智能化在電氣自動(dòng)化控制中應(yīng)用
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摘要：智能技術(shù)發(fā)展為電氣自動(dòng)化領(lǐng)域帶來了新機(jī)遇，優(yōu)化了電氣工作效率與技術(shù)水平。筆者以智能技術(shù)概述為切入點(diǎn)，分析了電氣自動(dòng)化控制中應(yīng)用智能技術(shù)，能夠達(dá)到優(yōu)化資源配置、提高產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)效能的效果，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合智能技術(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家控制系統(tǒng)、模糊控制等方式，提出應(yīng)用方法及優(yōu)化措施，為相關(guān)工作者提供參考。
關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；智能技術(shù)；控制應(yīng)用
社會(huì)進(jìn)步需要科技支撐，智能技術(shù)的出現(xiàn)，模仿人類思維，不同于傳統(tǒng)科學(xué)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)行為活動(dòng)智能化。特別是社會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率提出高要求，亟須升級(jí)傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化技術(shù)，通過智能技術(shù)完成復(fù)雜信息的編程控制，不僅可節(jié)省物力、人力的投入，減少運(yùn)營成本，還能提高電氣自動(dòng)化工作效率，保證控制的合理性與精確性，進(jìn)而推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)。
1智能技術(shù)概述
智能技術(shù)是指轉(zhuǎn)化操控信息指令為計(jì)算機(jī)指令，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)智能功能，使得系統(tǒng)可按照計(jì)算機(jī)指令完成行為和動(dòng)作，原理是通過計(jì)算機(jī)編程，模仿人腦思維活動(dòng)，讓機(jī)器也能如同人類一樣具備感知和思維能力。相比人工操作，智能技術(shù)可替代人工作業(yè)，完成較高危險(xiǎn)性任務(wù)，具有便捷性、適應(yīng)性、抗干擾性特點(diǎn)[1]。智能技術(shù)包括機(jī)器視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器人語言處理及自動(dòng)控制，將其用于電氣自動(dòng)化控制中，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）優(yōu)化資源配置。為合理配置資源，以往工業(yè)生產(chǎn)工作內(nèi)容繁多、設(shè)備流程復(fù)雜，需投入諸多物力、人力，任意環(huán)節(jié)產(chǎn)生問題，均會(huì)對(duì)下一環(huán)節(jié)造成影響。因此，可利用智能技術(shù)，優(yōu)化配置生產(chǎn)資源，改善每個(gè)環(huán)節(jié)成本能耗，分析生產(chǎn)環(huán)節(jié)的缺陷和問題，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省成本。2）提高產(chǎn)品質(zhì)量。工業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)需要人員投入諸多精力和時(shí)間，方能完成生產(chǎn)目標(biāo)，生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量也會(huì)受到人員精力、操作、技巧等方面影響，工人如果長期疲勞工作，可能會(huì)生產(chǎn)不合格產(chǎn)品，浪費(fèi)資源，降低生產(chǎn)效率[2]。而采取智能技術(shù)，可利用計(jì)算機(jī)輸入程序設(shè)定，設(shè)備能夠按照程序、參數(shù)要求操作，保證工序準(zhǔn)確，提高產(chǎn)品質(zhì)量。3）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)效能。