基于人工智能的电气自动化系统优化设计研究

徐 洋，李莲英，曹 倩

（许昌电气职业学院 河南 许昌 461000）

0 引言

将人工智能技术引入到电气自动化系统的应用中，可有效地解决传统模式下电气自动化系统的控制难题，从而显著地提高系统的总体运行标准。 人工智能技术是一种智能化、信息化的创新技术手段，能够对海量的数据信息进行集成处理，最短时间内挖掘数据中的有效信息，提高系统的数据处理效率和质量。

人工智能技术还包括机器学习、数据挖掘、影像处理等多样化技术形式，具有较强的综合性。 利用人工智能技术，电气自动化系统能够逐步实现数据感知、实践认知等功能，并受人工智能核算算法的驱动，使其在实际工作中能够模仿“人脑”进行数据运算等，并根据指令做出相应操作。 人工智能技术可快速、高效地处理系统内的海量数据信息，并对获取的数据进行整合、分析、处理，从而缩短作业的时间，提高整体的工作效率。

1 人工智能技术概述及其在电气自动化系统中的应用优势

1.1 人工智能技术概述

人工智能技术是将计算机，通信等数字化技术相融合，通过核心算法让机器设备成功模仿人类行为的一种技术手段。 随着我国科技的不断创新与发展，人工智能技术已广泛应用到各行各业中。

将人工智能技术引入电气自动化系统内，不仅能够有效缩短工作时长，提升工作效率和品质，而且还能增加系统运行的安全性和稳定性。 因此，相较于传统模式下的单一网络技术而言，人工智能技术的加入，能够更加高效、精准地获取系统的传输数据，提高生产线的工作效率，从而显著增加企业的经济收益［1］。

1.2 人工智能技术在电气自动化系统中的应用优势

1.2.1 降低系统整体设计难度

将人工智能技术引入电气自动化系统，人工智能控制指令的发出是基于已完成的协议封装软件，该运行模式在一定程度上显著降低系统的整体设计难度。 系统运行人员在操作过程中需根据经验将不同类型的组件进行拼接，实现数据信息的成功传输。 随着人工智能技术的加入，该运行模式不再单纯依赖于人工操作，而仅需通过已建立的软件系统就能够将控制指令传输至生产线，极大地提升电气自动化控制系统的工作效率。

1.2.2 提升系统操作精准程度

在电气自动化系统中应用人工智能技术，能提升系统操作的精准度，实现系统的全方面扫描，并对系统内部的海量数据信息进行深度挖掘，减少系统运行的失误率，保证系统安全稳定运行。

1.2.3 增强控制系统的稳定性

人工智能技术的实际应用是以计算机技术，随着计算机等智能化技术的不断创新与发展，人工智能技术已被广泛应用到越来越多的领域，其中电气自动化行业也逐步引入人工智能技术。 将人工智能技术应用到电气自动化系统中，能够增强控制系统的稳定性，保证系统安全地运行。在此基础上，电气自动化等相关领域工作人员也可借助人工智能技术的周期性优势，定期对相关设备进行检修，降低人工成本，延长设备的使用周期。

2 基于人工智能的电气自动化系统优化设计

2.1 基于人工智能的电气自动化系统设计思路

电气自动化具有较为复杂的系统架构，涉及多层面知识体系，例如，在电气自动化的设备操作处理方面，要求相关人员需具备良好的综合素质和完备的专业技能知识，同时要求程序人员必须具备过硬的专业技术能力，需涉猎自动化系统方面的专业理论知识，进入生产线展开实际的操作，真正了解在生产环节易出现操作失误的步骤，并提出改进意见。 将人工智能技术引入电气自动化系统操作运行中，以人工智能技术为基础进行程序编辑，从而在满足系统基本需求的基础上实现智能化控制，降低人工成本，提高工作效率和质量。

