人工智能技术在自动化控制系统中的应用分析

2014-02-07张淑英

机电工程技术 2014年6期

张淑英

（清远市技师学院，广东清远 511517）

当代科技日新月异，越来越多的技术项目被广泛地运用到日常生产生活中，在电气自动化控制系统内不失时机地引进人工智能技术，对于电气设备的设计及运用发挥了至关重要的作用，自动化控制技术有助于促使生产、流通、分配、交换等各项关键性环节完成自动化，这便显著地削减了人力、财力、物力的投入成本，极大地提高了运行效率。

1 人工智能技术的主要优势特征

毋庸置疑，对于人工智能控制的对象不同，所采用的探究策略也有相应的差异，例如，针对AI控制设备所要解决的问题要点，包括遗传、神经及模糊等算法，均可被当做一类非线性函数的近似设备，这样一来，从整体上便可得到直观清晰的分析，也便于实现一体化开发利用，相较于传统意义上的函数估算器，这些AI函数的近似设备存在诸多优势，具体表现在如下几方面：

首先，AI控制设备会伴随响应、下降时长的改变以及鲁棒特性等现实操作的不同而增强对应的性能；其次，在设计前，无需事先确认控制对象的数学模型，在过往研究中，较难获得控制对象的精准动态方程，在控制设计设备的过程中，往往会有较多不明确性要素产生，例如，对于参数的具体改变常常无法了解确切的状况[1]；第三，调节AI控制设备时更便利，即便是缺乏技术操作经验的人员，经对应数据的设计依然能完成操作，可运用语言及响应时长等具体信息完成操作方案的具体部署和策划。

2 人工智能技术在自动化控制中的应用

2.1 在自动化控制中的实践性应用

人工智能技术主要研讨若干复杂性问题，并着力依靠智能机器实现这类复杂任务。作为精密程度最高的器械设备，人脑的思考经常被模仿，实际上，智能设备编写程序的活动便是模仿人脑的过程，并对搜集到的信息数据加以细致探索，进而完成回馈，因此，有效地模拟人的大脑成为该技术实现自动化控制的重要途径[2]。

人工智能技术在自动化控制运用中的另外一个有代表性的特征是可替代相对繁琐的机械化脑力劳动，并对各类信息开展全方位的搜集与判断，进而达到科学处理的目标。就目前而言，人工智能设备的计算精度较高，将其运用在电气自动化控制系统中，不但能进一步实现生产的自动化效果，还能优化生产、流通、交换的全流程，明显节省了人力资源，提高了工作效率。另外，把人工智能技术运用到自动化控制行业中，还可整体推进产业结构的升级。以包装机中的控制系统中人工智能技术的使用为例：FFS包装机是集填充-封装-集成型于一体的有代表性的机械电气设备，并可实现对原料的称重、制备、装袋以及封口等诸多操作，其工艺程序主要包括：薄膜卷经运输胶辊引进包装机内，通过角封、底封之后制作成包装袋，包装袋再通过开袋口、填充、上封口、冷却后，完成包装操作，送到码垛机。相较于过往的包装机，FFS包装机操作更加简便易行，工作效率进一步提高，结构更密集，用途更加广泛[3]。伴随电气自动化技术的发展，对包装机的操作效率及包装紧密度要求愈发提升，FFS包装机要适应负荷的要求，并满足包装生产线中物料运输高效的客观需要，离不开一类移动平台完成包装机组，力促其更加稳定、移动自如可靠。为此，基于人工智能技术的FFS包装机移动平台应运而生，本移动平台控制系统对4轮转角详细信息加以采集，经A/D计算变换获知现今轮子的具体角度，依照需求经电磁阀完成对液压缸的有效驱动，进而达到轮子的旋转调控，经电磁阀完成液压马达的操控，完成行走（如图1）。

在移动之初，要对图1中移动平台的4个轮予以角度标注，也就是分别采集轮子在90°及180°时的角度位移传感设备的详细数据，并把刚采集到的数据进一步存储，接着便能根据传感设备所反映的数据得到目前的角度，4个轮子角度确认后，还要依照已选定的运作状态，经人工操作，实现平行移动、旋转及FFS包装机的起降定位。