經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)發(fā)展下，消費(fèi)需求升級(jí)對(duì)于創(chuàng)新性、精細(xì)化產(chǎn)品要求更高，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)、研發(fā)模式難以滿足社會(huì)發(fā)展，需利用智能技術(shù)，突破傳統(tǒng)瓶頸，改造傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、研發(fā)模式，通過系統(tǒng)對(duì)消費(fèi)者需求自動(dòng)分析，還能監(jiān)控生產(chǎn)環(huán)節(jié)，確定潛在問題，調(diào)整設(shè)備操作，全面監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
2電氣自動(dòng)化中智能技術(shù)控制方式
2.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是國際上迅速發(fā)展的交叉學(xué)科，模擬大腦基本特性，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，是立足于人腦組織結(jié)構(gòu)及運(yùn)行機(jī)制的理解上，模擬智能行為及其解耦股的工程系統(tǒng)，有助于企業(yè)管理者解決不確定、非線性系統(tǒng)控制問題，結(jié)合單元格傳輸系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理，能夠?yàn)殡姎庾詣?dòng)控制提供數(shù)據(jù)支撐，優(yōu)化數(shù)據(jù)分析質(zhì)量。該控制模式以人腦活動(dòng)規(guī)律、組織結(jié)構(gòu)為背景，卻不是人腦真實(shí)再現(xiàn)，是某種簡(jiǎn)化、抽象的模仿，從外界環(huán)境獲取信息后，互連神經(jīng)元能夠存儲(chǔ)，不僅是非線性活動(dòng)系統(tǒng)，也屬于自適應(yīng)組織系統(tǒng)[3]。模型三要素如下：1）突觸或連接，以wij代表神經(jīng)元之間連接強(qiáng)度；2）輸入信號(hào)累加器具備生物神經(jīng)元整合功能；3）激活函數(shù)限制神經(jīng)元輸出。根據(jù)圖1可知，X1、X2、…Xn是輸入信號(hào)，利用神經(jīng)元軸突輸出。
2.2專家控制系統(tǒng)
傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中，運(yùn)行系統(tǒng)排斥人為干預(yù)，人機(jī)之間交互不足，控制器難以了解被控對(duì)象結(jié)構(gòu)變化、環(huán)境參數(shù)，缺乏應(yīng)變能力，依賴被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型，以精準(zhǔn)模型優(yōu)化控制效果。而專家控制系統(tǒng)，可處理啟發(fā)式、定性的、不確定知識(shí)信息，經(jīng)過推理和知識(shí)，求解需要人類大量專家經(jīng)驗(yàn)解決難題，模擬專家思維過程，達(dá)到系統(tǒng)任務(wù)目標(biāo)[4]。專家系統(tǒng)由知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫及規(guī)則庫構(gòu)成，知識(shí)庫用于存放專家知識(shí)，根據(jù)知識(shí)庫模擬專家思維，是保證控制準(zhǔn)確的重要環(huán)節(jié)，和系統(tǒng)程序相互獨(dú)立，可通過完善、改變知識(shí)庫內(nèi)容，優(yōu)化系統(tǒng)性能；數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)推理所需原始數(shù)據(jù)、最終結(jié)論和中間過程，是暫時(shí)工作存儲(chǔ)區(qū)，能夠?qū)τ脩籼釂栠M(jìn)行說明；規(guī)則庫，根據(jù)已知信息或問題條件，匹配知識(shí)庫規(guī)則獲得結(jié)論，得到問題求解，模仿專家解題思維。我國電氣控制中，廣泛使用專家控制系統(tǒng)，通過一系列程序運(yùn)算解析被控對(duì)象，獲得最佳系統(tǒng)控制參數(shù)，提高系統(tǒng)管理水平，保證設(shè)備穩(wěn)定、安全運(yùn)行。
2.3模糊控制
模糊控制以模糊語言變量、模糊集論、模糊邏輯推理為主的智能控制模式，模仿人類模糊推理與決策過程，將專家級(jí)操作者經(jīng)驗(yàn)編寫為模糊規(guī)則，模糊化傳感器實(shí)時(shí)信號(hào)，輸入模糊后信號(hào)后完成推理，將結(jié)果輸出至執(zhí)行器上[5]。模糊控制本質(zhì)屬于非線性控制，是智能控制的一種，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化理論和應(yīng)用結(jié)合，廣泛用于社會(huì)生活、生產(chǎn)等多方面，包括電氣設(shè)備模糊控制、汽車駕駛模糊控制、機(jī)器人模糊控制等，能夠不斷自我學(xué)習(xí)，適應(yīng)多樣化工作環(huán)境。因此，智能技術(shù)采取模糊控制，可提高電氣控制效果，避免外界干擾。
