人工智能技術(shù)之所以獲得如此好的發(fā)展成果，這與電氣工程發(fā)展與計算機技術(shù)之間聯(lián)系的緊密度有著直接關(guān)聯(lián)性，這是人工智能技術(shù)在電氣工程中得以順利應(yīng)用的良好基礎(chǔ)。

2 電氣自動化技術(shù)的相關(guān)闡述

2.1 概況

電氣自動化技術(shù)作為一種綜合性技術(shù)類型，融合了信息學(xué)、控制學(xué)等內(nèi)容，在當今社會諸多領(lǐng)域，如建筑行業(yè)、鋼鐵冶金行業(yè)、火力發(fā)電行業(yè)等均有著非常廣泛的應(yīng)用。電氣自動化技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅提升了電氣自動化生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，有效改善了勞動條件，而且在維護電氣自動化系統(tǒng)穩(wěn)定運行方面也起到了很大的幫助作用。

目前電氣自動化系統(tǒng)共劃分為3個部分，其一是信息采集部分，即收集能夠反映設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容；其二是控制部分，即精準分析和妥善處理信息內(nèi)容；其三是執(zhí)行部分，即把處理結(jié)果反映到實際動作當中[2]。從電氣自動化系統(tǒng)的組成內(nèi)容中不難看出信息分析處理和動作執(zhí)行都是電氣自動化最為關(guān)鍵的部分，但動作執(zhí)行同時又是信息分析處理結(jié)果的直接執(zhí)行者，因此在整個電氣自動化系統(tǒng)當中，信息處理又屬于最核心的一個部分。

2.2 特性

電氣自動化技術(shù)包含內(nèi)容非常之廣，傳統(tǒng)的電器、電機，先進的網(wǎng)絡(luò)傳輸、信息處理及電子技術(shù)等均屬于電氣自動化技術(shù)的范疇。這便決定了電氣自動化技術(shù)呈現(xiàn)出如下特性。

其一，電氣自動化技術(shù)表現(xiàn)出機械-電氣結(jié)合、強-弱電結(jié)合以及軟-硬件結(jié)合的特點。

其二，基于電氣自動化技術(shù)應(yīng)用范疇不同，其所涉及的行業(yè)、控制對象、應(yīng)用工況均不盡相同，這便決定了電氣自動化技術(shù)在具體實施中表現(xiàn)出很強的差異性，需求不同，便需要做出個性化的電氣自動化技術(shù)實施方案設(shè)計，這對于電氣自動化技術(shù)的普及應(yīng)用也會產(chǎn)生很大的影響[3]。

2.3 應(yīng)用現(xiàn)狀

據(jù)了解，當前電氣自動化技術(shù)已經(jīng)在諸多自動化控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。關(guān)于電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用，其與所適用行業(yè)的現(xiàn)場總線，以及分布式控制策略均有著非常緊密的關(guān)聯(lián)性。其中，現(xiàn)場總線影響的是不同層級用電器與控制系統(tǒng)信息傳遞質(zhì)量和結(jié)果的問題，而分布式控制策略則可以進一步明確不同單元和管理模塊之間的邏輯關(guān)系，電氣自動化系統(tǒng)的控制效率，以及可靠性都有著非常大的提升空間。近些年，在科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新和升級的背景下，已經(jīng)有越來越多先進的科學(xué)技術(shù)被引入和應(yīng)用，如人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)+等。這些新技術(shù)不僅推動了數(shù)據(jù)信息和存儲方式的創(chuàng)新和改革，更在很大程度上提升了數(shù)據(jù)處理分析的智能化水平，在提高末端執(zhí)行部分的動作準確度方面呈現(xiàn)出強大作用[4]。

