电气自动化控制中智能技术的应用研究

王 辉，索文博

（红塔烟草（集团）有限责任公司昭通卷烟厂，云南 昭通 657000）

0 引 言

随着我国电气自动化控制技术的进步与发展，其应用范围不断扩大，应用程度也在不断加深。电气自动化控制技术的应用促进了各行各业电气自动化控制管理技术的发展，也提供了更多电气自动化技术的相关岗位。早在2009年，全国的电气自动化技术专业人才的平均就业率就达到了90%。近十年来，随着中国电气自动化技术的进步和应用程度化加深，该专业的人才平均就业率已达到了99%。特别是智能化技术在电气自动化中的应用，使电气自动化技术从工业生产走向人们的生活，与人们的生产生活密切相关[1,2]。智能技术在电气自动化控制技术中的应用标志着我国电气自动化向智能化的转型，其在未来20年内有较大的发展前景。研究电气自动化控制中智能技术的应用对电气自动化控制系统的智能化建设有着重要的意义。

1 智能技术及其特点

1.1 内 涵

智能技术是指为了有效地达到某种预期的目的，利用知识所采用的各种方法和手段。常见的智能技术包括：面向主体软件工程的分布式智能系统；面向学习和数据挖掘的人工智能；面向语义网格和知识网格的服务及共享技术；面向自主计算的自配置、自由化、自保护以及自恢复技术；面向认识信息学的神经计算技术、学习与认知机理技术以及环境认知技术；面向内容计算的多媒体信息检索技术和智能搜索技术等。

1.2 特 点

智能技术是一门复杂的交叉学科，包含的内容涉及计算机技术、生物仿生技术、数学逻辑、控制技术以及信息技术等，综合了多种学科的应用优势。学科综合性的优势使智能技术具备优化和综合改善系统性能的作用，如提高系统运行效率和信息处理能力等。此外，智能技术还能够为电气产品的开发提供智能技术支持。将智能技术应用于电气自动化控制中，具有提高自动化控制系统精度、自动化控制系统稳定性以及自动化控制系统实时性的作用。

2 智能技术在电气自动化控制中的应用优势

智能技术在提高电气自动化控制系统精度、稳定性以及实时性方面的应用优势明显。将其应用于电气自动化控制后，相对于传统的电气自动化控制器及系统而言，控制器和系统的综合处理能力得到提高[3-4]。综合处理能力的提高使系统能够更快且更精准地监控对象，保障电气自动化控制器及系统对对象的动态化管理，确保电气自动化控制器及系统的运行更加安全、稳定且高效。详细的应用优势分析如下。

2.1 提高系统精度

电气控制系统的电气线路及其系统复杂性较高。以电气工业控制系统为例，控制对象受设备因素和环境因素等影响，存在较多不确定性因素，将降低电气控制器的精度。电气自动化控制中的智能技术系统采用实时控制算法和逻辑算法，使得控制器的计算精度更高。同时自动控制器系统运行过程中对被控制对象的控制精度也会相应提高。这不仅提高了控制系统的工作效率，还能从源头避免不可控因素或控制误差的发生，从而有效提高系统精度。

2.2 提高系统稳定性

工业电气控制系统受多因素影响，运行过程中会发生波动，自动控制器受系统波动影响，工作效率和控制精度也都会受到影响。电气自动化控制中的智能技术在综合处理各类复杂信息及问题的同时，还能够自动采集监控信息，稳定地输出自动化控制信息和指令。系统采用相应的控制算法处理稳定输出的数据信息，从而确保系统稳定运行，保证电气设备及线路运行的安全性。此外，电气自动控制器一旦发现错误指令，就会向系统发出自动告警来控制错误程序的运行，及时预防和处理各种小故障，以防引发更大的安全事故。

2.3 提高系统实时性

传统电气控制器对系统参数的控制是依靠人工掌握的技术和经验来完成的，因此对控制器的调整可能会参差不齐。此外，电气控制器及系统调节的准确性不高，而且还存在一定的滞后性。电气自动化控制系统中智能技术采用的逻辑算法使系统具有实时的逻辑推理和判断能力。系统能够根据智能终端自动采集的信息和逻辑算法调节和控制电气自动化控制器及系统，而且从电气设备及线路的监控到系统控制的调节都是实时的，具备实时监控及管理的优势。

