基于人工智能技术的电气自动化控制措施研究

2023-02-27丁云雷张明星

科学与信息化 2023年23期

丁云雷张明星

安徽皖欣环境工程有限公司安徽合肥 230601

引言

合理利用人工智能技术，可将电气系统运行过程中的全部数据信息进行收集和处理，并基于数据分析结果来全面实现对电气系统的自动化控制，从而最大限度地降低人力与物力投入，减少因人为失误所造成的电力安全事故，进而在保障电气系统安全运行的同时，提升整体电力系统运行效率。

1 电气自动化控制措施

1.1 电气控制应用

现代人工智能自动化电气控制系统应用，主要包括模糊控制、专家控制及网络神经控制等。模糊控制主要基于模糊语言、模糊推理理论为主，以相关专家经验作为装置基本控制规则，并合理运用模糊控制装置对相应设备实施全面信息化、智能化控制，其主要原理是基于模糊逻辑来控制设备执行相应的推理规则，从而实现电力直流与交流之间的传动，完成自动化控制过程。专家控制主要指的是基于网络专家理论，将现有电气自动化控制理论进行有机结合，通过专家模仿、数据分析、数据整合及数据获取等方式，来实现电气系统信息化及智能化控制，从而使自动化电气控制系统运行更加高效化、灵活化。此期间，设计人员需根据企业电气系统实际情况，合理调整电气装置控制参数、修改动作指令，进而保障企业电气设备能够适应各种复杂作业环境，从而增强电气系统装置运行效率。而网络神经控制主要指的是通过电脑设备对人类大脑神经系统进行综合模拟，构建拟人化网络神经控制虚拟模型，并以此来实现对电气系统的全面智能化控制。

1.2 监控生产安全

可充分利用现代人工智能技术构建智能化安全监控平台，对企业自动化电力系统运行数据进行全面监控。如在生产车间日常生产运行时，为保障生产设备安全稳定运行，可以现代智能技术为核心其他信息技术为辅助，构建完善的智能监控系统，对获取相关机械设备日常运行信息，并针对数据信息进行电力设备故障检测，一旦发现异常数据或潜在电气安全隐患，监控装置则会在第一时间内向控制台发出相应的预警信息，并给予相应的故障解决参考，必要时会将部分电气设备进行急停处理，进而杜绝因电气系统问题而导致各类安全事故发生。除此之外，还可对工人日常设备操作行为进行全面监控，严格监督施工人员是否存在违规操作和危险操作现象，进而在保障生产安全运行的前提下，提升企业电气设备工作效率[1]。

1.3 信息传输

信息传输主要指的是利用相应的终端设施和操作软件，对企业内部所有电气设备信息实施双向传输交流，其中主要以执行终端作为系统传输主体，将操作人员输入控制系统中的全部操作指令准确无误地传输给下属控制系统，进而实现全面智能化电气设备管理过程。在对相关信息数据进行分析和传输过程中，系统会时刻监控全部电气运行信息是否存在异常现象，并将相应的信息处理结果发送至工作人员的系统操作界面，为相关人员提供准确数据参考依据。待到工作人员将相关处理指令数据完毕后，信息传输系统会在将具体操作信息传输至下属系统后，记录全部设备故障处理过程，进而为后续类似设备故障和突发状况提供相应的参考依据。通常来讲，在设计信息传输系统相关程序时，必须重点注意信息传输的规范性，并综合分析信息数据发送、打包、加载、发送成功提示与发送失败提示的全过程，进而保障整体信息数据传输的准确性和时效性。

2 实例分析

2.1 技术应用背景

以某矿山企业电气自动化控制系统中的AI智能控制技术应用项目为例，由于该矿山区域附近地势较为复杂，内部电气设备信息与生产信息传递精确度较低且延时较大。因此，经相关人员研究后决定，主要采用现代人工智能技术对企业内部电气系统实施全面自动化升级，并基于矿山耗能信息、化验信息、调度信息、设备信息、资源信息、计划信息及钻探信息特征，对企业物料库存数据、运输信息等实施全面智能化管理，进而优化内部电气设备生产效率，降低人工劳动强度。

2.2 电气自动化控制系统框架

2.2.1 系统框架设计。本次案例项目主要以实现矿山内部电气设备自动化运行管理为目的，构建了全面智能化电气系统控制平台，其不仅对矿山内部如密度计、流量计、压力计及液位仪等仪表设备信息，进行全方位数据采集和管理。还对离心泵、柱塞泵、除尘器、搅拌机与气动阀、电动阀等设备，进行全线自动化控制。并将上述相关设备运行信息进行系统整合、管理，再经智能边缘计算、缩减分析分别存储相应的数据库，最后传输至不同的企业运营管理平台当中。工作人员可通过管理平台来下达各种控制指令，系统会通过网络方式分别传递给指定的现场设备、阀门和仪表仪器[2]。

运营服务管理信息平台主要负责对全部电气信息进行解析和建模，还包括对移动客户端信息进行全方位的数据查询、监控及操作，并结合大数据技术对相关信息实施系统化分析、处理和存储。在全部系统运行过程中，相关人员可通过监控系统，对矿山内部各个电气设备运行状况及工艺参数实施全面监测，最后根据运营服务管理系统中下发的参数修改指令来调整设备参数，其中主要包括如充填流量、充填浓度及灰砂比等参数信息。而通过系统修改的各项电气设备参数可在系统内部自动保存并形成相应的操作记录，以便为后续工程数据查询提供真实准确的数据参考。