3智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用
3.1數(shù)據(jù)采集處理
電氣自動(dòng)化控制中，為達(dá)成工作目標(biāo)，需做好數(shù)據(jù)信息采集、處理工作，通過多樣化方式，確保數(shù)據(jù)采集信息準(zhǔn)確性及處理高效性。以往電氣自動(dòng)化控制，多使用人工處理、采集信息方式，構(gòu)建數(shù)據(jù)采集模型或軟件，也需要人工收集信息，對(duì)于人員專業(yè)能力、職業(yè)素養(yǎng)等要求較高，任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)人員失誤，均可能出現(xiàn)信息不穩(wěn)定、操作滯后的情況。從本質(zhì)而言，電氣自動(dòng)化控制實(shí)效性較強(qiáng)，對(duì)于數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、迅速分析是工作開展的基礎(chǔ)，能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)控制流程、突發(fā)情況，方能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制目標(biāo)[6]。所以，應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變?nèi)斯げ僮髂Ｊ?，提高工作質(zhì)量和效率，合理利用智能技術(shù)，提高工作質(zhì)量及效率，例如，用電控制人員可結(jié)合需求，設(shè)置電壓門檻，保證電壓處于標(biāo)準(zhǔn)范圍運(yùn)行，維護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行，延長壽命。通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)算法，取代人工采集，發(fā)送指令后計(jì)算機(jī)能夠收集特定信息，使用爬蟲技術(shù)抓取公開網(wǎng)頁或內(nèi)部數(shù)據(jù)，自動(dòng)篩選排除無效數(shù)據(jù)，深入挖掘有效數(shù)據(jù)，且通過算法分析數(shù)據(jù)信息，獲得人員所需結(jié)果。通過智能技術(shù)的幫助，系統(tǒng)可模擬員工收集數(shù)據(jù)流程，不僅可迅速達(dá)成工作目標(biāo)，還能減小數(shù)據(jù)誤差，實(shí)現(xiàn)可視化數(shù)據(jù)分析，為企業(yè)決策提供支持，提高經(jīng)濟(jì)效益。
3.2設(shè)備故障診斷
傳統(tǒng)設(shè)備診斷立足于油液氣體分離分析變壓器情況，診斷模式難以準(zhǔn)確、及時(shí)地判斷發(fā)生故障的原因，加上電氣設(shè)備故障具有非線性、復(fù)雜性特點(diǎn)，僅依賴人工檢查，不僅需要耗費(fèi)大量故障排查時(shí)間，還可能發(fā)生誤診情況，對(duì)設(shè)備安全使用造成影響，降低設(shè)備使用壽命。因此，電氣自動(dòng)化中，故障設(shè)備采取智能技術(shù)診斷，模擬人腦組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化處理設(shè)備各項(xiàng)信息，結(jié)合樣本信息情況，構(gòu)建計(jì)算機(jī)模型，能夠結(jié)合設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造、運(yùn)行環(huán)境、參數(shù)要求等構(gòu)建故障診斷系統(tǒng)，將其和上位機(jī)、被診斷設(shè)備相連接，通過系統(tǒng)日常監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，完成診斷作業(yè)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的自動(dòng)識(shí)別與處理，有助于操作者發(fā)現(xiàn)故障，向顯示屏和軟件發(fā)送檢修提示，人員看到檢修提示后，即可開展維護(hù)檢修工作[7]。同時(shí)，智能診斷網(wǎng)絡(luò)中，處理器可結(jié)合不同故障類型，為人員提供解決方案，有助于人員全面提高設(shè)備診斷及維修效率，相比傳統(tǒng)故障診斷模式，系統(tǒng)診斷更具優(yōu)勢(shì)，可輔助人員短時(shí)間內(nèi)識(shí)別故障部位、原因等，針對(duì)性解決問題，維持設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