3 电气自动化控制中智能技术的应用

3.1 故障诊断的智能化

随着当前工业发展的规模化、集约化以及综合化，工业自动化控制系统连接的设备和线路越来越复杂，运行过程也更加复杂。各类硬件、软件以及电气线路错综复杂，导致系统运行所受条件因素较多，一旦发生故障排查难度极大。电气自动化控制技术中的智能监控技术可自动对实时监控设备和线路的运行状态，并及时将监控信息传输给控制中心[5-6]。一旦设备或电气线路发生故障，故障信息将自动传输给控制系统中心和自动报警系统，由自动报警系统对故障做出报警反应，并从控制中心的管理界面快速查找定位故障部位，锁定故障位置和故障类型。智能技术对故障的自动排除和自动预判能力，为及时发现故障隐患奠定了基础，不仅有效预防了系统故障的发生，保证了系统运行的稳定性，还提高了故障查找的效率，降低了人工查找故障的成本，对于工业生产从自动化向智能化的转型有着重要的促进意义。

3.2 产品设计的智能化

传统电气工程产品的设计主要是采用创新设计流程，需要在一套完整的产品设计流程下，经过反复的修改、试验以及调整，才能得到最终产品。这大大延长了产品开发的周期，且产品的效果只能在制造使用后才可得到验证。电气自动化控制下的产品设计可通过仿真设计来验证产品性能，了解产品功能。

智能技术将传统电气工程产品设计中的串行设计流程改为了并行设计流程。并行设计流程下，系统可利用多种软件同时设计，有效解决了设计与制造分离的问题。电气自动化控制中的智能技术为产品设计中的仿真设计和数据处理提供了技术支持。各类自动化设计软件以可以通过模块化的形式储存，后期开发电气工程产品可在原有模块化设计的基础上进行调整和优化，并由云计算处理技术和大数据处理技术提供数据处理支持，由虚拟技术提供产品测试支持。这样就可以在产品设计的过程中测试产品的性能，缩短了产品设计的周期[7,8]。电气自动化控制系统可编程处理器可对产品的设计进行在线编程优化，调整产品制造的参数，实现制造模式动态化的设计优化。此外，大数据和云计算等所具备的高效和高精度综合处理能力，确保了电气产品设计中复杂问题处理的效率和进度，对提升产品开发效益有着重要意义。

3.3 电气控制的智能化

传统的电气控制是通过控制电气设备二次回路来保障设备的可靠与安全。这种控制方式对一次设备及线路的可靠运行有明显保护作用。随着计算机技术、通信技术、自动控制技术以及微电子技术的发展，大量的智能控制芯片和智能传感器应用于电气控制系统，这对电气控制系统的综合性和安全性提出了更高的要求。就电气自动化控制系统本身而言，单纯采用电气设备二次回路控制的方法很难保障系统运行的可靠性。电气自动化控制系统具有复杂的电气系统结构和运行层次，这要求电气自动化控制系统实时监控系统设备的工作状况，并在实时监控的基础上智能维护设备。对于企业而言，它要求工业电气自动化控制系统必须实现电气控制的智能化转型，而电气自动化控制中智能技术恰好为企业工业电气控制智能化的实现提供了技术支持。电气控制智能化表现在智能终端监控设备远程监测和控制系统的工作状态，并设计自动报警系统对电气自动化设备运行的异常进行主动报警，配合维修服务。智能技术的应用扩大了电气设备的服务范围，有效提高了设备的工作性能。此外，将传统电气控制的被动维修转为电气自动化控制的主动维护，减少了设备的故障损坏，还有效延长了设备的使用寿命，而且还促进系统控制网络的开放性、互连性以及分散性发展，不断扩大工业电气自动化控制系统的应用范围[9-11]。