图1 移动平台结构框架示意图

在运用人工智能技术进行硬件设计时，首要的任务便是科学配置硬件，包含CPU单元、CPU模拟量输入输出单元以及扩展单元等，还要深入检测构件的压力开关及限位开关等。在软件设计过程中，要首先通过人机交互界面及主程序设计，完成控制系统的软件设计，依照系统控制程序以及输入输出信号，编制出人工智能化的梯形图案。人机交互界面要完成对每个界面的组态，移动平台的操作盒需经插座与移动平台相连，当系统上电时，触摸屏就会进入应用主界面，以此过渡到运行界面中，每一个运行界面均能把输入的具体指令信号传导到人工智能控制系统中，并从该控制系统上读取所探测到的状态信息及参数状况，实现人机交互。

2.2 在实际操作中的应用

电气行业同日常生活密切相连，因此，可把过往复杂的操作简易化，提高电气控制设备的运作效率显得尤为关键。例如：在对日常FFS包装机移动平台执行自动化操作时，借助于人工智能技术，有助于将繁杂的操作流程更加简便顺畅，借由电子计算机便可完成相应操作，达到远程调控的目的。除此以外，还可使FFS包装机控制系统的界面更加简洁，第一时间存储及处理关键信息，以便于今后的查询及利用。如图2，该控制系统移动平台上的CPU拥有较高的输入输出处理速度，单条基本指令的执行时长仅0.1至0.2 μs，扩展性能较佳，可满足当代生产线对控制系统的高品质标准，并适用于报表的自动产生，节省较多时间，提高实际操作效率[4]。

图2 移动平台的硬件配置

2.3 在故障及隐患诊断判定中的应用

神经网络、模糊控制理论等均是运用人工智能技术手段完成故障及隐患诊断的关键策略。由于受各种复杂要素的制约和影响，工作机构在运作过程中不可避免地产生各类故障及安全隐患，假若对故障的判别、确认不及时、不精确，那么将会产生不可估量的损失。过往故障诊断的办法相对繁琐，精确度较低，例如，在诊断包装机控制系统的故障问题时，常常要把系统内部分解出的气体进行专门收集，并对其进一步探析，以此明确故障程度。这类方式不但耗费大量的人力资源，而且更加损耗时间，待较长时间后方能获知结果，最终得到的结论未必精准。有鉴于此，针对效率性能较差的陈旧故障确认方式的弊端，必须把神经网络、专家系统以及模糊控制理论进行整合，解决传统方案固有的缺陷，增强故障判别、确认的精确度，提升排除系统故障及隐患的效率。

2.4 在电气自动化器械设备中的应用

经持续的实践可知，在电气自动化控制领域中，电气自动化系统的常态化运作是一个永恒课题，其牵涉到诸方面的专业常识及学科内容，因此，高素质人才团队的培养刻不容缓。与此同时，参与实践操作的人员还要树立高度的工作责任感，保障设备顺利运行。然而，经流程的编写及网络的操作，人工智能技术就演变成一类较好的可以替代人脑工作的技术，可使自动化控制设备得以自动运行，这有助于节省培养人才队伍的成本，进而全面促进操作精密度及效果的提高[5]。

3 人工智能技术发展的意义探析

总体而言，人工智能技术的突破性发展，也仅能无限地类似于人类智能，由于人工智能技术的精髓与实质是模拟人类的思维方式，并为人类提供各种便捷服务，从这个角度看，该技术研发的直接意义在提升操作效率，而无法完全替代人类正常操作。具体到电气自动化控制系统中，怎样保障FFS包装机移动平台系统的平稳运作，已成为目前所面临的难点和重点，通过引进人工智能技术，促使电子计算机及辅助设计模式得到根本性的转变，把大量复杂的计算模拟过程经由电子计算机系统软件进行完成，极大地增强了设计效率以及设计的精准度，以便于不断地熟知该技术的常规运行方案及实践运用策略[6]。