电气自动化系统属于模块化结构，是由若干电气元器件组合形成，主要用于实现对某个或某些对象的有效控制，从而确保被控设备能够安全稳定地运行，主要功能包括自动控制、保护、监测和测量等。 在实际的电气作业管理过程中，工作人员利用数据实现对区域范围辖区内电网的管控，以此保证电网工作的稳定性。 基于人工智能的电气自动化系统优化设计，主要包括数据采集模块、数据传输模块、电气控制等模块，在根本上改变电气自动控制的整体水平，并提高电气控制的精准度，实现电气自动化系统的智能化运行和管理。

2.2 基于人工智能的电气自动化系统模块优化设计

2.2.1 数据采集模块设计

将人工智能技术应用到电气自动化系统的数据采集模块设计中，将电气控制管理平台与数据终端建立联系，通过人工智能技术采集数据信息，并将获取的数据及时传输至终端设备的仪表内，使得设备仪表可根据数据信息，在第一时间内对内部的元器件进行相应程序配置，并及时投入生产运行中。 通过系统终端控制软件及各硬件设备，采集获取整个系统内各元器件涉及的运行环境及参数等信息，并将获取的海量数据进行整理和汇总，一旦系统遇到突发问题，可在第一时间根据已获取的数据情况提供应对措施，极大地缩短系统处理突发问题的时间［2］。

2.2.2 数据传输模块设计

数据传输作为双向的传输过程，主要利用系统相关软件及终端设备，完成电气作业的数据传输任务。 其中数据管控中心作为数据信息运行的终端环节，其核心任务是管理和传输数据。 在数据传输过程中，还会涉及传输时应用的光缆、电缆等，在实际操作过程中根据终端间的距离、设备参数类型等，会匹配最佳的数据传输模式，确保数据传输的安全性和稳定性。 在此基础上，电气系统内涉及的全部控制装置，均需设置相应的控制模块、数据通信模块、电源模块等，从而保证系统间各模块的协调运行［3］。 将人工智能技术引入到数据传输模块的信息分析过程，其作为系统运行监管的重要环节，需要通过人工智能技术实现数据的及时分析并将获取的海量数据信息进行有效挖掘，最终将有效的数据传输至终端，具体流程如图1 所示。

图1 数据传输流程图

2.2.3 电气控制模块设计

在电气自动化系统中，将人工智能技术引入电气控制模块的操作运行中，能够显著提高控制模块的运行速率，增强系统运行的稳定性。 在电气控制模块的设计环节，其将应用人工智能的模糊控制技术，主要是基于模糊数据理论集、语言变量及逻辑推理，从行为上模仿“人类”推理和决策的控制形式，通过模糊控制装置对系统内部的管控对象进行控制的过程，模糊控制程序如图2 所示。

图2 模糊控制程序图

2.2.4 系统监控模块设计

对于电气自动化系统的监控模块而言，是指在监控系统内加入人工智能、大数据等智能化信息技术手段，监控系统结构如图3 所示。

图3 人工智能化监控系统结构图

通过图3 可知，电气自动化系统将内部包含的每个基站作为一个独立的子站，在每个独立子站上设置相应的数据监管及控制设备，能够实时地对每个子站的实际运行状态进行监管，确保整个系统的稳定性。 与此同时，独立的子站还能够将获取的相关数据传输至系统的大数据操作平台，当大数据平台成功接收到子站发送的数据信息时，将在第一时间进行数据分析，并结合外部的环境因素，对数据中有效信息进行更加深入的挖掘。 此时，人工智能化监控平台将进一步根据数据的操作运行结果，对系统的各个子站传输指令，从而实现系统的智能化管理［4］。

