智能化技术在电气自动化控制中的应用

2022-03-24孙金隆

光源与照明 2022年4期

孙金隆，闫铭

许昌职业技术学院，河南许昌 461000

0 引言

社会进步需要科技推动，新一代智能化技术不同于常规科技，能够模仿人类认知和行为活动[1]。由于社会上对设备制造效率的高要求，亟须提升中国传统电气自动化控制的技术水平，利用智能化技术对复杂信息系统进行编程管理，不但能节约对物质、人员的投资，降低系统运作成本，还可以提升电力智能化效率，提高控制系统的合理性和准确度，从而促进中国产业结构升级[2]。

1 智能化技术概述

智能化技术可以通过变换操控命令中的计算机命令，驱动操作系统的智能功能，使整个系统根据计算机命令实现行为与动态[3]。原理是利用计算机程序模拟人脑思维行动，使机器也能同人类一样获得认知与思维能力。智能化技术可以取代传统人工作业，进行危险任务，并具备便捷性强、适应性强、抗干扰强等优点[4]。

智能化技术涉及机器视觉、机器学习、人工智能语音处理和自动控制等，将其应用于电气自动化控制领域，具备如下优势。

（1）优化土地资源配置。以往的生产项目内容繁杂，设备过程烦琐，需要投入诸多物资、人力，如果任何环节产生问题，都会对下一个循环产生负面影响。为此，可运用智能化技术，通过合理配置生产资源，降低每个环节的能耗；通过分析生产环节的不足与问题，提升生产效能，从而降低成本[5]。

（2）提高产品质量。工业的制造过程要求员工倾注很多精神与技术，而产品也会受员工的精神、动作、技能等影响，员工一旦长时间疲劳工作，就可能导致制品不合格，浪费大量资源，从而降低生产效益。通过智能化技术，可以利用计算机设定生产流程，产品可以根据流程、参数生产，从而保持操作精确性，提高产品质量[6]。

（3）优化产业效能。随着经济市场的发展，居民的消费需求提升，对于创新性、精细化生产的需求更高，传统产业的设计制造和开发模式已无法适应经济社会发展。因此，需要运用智能化技术突破传统瓶颈，改变传统产品的设计、制造、开发模式，通过系统对消费者需求自动分类，还可以监测生产制造环节，确定潜在问题，调节生产设备运行，全面监测控制系统，从而推动行业发展。

2 电气自动化控制中应用的智能化技术

2.1 模糊控制技术

模糊控制技术采用由模糊语言变量、模糊集论、模糊逻辑推理等组成的智能控制模型，通过仿照人类的模糊推理过程和决策流程，由专业级操作员根据实际经验编制模糊规律，模糊化传感器实时信息，进入模糊后再进行逻辑推理，把结论传递至执行机操作人员。模糊控制技术本质上属于非线性控制系统，是现代智能控制技术的一部分，结合了系统化理论研究与实际应用，已普遍应用于社会生产经营各方面，涉及电气设备模糊控制技术、车辆行驶模糊控制技术、机械设备工作模糊控制技术等。采用模糊控制技术，设备可以不断地自主学习，适应多变的工作环境；可以提升工作电气控制效率，减少外界影响。

2.2 专家控制系统

在传统控制器中运行控制系统，排斥人为干扰，人机间互动缺失，控制器操作人员无法理解受控对象结构变化和环境参数，缺少应变能力，必须依靠受控对象数学模型，以精准模式优化控制系统效率。专家控制系统可处理大量启发式的信息，以及明确和不明确的知识信息，并通过推理和经验，解决信息系统中需要运用人类的大量专业经验解决的难题，通过模拟专业的思维过程，完成信息系统任务。

专家控制系统一般由专业知识库、信息库和准则库等构成。专业知识库一般用来储存专业信息；专业知识库中的专业思维是系统实现准确控制的重要基础，和系统程序彼此独立，可以通过更新、修改知识库信息，改善系统稳定性；在信息库中保存推理问题需要的原始数据以及最后结论和中间部分数据信息，是暂时的存放区，可以对用户问题作出合理解释；准则库可以依据已有资料及问题要求，通过匹配专业知识库规则获得的成果解决难题，并模仿专家学者的求解思路。在电气控制领域，普遍采用专家控制系统，利用多种编程算法分析被控环境，以获得控制系统的最佳控制参数，从而提升系统管理能力，并确保电气设备的平稳、安全工作。

2.3 电气自动化控制技术

（1）智能软件技术。在传统工作管理模式下，电气设计人员通常需要进行大量研究和思考，设计人员要具有良好的工作才能和丰富经验。只有专业人才才能参与设计工作，这极大地降低了设计工作的效率，也没法适应丰富多变的电气制造行业的需求。合理运用智能软件技术，可以提升电气设计技术水平，完成智能化工程设计，优化工作效率。智能化电气设计工作比较烦琐，如果技术人员缺乏相应的专业能力和专业知识储备，会在增加人员的精力和物质投入的同时，降低企业的效益。合理运用智能软件技术，只需按照实际需求设计算法，在软件中输入参数，通过智能化技术分析数据后，可在计算机上得到工程的仿真设计效果，以降低项目投资；还可及时发现工程设计缺陷，并进行调整，以实现预期工程设计目标。

（2）中央智能控制系统。企业控制系统的人工投入较高，仍处在早期的智能化发展阶段，运用智能化技术手段逐步建立中央智能控制系统，可通过系统平台，使企业管理人员准确了解产品状况，优化生产制造环节，充分地提高设备的效率，避免企业发生设备闲置、维护不及时等状况。中央智能控制系统还可以采集企业设备工况，并进行统计反馈，提出满足企业产品制造需求的方法，实现动态化管理，以推动企业的发展规模扩大。