3.3電氣自動(dòng)化管理
電氣自動(dòng)化管理中使用智能技術(shù)，主要有以下幾個(gè)方面：一是電氣自動(dòng)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)工作模式下，人員電氣設(shè)計(jì)通常需要大量進(jìn)行調(diào)研考察，人員自身也要具備良好工作能力和豐富經(jīng)驗(yàn)，只有專業(yè)人員能夠從事設(shè)計(jì)工作，降低了設(shè)計(jì)效率，難以滿足豐富多樣的電氣制造產(chǎn)業(yè)需求。而利用智能技術(shù)，可提高電氣設(shè)計(jì)水平，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化工作效率，還能展現(xiàn)智能化特征。但是由于電氣自動(dòng)化工作煩瑣復(fù)雜，人員缺少相關(guān)專業(yè)能力和知識(shí)儲(chǔ)備，則無法達(dá)成工作目標(biāo)，將投入諸多精力、物力，降低了經(jīng)濟(jì)效益，合理利用智能化技術(shù)，僅需根據(jù)需求設(shè)計(jì)算法，軟件中輸入?yún)?shù)，借助智能技術(shù)分析數(shù)據(jù)，可在計(jì)算機(jī)上模擬設(shè)計(jì)效果，減少成本投入，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不足，做好調(diào)整工作，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)[8]。二是建立中央智能系統(tǒng)。通常在企業(yè)管理中人工參與較高，仍處于初級(jí)智能化發(fā)展階段，通過大量應(yīng)用智能化技術(shù)，構(gòu)建中央智能控制系統(tǒng)，可合理利用系統(tǒng)平臺(tái)，便于管理者及時(shí)掌握生產(chǎn)情況，優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，將設(shè)備效能發(fā)揮出來，以免出現(xiàn)設(shè)備閑置、維修不及時(shí)等情況。同時(shí)，智能系統(tǒng)還能收集設(shè)備工況，經(jīng)過計(jì)算反饋后，制定符合產(chǎn)品生產(chǎn)要求的方案，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化管理，促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。
3.4無線通信連接
自動(dòng)化控制中，通信設(shè)計(jì)模塊是重要部分，可利用智能技術(shù)開展無線通信，提高傳輸信息資源效率，保證控制效果精準(zhǔn)，優(yōu)化操作水平。面對(duì)電氣設(shè)備控制節(jié)點(diǎn)較多的情況，為提高工作效率及質(zhì)量，需要將有線通信和無線通信相結(jié)合，綜合考慮實(shí)際用戶情況，選擇最佳處理方式，通過串口初始化，構(gòu)建串口監(jiān)視線程，啟動(dòng)、發(fā)送串口信息，或采取主線程處理信息，取消串口監(jiān)視線程，以此完成整體通信進(jìn)程。實(shí)踐證明，采取無線通信可增強(qiáng)傳輸精度和速率，運(yùn)行系統(tǒng)也更為便捷。
3.5強(qiáng)化操作控制
智能技術(shù)用于電氣自動(dòng)化控制，可實(shí)現(xiàn)故障錄制和控制操作。傳統(tǒng)人工操作模式下，參數(shù)控制可能出現(xiàn)誤差，例如電焊機(jī)精度控制，人工操作出現(xiàn)誤差后會(huì)降低整體電鍍產(chǎn)品質(zhì)量，引進(jìn)智能技術(shù)可利用計(jì)算機(jī)掃描，記錄操作人員步驟，將數(shù)據(jù)輸入電腦內(nèi)，發(fā)送參數(shù)值設(shè)備，設(shè)備自動(dòng)完成電鍍作業(yè)，還能根據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)參數(shù)適時(shí)調(diào)節(jié)，以免發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，提高工作效率。此外，可利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行編程，安裝機(jī)械臂模仿人員作業(yè)等，提高電氣自動(dòng)化控制水平，明確自動(dòng)控制作為龐大、復(fù)雜系統(tǒng)，引進(jìn)智能技術(shù)可保證生產(chǎn)安全，優(yōu)化操作系統(tǒng)。