4 智能关键技术

4.1 人机接口技术

电气自动化控制中的智能技术具有人机交互功能。人机交互功能需要人机接口来支持操作员与计算机之间的信息交换。工业电气自动化控制的人机接口包括显示器、键盘、打印机以及专用操作显示台。设备终端的智能传感器自动采集信息并传输给工控机，在工控机专用显示台可视化技术中可以进行多视图画面的应用，直接进行人机交换操作。这种多视图处理方式显示的信息类别和信息量更多，视图呈现方式多样。人机交互界面下，可以在多视图中建立交互联动关系，在联动关系下协同处理和解决问题。多视图大大提高了多个对象协同处理的能力，为操作员灵活操作和处理提供了方便。

4.2 系统支持技术

电气自动化控制中智能技术的应用为系统提供监控定时器、电源掉电监测、后备存储器以及实时日历时钟等功能，为系统实时监测电气设备及线路提供了标准化的时间，也确保了实时监测的可靠性。电气自动化控制系统的分散测控系统采用分布式结构设计，每个智能电气设备具有独立的系统数据库。智能监测的信息存储在设备系统的数据库，工控机可随时调取各个设备子系统数据库中的监测信息。总控系统自动监测子系统反馈的各个信息采集现场自动传回的电源掉电和监控时间不一致等问题时，会自动发出报警并恢复操作。同时，自动检索并记录历史信息，自动分析历史数据，支持工控机快速找出故障并及时排除故障。此外，操作人员在人机交互界面可以通过控制鼠标和键盘修改、调整或控制指令，完成开放式操作。在智能技术的支持下，电气自动化控制系统还支持扩展通信、系统开放操作、自动通信以及自动调节等功能。具体的功能由工控机监控的需要和系统分层体系的设计决定。

4.3 总线技术

工业电气自动化控制系统采用IPC工控机综合化管控系统。IPC工控机统采用纵向设计，其纵向技术可分为内部纵向与和外部纵向。其中，内部纵向是工控机内部系统信息传输的公共通道，外部纵向是工控机与其他计算机和智能设备信息传输的公共通道。IPC工控机外部纵向常用RS-232C、RS485以及IEEE-488通信总线。不同的总线用于连接不同的工控机产品，根据外部总线，常用工控机产品有PC总线工控机、STD总线工控机以及VME总线工控机。其中，STD总线工控机可支持8位微型处理器。根据智能技术的应用要求，STD总线工控机配6根逻辑电源总线、4根辅助电源总线、8根双向数据总线、16根地址总线以及22根控制总线。这些总线被封为4组，以便于支持多处理器系统。数据传输的控制方式为同步空时。此外，系统兼容了PC/XT，因此信息传输的安全性和可靠性显著提高。VME总线根据信号类型划分总线，总线具有数据传输、中断、多主设备支持以及错误处理等功能。外部总线可于外部智能设备的实时通信，确保系统的通信通畅及安全。

4.4 可编程控制器技术

电气自动化控制系统采用了可编程控制器。可编程控制器具有逻辑控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信联网以及分散控制的功能。例如，对电气开关量的逻辑控制能够支持电气控制系统单台设备的独立作业，控制作业顺序。在自动化的流水线中，开关量的逻辑控制常应用到组合机床和龙门刨床等作业操控。设置逻辑控制和顺序控制增加了设备控制的灵活性。再如电气控制中的联锁行为，通过分散控制实现对电气设备联动生产的控制。在可编程控制器支持下，分散控制系统的设计形式能保证设备在发生故障时，由可编程控制器对发生故障的电气设备进行停运控制，以防故障电气设备影响到系统及其运行状态。

5 结 论

在科技信息高速发展的时代，电气自动化控制技术的发展必然随着科技信息技术的发展而发展。智能技术作为智能时代最典型的科技信息技术，将成为未来20年内引领社会发展的重要技术，在电气控制中的应用涉及故障诊断、电气产品设计以及电气控制等多个方面。电气自动化控制中智能技术的应用主要体现在设备及系统的智能化。对电气设备进行智能化改造，或在设计电气系统结构时增加智能监测设备，强化系统的人工智能，通过提高设备及电气系统的智能化水平，极大地提高电气自动化控制的人工智能，为电气自动化控制的应用与发展带来更大的发展空间。