3 人工智能技術(shù)在電氣自動化中的具體應(yīng)用

3.1 在電氣自動化設(shè)備中的應(yīng)用

隨著電氣自動化所涉及的學(xué)科和領(lǐng)域越發(fā)廣泛，將人工智能技術(shù)應(yīng)用到電氣自動化控制工作中有著非常強的必要性。人工智能技術(shù)的應(yīng)用，在很大程度上降低了因人為操作失誤而發(fā)生安全事故的概率，當然人工智能技術(shù)的應(yīng)用也對操作人員的專業(yè)技能和綜合素養(yǎng)提出了更高的要求。

人工智能技術(shù)在電氣自動化設(shè)備中的應(yīng)用價值具體體現(xiàn)在以下幾個方面：其一，在人工智能技術(shù)的應(yīng)用之下，電氣設(shè)備的操作領(lǐng)域也呈現(xiàn)出越來越顯著的智能化特點，其不僅在很大程度上避免了因為人為操作失誤而發(fā)生操作事故的頻率，同時也因為有了人工智能技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了操作的可控性，也有效保證了操作的準確性。此外，人工智能技術(shù)帶動電氣設(shè)備操作領(lǐng)域智能化水平的提升，也成功縮減了投入成本。例如：在運行過程中發(fā)生變壓器硬件故障的情況，電控室終端會有故障警報聲發(fā)出，且會顯示具體故障，相關(guān)負責人員便可以在接到報警提醒之后，第一時間去完成關(guān)閉故障使變壓器周圍電源的處置措施，這一系列操作用時一般不會超過20 min。并且工作人員可以結(jié)合得到的信息，針對變壓器的故障問題進行排查，這樣一方面可以縮短檢修用的時間，另一方面也可以提高檢修針對性，保證檢修的效率。其二，在電氣自動化設(shè)備運行領(lǐng)域應(yīng)用人工智能技術(shù)可以很好地保證穩(wěn)定性，且對于電氣自動化設(shè)備運行的控制流程也有著很好的優(yōu)化和完善作用。電氣自動化設(shè)備人工智能化系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 電氣自動化設(shè)備人工智能化系統(tǒng)示意圖

電氣工程自動化的實施本身是有著非常復(fù)雜的操作流程的，并且在每一個操作流程中均被提出了嚴格且明確的步驟標準，在任何一個操作環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能對整個機器設(shè)備運行效果產(chǎn)生破壞的負面影響。因此，在實現(xiàn)電氣工程自動化的過程中需要逐步結(jié)合實際發(fā)展需求來簡化具體操作流程，盡可能降低在不同操作流程中發(fā)生問題的概率。除此之外，在電氣工程自動化領(lǐng)域中，人工智能技術(shù)還被應(yīng)用于其他方面，如資料的收集、存儲以及分析，再比如機器出現(xiàn)故障后的維修和補救等。就當前人工智能技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，未來遠程操作方向?qū)且粋€主要著力點，借助遠程操作來簡化控制流程，推動程序化的順利實施。如此，技術(shù)人員也可享受到更加便利的電氣設(shè)備維修條件，同時也可有效縮減電氣自動化的發(fā)展成本[5]。

3.2 在電氣控制工作中的應(yīng)用

自動化設(shè)備是我國電氣行業(yè)發(fā)展的主要方向之一，在該領(lǐng)域中，電氣行業(yè)正在逐步從傳統(tǒng)人工控制模式轉(zhuǎn)變成為智能化控制，如此一來，人工智能技術(shù)的應(yīng)用不僅有效提升了工作效率，成功縮減了投入資金，同時也在很大程度上解放了從業(yè)者的雙手，降低了從業(yè)者的勞動強度。

在人工智能技術(shù)領(lǐng)域，比較具有代表性的技術(shù)有模糊控制、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，這些先進技術(shù)的使用一方面提高了設(shè)備運行控制的精準度，另一方面也穩(wěn)步提升了控制效果和質(zhì)量，縮減了實際誤差。