3 智能化技术在电气自动化控制中的作用

3.1 数据采集处理

在电气自动化控制中，为了实现工作任务，经常需要收集、处理大量数据信息，需要采用多样化的方法，以保证数据信息收集的精度和处理的高效性。以往的电气自动化控制大多采用人工方式收集、处理数据信息，并建立了数据采集模块及软件系统。但由于需要大量人工采集数据信息，对工作人员的专业知识能力、职业素质等要求较高，在任何环节发生人员故障，都可能产生数据不稳、运算停滞的状况。从本质上来看，电气自动化控制的实效性比较强，对于数据的精确、快速分析是工作正常进行的重要基石，只有有效处理受控过程和突发状况，才能实现自动控制目标。据此，应彻底改变人工运行的模式，可以运用智能化技术提高管理工作的质量和效率。

例如，电气管理者可以根据需要设定电压门槛，以确保电气在标准范围运行，从而保障员工安全上班，并延长设备寿命。可以采用电脑算法代替传统人工采集方式，在发出命令后，计算机系统可以获取指定信息内容，并利用爬虫技术捕获公共网站及公司内部数据，进行自动过滤，排除无用数据，深度挖掘有用数据，计算解析数据信息内容，从而获取公司人员所要结果。借助智能化技术，系统还可仿真员工数据采集过程，不但能快速实现各项工作目标，还可降低数据误差，并进行可视化统计分析，为公司的决策提供帮助，从而增加效益。

3.2 设备故障诊断

在电气自动化控制中，可以通过智能化技术检测故障装置，利用模拟机器人脑的组织结构优化处理设备各项信息，并根据样本的信息进行计算机模拟，从而能够根据装置结构、工作环境、设备参数条件等建立故障诊断系统，使其与上位机、被检测装置相连，根据系统日常监测装置的工作状况进行检测作业，对装置故障进行自动识别和处理，便于操作员及时识别故障，并向显示器和软件设备发出检测提醒。当工作人员看到检测提醒后，可以立即开展设备维护检测等工作。同时，在智能诊断网络中，系统处理机能根据设备的故障种类为工作人员提供解决方案，帮助工作人员提高设备的检测能力和维护工作的效率。

与传统故障诊断模式相比，智能诊断具有优越性，能辅助工作人员在短时间内确定设备故障部位、成因等，并有针对性地解决问题，从而保障设备的安全、平稳工作。

3.3 无线通信连接

智能化管理中，网络通信系统为关键组成部分，可以借助智能手段开展无线通信，提升传输通信资源的质量，提高管理目标的准确性和运营管理的水平。针对设备监控环节过多的现状，为了进一步提高效率和服务质量，需要结合有线通信与无线通信，并综合考虑设备现场使用条件，选取最优化的方法，如采用串口数据通信，或建立串口监控执行绪，或启动、转发串口消息，或采用短主线程处理消息，或取消串口监控执行绪，以实现整个通信过程。经实践证明，采用无线通信技术可以提高数据传输的准确性和传输速率，实际应用也更加简单。

3.4 强化操作控制

应用智能化技术可以进行电器智能化管理，并进行故障记录与监控。以往的人工作业方式下，数据管理可能存在偏差，如受电焊机精度限制，工作人员作业发生错误后可能影响电镀废水质量。引入智能化技术后，可利用计算机扫描记录作业人员步骤数，将信息录入计算机内，然后发送参数值设备，系统自动进行电镀操作，并可通过计算机适时调整参数，从而避免工作发生失误，极大地提高生产效率。

另外，可通过强大的数据处理技术对计算机进行编程、安装机器人臂模拟工作人员操作等，极大地提升了电气自动化控制的能力。对于智能化控制的大型、复杂的工业系统，引入智能化技术可提高生产安全性，并优化操作系统。

3.5 优化产品设计

电气自动化控制过程相当复杂，在电磁场和电路设计中，工作人员要具备大量的经验和坚实的专业知识，方能保证系统平稳工作。在信息化发展背景下，以往的产品技术逐渐被智能化技术取代，借助专家网络、神经网络、模糊推理技术改善设计和制造品质，可对产品进行智能化管理，需根据产品功能和系统特性进一步完善智能产品。

4 电气自动化控制中智能化技术的优化策略

4.1 扩展应用领域

智能化技术优点较多，虽然其在电气自动化控制领域成绩斐然，但也有其局限性。主要是技术尚未全部普及，技术应用仍处在探索初期，再加上技术应用取决于计算机技术的发展状况，部分关键技术亟待进一步完善。因此，既要拓宽智能化技术的使用范畴，又要注重完善设备管理机制，除在资料分析、存储等过程应用，为设备管理累积经验外，还可整合PLC技术，进一步增强设备控制系统的性能。

4.2 培养专业人才

电气自动化控制中的智能化技术正在实践阶段，对高级人员的需要量仍然很大，在生产实践中面临高级技能人员不足的问题。特别是在技术快速发展的大背景下，对智能化技术专业人才提出了更高需求。有关的行政管理机关、研究院校和企事业单位都应制定有关优惠政策，以培养更多的高级智能人员。企业与研究院校可利用社会渠道推广智能化技术优势，增加对智能化技术的资金投入；政府部门需要制定政策，建设先进智能化技术人才队伍，为技术应用夯实基础。