4智能技術(shù)在電子自動(dòng)化控制的優(yōu)化策略
4.1注重產(chǎn)品設(shè)計(jì)
電氣自動(dòng)控制工藝較為復(fù)雜，在電磁場(chǎng)以及電路設(shè)計(jì)中，人員需擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的知識(shí)，方能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。特別是信息技術(shù)發(fā)展背景下，傳統(tǒng)產(chǎn)品生產(chǎn)逐漸被智能技術(shù)替代，利用專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)及生產(chǎn)質(zhì)量，還能將其用于自動(dòng)化控制，需結(jié)合產(chǎn)品屬性及控制系統(tǒng)特點(diǎn)，不斷優(yōu)化智能技術(shù)。
4.2提高診斷質(zhì)量
電氣工程中，電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、變電器故障較為常見，一旦設(shè)備產(chǎn)生故障，會(huì)對(duì)整體生產(chǎn)流程造成影響，必須加強(qiáng)診斷工作，傳統(tǒng)診斷主要是通過分析、采集變壓器氣體情況，判斷是否出現(xiàn)故障，加上故障原因多變復(fù)雜，導(dǎo)致診斷故障效率較低。因此，電氣自動(dòng)化可整合應(yīng)用模糊理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高故障診斷準(zhǔn)確性及效率，準(zhǔn)確判斷故障情況，為故障解決提供支持，減少設(shè)備損耗。
4.3擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域
智能技術(shù)優(yōu)勢(shì)較多，但也不是十全十美，盡管人們將其用于電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域成績(jī)斐然，卻也存在局限性，主要是技術(shù)未能全面普及，技術(shù)應(yīng)用仍處于摸索初期，加上技術(shù)應(yīng)用取決于計(jì)算機(jī)和半導(dǎo)體發(fā)展情況，部分技術(shù)仍未成熟，亟需完善、升級(jí)智能技術(shù)。因此，應(yīng)擴(kuò)展智能技術(shù)應(yīng)用范圍，注重完善管理機(jī)制，將其用于數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)等過程，為設(shè)備控制積累經(jīng)驗(yàn)，還可結(jié)合PLC技術(shù)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性[9-10]。
4.4培養(yǎng)專業(yè)人才
電氣自動(dòng)化控制中，智能化技術(shù)處于實(shí)踐階段，對(duì)于高端人才需求量較大，但在實(shí)踐中卻存在高端技術(shù)人才欠缺問題，尤其是在技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，對(duì)智能技術(shù)專業(yè)人才也隨之提出了更高要求，相關(guān)政府管理部門、科研院校和企事業(yè)單位，應(yīng)出臺(tái)相關(guān)政策，注重培養(yǎng)更多高端智能化技術(shù)人才?？赏ㄟ^社會(huì)渠道宣傳智能技術(shù)優(yōu)勢(shì)，企業(yè)和科研院校加大智能化技術(shù)的投入，政府部門應(yīng)出臺(tái)優(yōu)惠政策，建立高水平智能技術(shù)人才隊(duì)伍，為技術(shù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
5總結(jié)
綜上所述，智能化技術(shù)具有靈活性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)，電氣自動(dòng)化控制中合理應(yīng)用智能化技術(shù)，不僅能夠自動(dòng)排查故障，還能優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行，使得自動(dòng)化控制工作獲得極大突破和進(jìn)展。因此，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)明確智能技術(shù)的價(jià)值，將其用于數(shù)據(jù)收集處理、設(shè)備故障診斷、電氣自動(dòng)管理等方面，從而為電氣領(lǐng)域的發(fā)展打開新局面。
作者:王澤旭 單位:武漢輕工大學(xué)
