人工智能技术在电气自动化控制中的应用

2020-01-14吕颖利

湖北农机化 2020年8期

吕颖利

(济源职业技术学院，河南济源 459000)

在2015年全国两会期间，政府工作报告中首次提出“互联网+”，2016年，中国人工智能学会创立GAITC(全球人工智能技术大会)，首次全景式勾勒了人工智能技术发展的前沿景象，并对未来走向提出了前瞻性预测。之后历经四年时间，互联网与传统行业全面结合，创造了新的经济生态和社会形态。2019年全国两会，政府工作报告首次提出“智能+”，这意味着从宏观层面来看，“智能+”正式接棒“互联网+”成为赋能传统行业的新动力，人工智能技术与传统产业深度融合，规模化落地的时机出现了。

中国人工智能高速发展，已经成为当前火热的前沿技术。无人超市、无人物流、无人加油站、无人驾驶、无人酒店等再加上各种功能健全的机器人，在我们毫无察觉中，人工智能正在日夜不息地自我迭代进化，冲击着我们生活的方方面面。在这些令人诧异和振奋的事件背后，离不开计算机视觉、机器学习、自然语言处理、生物特征识别及知识图谱等人工智能五大核心技术。可以说，在人工智能产业中，技术是连接芯片和应用场景的纽带，决定了产品的智能化程度。

人工智能是科学家们的智慧结晶，也是技术改革的重要产物，更是工业自动化的先进力量。人工智能技术的应用范围相当广泛，具有强大的生命力和持久力，对人类生活产生无法想象的积极效应。而且，电气工业的智能化能节约工业生产的资源投入和管理成本，逐步改造企业的整体水平。

1 电气自动化控制普及人工智能技术的现状

人工智能通过模拟人类大脑的运行模式进行精密的机械操作，是时代发展的必然趋势。科学技术的创新和计算机技术的进步共同决定人工智能技术的发展速度，是系统正确执行人类指令的指挥官。工业生产运用人工智能代替人力劳动从事生产操作，能大大降低人工操作的失误和误差，真正做到精准控制。人工智能不但能提高批量产品的质量，还能促进电气自动化的工业进程。所以，人工智能在电气自动化设备的应用范围越来越广，而且使用频率也越来越高。

虽然人工智能对工业生产有明显的优势，但是仍有许多企业在普及自动化过程中遇到不少实际困难，导致人工智能的应用受阻或使用效果不理想。一方面，企业专业技术不到位及自身设备无法支持智能系统的操作。传统企业的工业设备依靠人工进行实际操作，而这些设备无法满足自动化的需求。因此，企业受到原设备的制约，不能全面地实行智能化，还影响企业的生产效率。另一方面，企业缺乏专业的技术人员或技术人员的专业素质不达标。配置专业的技术人员能保证电气设备长期处于正常工作状态，这关系着企业智能化发展的可行性。由于专业人员不足，企业无法自行调试设备，只能外请第三方处理设备问题，严重影响生产过程甚至延误工期。

2 人工智能技术在电气自动化控制方面的应用

电气自动化控制是按照人规定的程序实施电力控制，应用已很娴熟，但将人工智能技术引入自动化控制领域，便拥有得天独厚的应用价值，为工业生产自动化带来质的飞跃。人工智能在自动化生产过程应用广泛，包括设备应用、电气控制、日常操作和故障诊断等。

2.1 人工智能技术优化电气自动化设备

当前人工智能技术的应用实现了软件与硬件相结合的表现形式，包括开关、模拟数据、实时动态采集和处理的自动化，例如按照系统所需，自动化地进行数据的采存、存储、整理和分析，同时软件生成相应图像，反应模拟电气自动化系统的实际运行情况，工作人员可直观地看到电压、电流、隔离开关、断路器及整个回路系统涉及的设备和参数的变化，在这个过程中需注意由于采集的数据和分析图像所占的电气自动化软件空间较多，因此应充分考虑到系统控制端设备的运行性能和对软件系统的要求，防止其它程序的正常运行。另外，工作人员可通过电脑操作远程控制电气自动化系统中的断路器和隔离开关等，自动调整电流、电压等运行参数，提高电气自动化系统运行的可靠性和稳定性。

电气自动化系统的操作较为复杂，对专业知识的要求也很高。如果操作人员的技术水平不达标，系统就容易出现错误、停机或操作失败等情况。然而，人工智能通过计算机编程实现精准操作，相当于实现智能控制的数字化，彻底解除手动模式。人工智能技术便能成功避免上述不当操作的出现，并顺利降低人工操作的风险系数。另外，传统的电气设备对运行环境的要求也相当高，而人工智能技术却能改善设备的性能和运行程序，优化操作空间和生产环境。

