基于人工智能的電氣自動化系統優化設計研究

徐 洋，李蓮英，曹 倩

（許昌電氣職業學院 河南 許昌 461000）

0 引言

將人工智能技術引入到電氣自動化系統的應用中，可有效地解決傳統模式下電氣自動化系統的控制難題，從而顯著地提高系統的總體運行標準。 人工智能技術是一種智能化、信息化的創新技術手段，能夠對海量的數據信息進行集成處理，最短時間內挖掘數據中的有效信息，提高系統的數據處理效率和質量。

人工智能技術還包括機器學習、數據挖掘、影像處理等多樣化技術形式，具有較強的綜合性。 利用人工智能技術，電氣自動化系統能夠逐步實現數據感知、實踐認知等功能，并受人工智能核算算法的驅動，使其在實際工作中能夠模仿“人腦”進行數據運算等，并根據指令做出相應操作。 人工智能技術可快速、高效地處理系統內的海量數據信息，并對獲取的數據進行整合、分析、處理，從而縮短作業的時間，提高整體的工作效率。

1 人工智能技術概述及其在電氣自動化系統中的應用優勢

1.1 人工智能技術概述

人工智能技術是將計算機，通信等數字化技術相融合，通過核心算法讓機器設備成功模仿人類行為的一種技術手段。 隨著我國科技的不斷創新與發展，人工智能技術已廣泛應用到各行各業中。

將人工智能技術引入電氣自動化系統內，不僅能夠有效縮短工作時長，提升工作效率和品質，而且還能增加系統運行的安全性和穩定性。 因此，相較于傳統模式下的單一網絡技術而言，人工智能技術的加入，能夠更加高效、精準地獲取系統的傳輸數據，提高生產線的工作效率，從而顯著增加企業的經濟收益［1］。

1.2 人工智能技術在電氣自動化系統中的應用優勢

1.2.1 降低系統整體設計難度

將人工智能技術引入電氣自動化系統，人工智能控制指令的發出是基于已完成的協議封裝軟件，該運行模式在一定程度上顯著降低系統的整體設計難度。 系統運行人員在操作過程中需根據經驗將不同類型的組件進行拼接，實現數據信息的成功傳輸。 隨著人工智能技術的加入，該運行模式不再單純依賴于人工操作，而僅需通過已建立的軟件系統就能夠將控制指令傳輸至生產線，極大地提升電氣自動化控制系統的工作效率。

1.2.2 提升系統操作精準程度

在電氣自動化系統中應用人工智能技術，能提升系統操作的精準度，實現系統的全方面掃描，并對系統內部的海量數據信息進行深度挖掘，減少系統運行的失誤率，保證系統安全穩定運行。

1.2.3 增強控制系統的穩定性

人工智能技術的實際應用是以計算機技術，隨著計算機等智能化技術的不斷創新與發展，人工智能技術已被廣泛應用到越來越多的領域，其中電氣自動化行業也逐步引入人工智能技術。 將人工智能技術應用到電氣自動化系統中，能夠增強控制系統的穩定性，保證系統安全地運行。在此基礎上，電氣自動化等相關領域工作人員也可借助人工智能技術的周期性優勢，定期對相關設備進行檢修，降低人工成本，延長設備的使用周期。

2 基于人工智能的電氣自動化系統優化設計

2.1 基于人工智能的電氣自動化系統設計思路

電氣自動化具有較為復雜的系統架構，涉及多層面知識體系，例如，在電氣自動化的設備操作處理方面，要求相關人員需具備良好的綜合素質和完備的專業技能知識，同時要求程序人員必須具備過硬的專業技術能力，需涉獵自動化系統方面的專業理論知識，進入生產線展開實際的操作，真正了解在生產環節易出現操作失誤的步驟，并提出改進意見。 將人工智能技術引入電氣自動化系統操作運行中，以人工智能技術為基礎進行程序編輯，從而在滿足系統基本需求的基礎上實現智能化控制，降低人工成本，提高工作效率和質量。