以模糊控制這一先進控制技術(shù)為例，模糊邏輯系統(tǒng)示意圖如圖2所示。當前使用頻率比較高的模糊控制方式主要包括Sugeno和Mamdani這2種。其中，Mamdani主要是用于控制設(shè)備的速度調(diào)節(jié)。

圖2 模糊邏輯系統(tǒng)示意圖

模糊控制方式在很大程度上提高了處理交流傳統(tǒng)控制問題的效率，這便為提升電氣設(shè)備的工作效率和工作質(zhì)量奠定了很好的基礎(chǔ)[6]。

3.3 在電氣設(shè)備日常操作過程中的應(yīng)用

在電氣設(shè)備運行過程中，其日常操作是非常繁瑣復(fù)雜的，且在傳統(tǒng)的日常操作模式下，電氣系統(tǒng)的控制時間會相對較長，這便會直接影響到實際控制的效率。因此，將人工智能技術(shù)應(yīng)用到電氣設(shè)備日常操作當中，借助人工智能技術(shù)來提升電氣設(shè)備日常操作的效率有著非常強的必要性。在日常應(yīng)用和操作電氣設(shè)備的工作當中，會涉及需要記錄在冊的數(shù)據(jù)信息，如電氣設(shè)備的電量使用情況、不同類型電氣設(shè)備的損耗情況等。采用人工記錄的方式，不僅徒增了巨大的工作量，而且因為人工的不確定性也使得記錄錯誤的概率不斷攀升。而現(xiàn)在應(yīng)用人工智能技術(shù)來編制相應(yīng)的表格和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，借助人工智能技術(shù)的力量，不僅成功解決了人工記錄模式的問題和弊端，并有效提高了數(shù)據(jù)采集和保存的效率，節(jié)省了更多了人力資源，降低了工作人員的操作強度。

3.4 在故障診斷過程中的應(yīng)用

目前，應(yīng)用于故障診斷領(lǐng)域的人工智能技術(shù)主要有模糊理論、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，這些技術(shù)的應(yīng)用在診斷電氣事故及發(fā)現(xiàn)電氣故障方面呈現(xiàn)出很好的應(yīng)用效果。利用人工智能技術(shù)來診斷故障，不僅可以保證在更短的時間內(nèi)對故障點進行精準鎖定，深入剖析出現(xiàn)故障的原因，同時也可以保障相應(yīng)措施的針對性，將故障范圍控制在更小的范圍之內(nèi)。但實際運行中造成電氣設(shè)備故障的原因非常多，因此在分析和了解故障原因時需要充分考慮諸多方面的內(nèi)容，要盡可能從根源上避免這些故障的再次發(fā)生。

例如：在診斷變壓器可能發(fā)生的故障情況時，如果使用的是傳統(tǒng)故障診斷方式，一般僅對故障時產(chǎn)生的油氣進行收取，就收取到的油氣進行分析，進而從中查找故障出現(xiàn)的原因。這樣的故障診斷方式存在著兩方面的弊端：第一，這樣的故障診斷方式需要以耗費較長時間作為代價；第二，故障診斷結(jié)果的精準度并不高，如果診斷不準確，那么其產(chǎn)生的后續(xù)影響將不容小覷[7]。因此，為了進一步保證變壓器故障的診斷準確率，就必須要想辦法解決傳統(tǒng)故障診斷方式中存在的問題，并積極創(chuàng)新故障診斷方式，將當前一些先進的技術(shù)，如模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)有機結(jié)合，逐步提升故障診斷的準確性。

4 人工智能在自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用實例

4.1 在數(shù)字化車間中的應(yīng)用

在數(shù)字化車間當中，人工智能已經(jīng)逐步替代了人工操作。人工智能可以對數(shù)字化車間中的作業(yè)現(xiàn)場進行在線、智能且智慧的監(jiān)督和分析，且其可以將數(shù)字化車間生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵信息內(nèi)容，如標準、安全、成本、質(zhì)量、效率等實時進行映射。工作人員借助人工智能便可全面精準了解數(shù)字化車間的作業(yè)情況，人工智能技術(shù)的優(yōu)勢更是得到了充分體現(xiàn)，其不僅成功節(jié)省了人工作業(yè)成本資源，同時還有效保證了數(shù)字化車間作業(yè)的高效性和精準性。