2.2.5 信息通信模块设计

信息通信模块，是电气自动化系统的核心组成结构之一，也是保证数据信息通信的“要塞”，在进行信息通信时，需要确保数据信息传输的时效性和精准性，一旦数据发生任何偏差，将对整个系统的运行造成严重后果。 由于系统内部包括较多的数据节点，若想提高数据信息传输的质量和效率，就需全面掌握数据对象的实际情况，从而为其匹配最佳的数据传输模式。 现阶段，使用最多的信息通信模式就是“有线＋无线”的相互融合，能够达到最佳效果。 相比而言，高速智能化的信息通信传输模式，具有较高的数据传输速率，能够根据实际情况自主匹配最佳的传输路径，并还可以进行电网运行概况的自主上报、动态数据检索等，一般应用至具有较高要求的配电终端设备上，但劣势是价格高昂。

当电气自动化系统处于运行状态时，系统内部的主线程将对串行口进行初始化运行，并通过系统的通信线程完成数据串行接口的监控任务，一旦出现突发事件，数据的通信线程将会在第一时间将获取的紧急事件传递到主线程，此时系统的主线程根据事件的具体情况展开串行口的读写操作，串行通信流程如图4 所示。

图4 串行通信流程图

主线程与数据通信线程间，主要是通过信息通信模块进行连接，若系统默认主线程不需再接收相关的数据信息时，此时需及时将其相匹配的串口监控线程撤销。 在实际信息通信过程中，其是通过系统内部的中心站点对从属站点进行实时的轮询操作，当从属站点成功接收到中心站点发出的指令时，此时从属站点根据获取的数据进行任务执行。 依托该运行模式，最终形成分布式的电气监控系统［5］。

3 基于人工智能的电气自动化系统应用分析

在基于人工智能的电气自动化系统优化设计过程中，以某电厂的自动化控制系统为例，设计了一个分散型控制系统，内部包含1 个中心数据控制站、5 个工作操作站、5个数据处理中心。 其中信息通信模式选择工业Ethernet，优势在于应用范畴广、成本低廉、运行速率快等，极大地满足1 Gbit／s 的数据信息传输速率、具有较为丰富的软硬件系统资源，显著提高系统的开发运行的速率，便于与系统的Internet 进行连接，从而在一定程度上满足自动化作业的网络控制需求。

实际上，采用工业模式的Ethernet，不仅是基于电气自动化控制系统的上层网络体系结构，而且还是为了便于整个电力仪表的管理和监控，使数据传输速率达到10 Mbps。 对于系统设计的I／O 点而言，主要包括发电机组、生产线、低压电设备系统等，在生产运行的全部过程中均处于监控状态，其中分散型控制系统总设计的I／O 点包括2 303 个，系统可容纳的实际量为3 100 个，I／O 点数的具体分布情况如表1 所示。

表1 系统设计I／O 点数的分布 个

在此，将选用AS417－4－2H 型控制装置，主要包括数据采集、事故报警、操作控制、系统维护等功能。 在系统的功能模块运行过程中，使用者可根据自己的编程模块对系统进行自主动态的操作运行，从而实现“无存储”区域的逻辑编程。 将系统内部的临时功能数据参量存储于局部数据模块内，当系统的功能数据参量的程序功能执行完毕后，可将相应数据进行丢失处理。 此时，在系统的功能模块内还设计了一个具有存储功能的程序块，也就是后台数据存储块。该存储装置可保存与主模块相关的功能数据参量，同时可存储功能程序中运行的静态变量参数，当每次系统发出调用指令时，分配相应的后台数据存储块，以便于传输系统的电力仪表参数。 通过该系统的实际运行情况可知，能够满足实际需求，达到自动化控制各项设备的目的。

4 结语

综上所述，将人工智能技术应用到电气自动化系统中，使整个系统的各个功能模块都能高效运行，不仅在一定程度上使传统模式下的机械化电气系统得到较大的完善，而且还能够建立人工作业危险性，保证工作人员的生命安全，提高生产线的整体工作效率和质量。 在未来的发展进程中，人工智能技术是发展的主流趋势，希望各个电气领域相关企业加强对人工智能技术的重视程度，不断引入专业的技术型人才和设备，创新工艺，使其在激烈的市场竞争中占据一席之地。