電氣自動化系統屬于模塊化結構，是由若干電氣元器件組合形成，主要用于實現對某個或某些對象的有效控制，從而確保被控設備能夠安全穩定地運行，主要功能包括自動控制、保護、監測和測量等。 在實際的電氣作業管理過程中，工作人員利用數據實現對區域范圍轄區內電網的管控，以此保證電網工作的穩定性。 基于人工智能的電氣自動化系統優化設計，主要包括數據采集模塊、數據傳輸模塊、電氣控制等模塊，在根本上改變電氣自動控制的整體水平，并提高電氣控制的精準度，實現電氣自動化系統的智能化運行和管理。

2.2 基于人工智能的電氣自動化系統模塊優化設計

2.2.1 數據采集模塊設計

將人工智能技術應用到電氣自動化系統的數據采集模塊設計中，將電氣控制管理平臺與數據終端建立聯系，通過人工智能技術采集數據信息，并將獲取的數據及時傳輸至終端設備的儀表內，使得設備儀表可根據數據信息，在第一時間內對內部的元器件進行相應程序配置，并及時投入生產運行中。 通過系統終端控制軟件及各硬件設備，采集獲取整個系統內各元器件涉及的運行環境及參數等信息，并將獲取的海量數據進行整理和匯總，一旦系統遇到突發問題，可在第一時間根據已獲取的數據情況提供應對措施，極大地縮短系統處理突發問題的時間［2］。

2.2.2 數據傳輸模塊設計

數據傳輸作為雙向的傳輸過程，主要利用系統相關軟件及終端設備，完成電氣作業的數據傳輸任務。 其中數據管控中心作為數據信息運行的終端環節，其核心任務是管理和傳輸數據。 在數據傳輸過程中，還會涉及傳輸時應用的光纜、電纜等，在實際操作過程中根據終端間的距離、設備參數類型等，會匹配最佳的數據傳輸模式，確保數據傳輸的安全性和穩定性。 在此基礎上，電氣系統內涉及的全部控制裝置，均需設置相應的控制模塊、數據通信模塊、電源模塊等，從而保證系統間各模塊的協調運行［3］。 將人工智能技術引入到數據傳輸模塊的信息分析過程，其作為系統運行監管的重要環節，需要通過人工智能技術實現數據的及時分析并將獲取的海量數據信息進行有效挖掘，最終將有效的數據傳輸至終端，具體流程如圖1 所示。

圖1 數據傳輸流程圖

2.2.3 電氣控制模塊設計

在電氣自動化系統中，將人工智能技術引入電氣控制模塊的操作運行中，能夠顯著提高控制模塊的運行速率，增強系統運行的穩定性。 在電氣控制模塊的設計環節，其將應用人工智能的模糊控制技術，主要是基于模糊數據理論集、語言變量及邏輯推理，從行為上模仿“人類”推理和決策的控制形式，通過模糊控制裝置對系統內部的管控對象進行控制的過程，模糊控制程序如圖2 所示。

圖2 模糊控制程序圖

2.2.4 系統監控模塊設計

對于電氣自動化系統的監控模塊而言，是指在監控系統內加入人工智能、大數據等智能化信息技術手段，監控系統結構如圖3 所示。

圖3 人工智能化監控系統結構圖

通過圖3 可知，電氣自動化系統將內部包含的每個基站作為一個獨立的子站，在每個獨立子站上設置相應的數據監管及控制設備，能夠實時地對每個子站的實際運行狀態進行監管，確保整個系統的穩定性。 與此同時，獨立的子站還能夠將獲取的相關數據傳輸至系統的大數據操作平臺，當大數據平臺成功接收到子站發送的數據信息時，將在第一時間進行數據分析，并結合外部的環境因素，對數據中有效信息進行更加深入的挖掘。 此時，人工智能化監控平臺將進一步根據數據的操作運行結果，對系統的各個子站傳輸指令，從而實現系統的智能化管理［4］。