4.2 應(yīng)用于生產(chǎn)行為規(guī)范檢測

生產(chǎn)行為的規(guī)范性是影響產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，其是保證行業(yè)標準化和降低生產(chǎn)安全隱患的有效途徑和方式[8]。當前，人工智能技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)行為規(guī)范檢測環(huán)節(jié)當中，其采用的是視頻人工智能的技術(shù)手段來逐步取代傳統(tǒng)人工現(xiàn)場監(jiān)督模式，實現(xiàn)360°無死角全天候監(jiān)督和監(jiān)測，并且人工智能技術(shù)還可以在第一時間對產(chǎn)線關(guān)鍵區(qū)域人員行為規(guī)范及物料擺放做出實施監(jiān)控，在發(fā)現(xiàn)問題之后及時做出智能識別警告。在生產(chǎn)行為規(guī)范檢測工作中，人工智能替代人工現(xiàn)場監(jiān)督已成為必然趨勢，人工智能技術(shù)的應(yīng)用可有效保障生產(chǎn)線行為檢測的實效性，提升生產(chǎn)行為的規(guī)范程度，是保證生產(chǎn)環(huán)節(jié)順利實施的重要影響因素。

4.3 助力產(chǎn)線料板識別

當前基于人工智能的產(chǎn)線識別裝置，是人工智能助力產(chǎn)線料板識別的主要體現(xiàn)形式。產(chǎn)線識別裝置主要涉及智能生產(chǎn)線技術(shù)領(lǐng)域，由側(cè)板和輸送機構(gòu)2部分組合而成，在兩平行安裝的側(cè)板當中安裝輸送機構(gòu)，任意一個側(cè)板上面會設(shè)置槽口，在槽口外側(cè)會對應(yīng)安裝排料口，同時在轉(zhuǎn)動板的一端會通過轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動安裝到槽口位置，轉(zhuǎn)動板遠離轉(zhuǎn)動軸的一側(cè)即可順勢轉(zhuǎn)動到另一側(cè)板當中。在產(chǎn)線識別裝置中會有圖像識別模塊和處理器電性緊密連接，控制器與電機建立起連通系統(tǒng)，如此一來在識別產(chǎn)品時，遇到不能識別的產(chǎn)品將會自動篩選出來，其可以在很大程度上節(jié)省人力。如在PCB制造業(yè)對板料除膠制作過程當中，應(yīng)用人工智能技術(shù)對上料口是不是存在板料進行識別，輸出狀態(tài)結(jié)構(gòu)并且打通MES系統(tǒng)。

5 結(jié)語

綜上所述，在電氣自動化領(lǐng)域中，人工智能技術(shù)的應(yīng)用已然成為一種必然發(fā)展趨勢。將更多更具先進性和實效性的人工智能技術(shù)應(yīng)用其中，推動電氣工程朝著智能化控制方向發(fā)展是當前電氣自動化領(lǐng)域的一項重要任務(wù)。目前，人工智能技術(shù)在電氣自動化領(lǐng)域中雖然獲得了諸多成果，但也因為受到諸多因素的局限，人工智能技術(shù)的應(yīng)用價值無法得到最大化的呈現(xiàn)。電氣自動化領(lǐng)域相關(guān)主體需要正視這一發(fā)展現(xiàn)狀，在樹立發(fā)展目標的同時，認真理性審視其中存在的問題，結(jié)合實際情況，秉承具體問題具體分析的原則，逐步制定并及時調(diào)整和完善相應(yīng)的應(yīng)用機制和策略。