除此之外，应用现代人工智能技术所构建的自动化电气管理系统，简单来讲就是集云、边缘、终端为一体的电气数据传输与处理的全过程。云处理主要指的是云端数据管理，其对矿山作业数据的采集与监控主要依靠移动客户端来实施，并将其中所索取的云端信息全部汇集，进而满足企业信息查询检测需求。边缘处理主要指的是调节与分析边缘侧信息，将充填浓度、管道压力及充填流量等信息全部转化为可识别的云端信息格式。而终端则主要代表电气终端系统中的各个仪表和仪器装置，可全方位获取矿山作业数据，并将相关数据通过网络方式全部传输至边缘侧数据计算系统，同时基于边缘侧数据计算系统中所布设的报警界限，对于部分异常状态运行的设备信息进行预警提示。进而保障整体企业电力系统安全稳定[3]。

2.2.2 硬件结构设计。本次案例工程项目自动化电气系统硬件部分主要包括传感回路与接收回路两部分，其中传感回路中主要包括Modbus、DP及CAN等几个主要现场控制总线，其中主要系统控制过程如下：第一，运用控制器局域网络（CAN），将系统控制设备中的显示器、CPU、遥控接收机、电磁阀等装置相互连接，实施全面集中化控制管理。第二，运用DP总线来接收总控制器装置运行时的全部信息数据，并由总线将电气设备运行信息与故障信息全部返回至接收回路当中，远程控制每个设备装置中电磁开关，保障矿山作业过程中相关设备超出运行负荷后能在第一时间内降低内部电压传输。第三，运用Modbus总线功能连接操作回路与接收回路的全部数据信息，并利用输送设备矿山开采设备中的传感装置来控制电气箱内信号数据，进而全面实现信号转换与隔离。如减速器装置润滑油及矿山开采装置液压箱等设备温度均由相应的温度传感装置负责监控，一旦相关设备温度超出设备正常温度指标时，传感装置便会通过网络方式向系统发出警报，必要时则会相关设备自动关闭。而液压元件与液压油箱则主要由油位传感装置来负责监控，一旦发现内部油量无法满足当前机械设备持续运行时，传感装置也会通过网络方式对控制系统发出相应的预警信息。

接收回路装置不仅负责对设备润滑油的检测、控制电机设备负荷逻辑、控制电磁阀的控制，同时负责调节设备比例、本机控制、图形显示、自动截割及液压系统与减速器齿轮的保护等。可在其内部配备相应的外接信号电路及信号处理电路等，并借助软件模块化采集功能来获取设备电量信息，进而实现对电路过流保护、断相、漏电、过载及电机欠压等方面的远程控制。

2.2.3 软件结构设计。本次案例项目自动化电气控制系统软件结构，主要是对每个系统功能模块进行扫描循环控制，进而实现智能化传感装置信息采集、远程控制与人机交互等功能。为避免部分接触性操作、电压变化及变压装置绕组对系统软件功能产生影响，可采用软件陷阱及网络监控装置来配合信息指令、程度滤波进行实时警戒，进而降低因系统漏洞而产生的负面影响[4]。

2.3 系统功能模块设计

2.3.1 数据控制中心设计。数据信息控制中心作为矿山自动化电气控制系统的主要功能模块，其主要用于对电气数据的智能边缘运算、信息解析与整合。整体数据处理范围涉及矿山破碎作业、开采作业及配送作业的全过程，如系统应用信息、炮孔信息、皮带秤信息、化验信息、地测数据信息及车辆运输信息等。在设计该功能模块时，可基于其他功能模块间的扩展维护、信息共享及信息更新等要求，从业务流与信息流两方面实施整体设计和规划。在业务流程设计规划阶段，应以矿山作业质量控制为主体，基于矿产堆放作业、破碎作业、运输作业、铲装作业、爆破作业、地质勘察等工序，设计具有针对性的电气设备管理模块。如在破碎作业方面，应全面监控整体作业过程，对各种危险信息进行分析，进而在最大限度上避免安全事故发生。针对地质信息勘察方面，应全面结合炮孔、地质勘探及生产勘察方面的信息来勘测区域矿山情况。除此之外，对于数据信息设计规划方面而言，可全面运用系统功能构建三维立体地质勘察模型，综合分析各种可能影响企业电气系统运行的各种信息进行系统设计。而在数据流设计规划阶段，应将核心单元设置为服务器信息处理中心，实施多格式、多系统实际的数据处理，其中主要包括对数据信息系统的应用、共享、流转与采集存储等。

2.3.2 运营服务平台设计。在设计矿山自动化电气系统运营服务管理平台时，应基于现场电气设备运距、驱动及功率等特征，综合运用变频调速、实时监控及AI智能技术，来平衡多点启动电机装置力矩，控制连锁胶带运输装置，并根据实际情况进行智能化控制操作。如针对矿山区域主井排水方面，可基于一体化运营服务平台中的智能值守功能，实现全矿井涌水量与水位方面的联动检测，并基于相关检测信息实施水泵设备的自动切换与开启，再将水量信息全部存储在系统数据库当中，进而全面提升矿井工作区的应急反应能力。除此之外，还可根据现场设备、阀门、仪表等装置的信息采集需求，将密度计、物位计、压力变送器、启动闸阀、电动球阀及其他现场设备，全部集中到端部进行统一控制，将操作站、信息中心布设到设备周边，并将云端与边部信息进行连接控制，进行实现全面一体化移动端与云端的智能化运营。