2.2.5 信息通信模塊設計

信息通信模塊，是電氣自動化系統的核心組成結構之一，也是保證數據信息通信的“要塞”，在進行信息通信時，需要確保數據信息傳輸的時效性和精準性，一旦數據發生任何偏差，將對整個系統的運行造成嚴重后果。 由于系統內部包括較多的數據節點，若想提高數據信息傳輸的質量和效率，就需全面掌握數據對象的實際情況，從而為其匹配最佳的數據傳輸模式。 現階段，使用最多的信息通信模式就是“有線＋無線”的相互融合，能夠達到最佳效果。 相比而言，高速智能化的信息通信傳輸模式，具有較高的數據傳輸速率，能夠根據實際情況自主匹配最佳的傳輸路徑，并還可以進行電網運行概況的自主上報、動態數據檢索等，一般應用至具有較高要求的配電終端設備上，但劣勢是價格高昂。

當電氣自動化系統處于運行狀態時，系統內部的主線程將對串行口進行初始化運行，并通過系統的通信線程完成數據串行接口的監控任務，一旦出現突發事件，數據的通信線程將會在第一時間將獲取的緊急事件傳遞到主線程，此時系統的主線程根據事件的具體情況展開串行口的讀寫操作，串行通信流程如圖4 所示。

圖4 串行通信流程圖

主線程與數據通信線程間，主要是通過信息通信模塊進行連接，若系統默認主線程不需再接收相關的數據信息時，此時需及時將其相匹配的串口監控線程撤銷。 在實際信息通信過程中，其是通過系統內部的中心站點對從屬站點進行實時的輪詢操作，當從屬站點成功接收到中心站點發出的指令時，此時從屬站點根據獲取的數據進行任務執行。 依托該運行模式，最終形成分布式的電氣監控系統［5］。

3 基于人工智能的電氣自動化系統應用分析

在基于人工智能的電氣自動化系統優化設計過程中，以某電廠的自動化控制系統為例，設計了一個分散型控制系統，內部包含1 個中心數據控制站、5 個工作操作站、5個數據處理中心。 其中信息通信模式選擇工業Ethernet，優勢在于應用范疇廣、成本低廉、運行速率快等，極大地滿足1 Gbit／s 的數據信息傳輸速率、具有較為豐富的軟硬件系統資源，顯著提高系統的開發運行的速率，便于與系統的Internet 進行連接，從而在一定程度上滿足自動化作業的網絡控制需求。

實際上，采用工業模式的Ethernet，不僅是基于電氣自動化控制系統的上層網絡體系結構，而且還是為了便于整個電力儀表的管理和監控，使數據傳輸速率達到10 Mbps。 對于系統設計的I／O 點而言，主要包括發電機組、生產線、低壓電設備系統等，在生產運行的全部過程中均處于監控狀態，其中分散型控制系統總設計的I／O 點包括2 303 個，系統可容納的實際量為3 100 個，I／O 點數的具體分布情況如表1 所示。

表1 系統設計I／O 點數的分布 個

在此，將選用AS417－4－2H 型控制裝置，主要包括數據采集、事故報警、操作控制、系統維護等功能。 在系統的功能模塊運行過程中，使用者可根據自己的編程模塊對系統進行自主動態的操作運行，從而實現“無存儲”區域的邏輯編程。 將系統內部的臨時功能數據參量存儲于局部數據模塊內，當系統的功能數據參量的程序功能執行完畢后，可將相應數據進行丟失處理。 此時，在系統的功能模塊內還設計了一個具有存儲功能的程序塊，也就是后臺數據存儲塊。該存儲裝置可保存與主模塊相關的功能數據參量，同時可存儲功能程序中運行的靜態變量參數，當每次系統發出調用指令時，分配相應的后臺數據存儲塊，以便于傳輸系統的電力儀表參數。 通過該系統的實際運行情況可知，能夠滿足實際需求，達到自動化控制各項設備的目的。

4 結語

綜上所述，將人工智能技術應用到電氣自動化系統中，使整個系統的各個功能模塊都能高效運行，不僅在一定程度上使傳統模式下的機械化電氣系統得到較大的完善，而且還能夠建立人工作業危險性，保證工作人員的生命安全，提高生產線的整體工作效率和質量。 在未來的發展進程中，人工智能技術是發展的主流趨勢，希望各個電氣領域相關企業加強對人工智能技術的重視程度，不斷引入專業的技術型人才和設備，創新工藝，使其在激烈的市場競爭中占據一席之地。