2.2 人工智能技术系统掌控电气控制过程

电气控制过程是电气自动化的中心进程，也是人工智能需要攻克的重点和难点。电气控制过程需要全面实行人工智能化，就必须解决以下3个技术模块：掌握交直流传动的模糊控制、实现经验传送的专家控制和类似人脑网络的神经控制，因此我国专家学者一直致力于不断提高电气控制中人工智能技术的应用，其自动化计算和计算机系统代替人工完成某些工作，在一定程度上减少了人为误操作，同时，直观明了的操作系统和简化的智能控制程序，极大地提高了操作的准确性。企业系统地运用上述控制技术，能实现自动化生产的科学性、可行性和整体性要求。所以，人工智能的投入使用能有效降低人力、物力、财力等资源投入，有效提高电器控制的精确度和工作效率。

2.2.1 模糊控制

模糊控制对于电气控制系统的掌控具有非常重要的意义，对于人类来说，对机械设备和电气设备的传统操作，往往是基于目的和结果明确这个前提的，例如一台机器，工作的时候需要打开开关，不工作的时候闭合开关，需要增加功率的时候有对应的开关，需要进行自检的时候也有开关。但是随着一个系统的复杂性和不确定性的出现，精确控制难以实现的时候，我们还想继续对整个系统的正常运行进行把控，就必须引入模糊控制，模糊控制是以模糊数学理论为基础的一种控制方法，是通过建立模糊逻辑模型来实现对不明确的系统进行更加精准的操控的目的，这正符合人们对于智能化能用于系统控制的期望，因此，模糊控制的应用，能够提升人工智能对于复杂系统的控制能力，进一步提升人工智能的科学技术水平。

2.2.2 专家控制系统

如果说模糊控制系统依然没办法让人工智能摆脱机械的影子，那么专家系统则是进一步提升了人工智能对系统的控制能力，让他们的行为在精准的同时，更加的拟人化。专家系统实际上可以理解为借用计算机超高速的运算速度，针对当前的问题选取最优结果的一种控制方法。专家系统也可以理解为一组计算机程序，里面囊括了数据库和推理机两大重要部分，数据库中储存的是该领域中所有相关的知识和经验，推理机则是频繁调用这些经验和知识对当前的形势进行分析，得到最优的解决方案之后，开始行动，并形成经验，对类似的问题和解决方式进行记录，数据库也随之进行更新，这个过程很像人类的学习过程，通过不断的遇到问题、处理问题、记忆问题的处理方法这样的循环来实现能力的不断更新，这个过程中还牵扯到一个遗传的算法，就是在专家系统控制下进行的知识积累，能够在人工智能更新迭代的时候，完完整整地‘遗传’给下一代。

2.2.3 神经控制系统

神经控制系统能够加速人工智能处理问题的速度，顾名思义，这个控制系统的功能类似于人类的神经系统，能够对日常生活中接触到的各种各样的外界刺激做出符合人体需求的反应，形成反馈的过程，直接通过对应的控制器对其下达命令，这样的过程能够更好更快地处理一些常见的问题，更好地应对外界的刺激，神经控制系统是一种更加综合的控制系统，在系统中应该包含专家控制和模糊控制两种常见的控制模式，还应综合地运用遗传算法快速对数据库进行更新，这样才能在外界给予刺激的时候，根据经验做出最优的反应，给系统最为正确的控制指令。

2.3 人工智能技术精简日常操作

现代工业发展与日常生活息息相关，电气运行的安全性和有效性不仅影响企业生产，还影响人类的日常活动。而电气设备的设计是电气运行的前提，是一项专业、复杂的系统工作，设计人员需要熟练掌握电机电器、电路原理等学科知识，还需积累丰富的操作经验。传统的电气操作全靠人工操作，其操作步骤繁琐、规章制度复杂以及工作压力巨大，一旦电气产品成型就很难再去查找故障原因及线路的优化，使维护管理变得比较困难，然而，人工智能的引进，利用计算机软件技术、微电子技术等辅助设计优化电气设备，使电路更加透明直观地呈现，方便了优化电路的程序，极大地简化了电气操作，提高工作效率和运行稳定性。

2.4 人工智能技术提升故障诊断效率

电器自动化系统实际运行过程中，电气系统涉及的零件和检测部位较多，由于传统技术故障诊断时效性较差，需要耗费大量人力和时间进行检测，但其准确率又极低，这样的诊断结果并没有实际意义，给国家、社会和企业造成巨大的损失。而人工智能的介入，运用模糊理论、专家系统和神经网络对变压器和发动机等部位实行智能监控，真正实现机器的自动化。当电气系统发生故障时，系统会立即反馈故障点，明显提高诊断的准确率。