智能化技术以及电气工程自动化技术的探讨

发表时间:2021/7/19   来源:《中国电业》2021年第49卷第8期   作者:俞琨
[导读] 社会的发展和需要智能的制动化越来越多见,给我们的生活的不同领域带来了许多的便利。
        俞琨
        广西桂水电力股份有限公司天湖发电分公司  广西  桂林市 全州县 541500
        摘要:社会的发展和需要智能的制动化越来越多见,给我们的生活的不同领域带来了许多的便利。电气工程智能化技术在社会中已经得到普遍发展。计算机自动化技术的发展给电气自动化带来创新和改善,促进了自动化时代的到来。为了更好的保证电气工程的健康发展,提高电气工程自动化控制行业的整体水平,智能化技术会被应用至电气工程自动化控制管理中。现阶段,需要对智能技术的应用要点加以分析,了解智能技术在电气工程自动化控制中发挥出的应用价值。为电气工程自动化控制的进一步发展提供借鉴价值,经济高速发展的今天我们越来越需要科学技术的支撑,现今科学技术的发展对国民经济的发展做出了巨大贡献,依据国家科教兴国人才强国的战略。
        关键词:智能化技术;电气工程自动化;应用
        引言
        近些年来,我国的经济飞速发展。相对应的,对工业体系的要求也就越来越高。特别是在电气工程方面,现有的技术已经不能完全满足生产需要了,具体体现在自动化水平不够高、生产环境对工作者不够友好等等方面。这样会导致生产效率低下、生产的产品精度不够,最终会在市场竞争中被淘汰。为了解决这一问题,最有效的办法就是引入新兴的智能化技术。
        智能化技术的使用往往综合了多种现代化技术,比如计算机技术、精密传感技术、GPS定位技术等等。随着产品市场竞争的日趋激烈,产品智能化优势在实际操作和应用中得到非常好的运用,其主要表现在:大大改善操作者作业环境,减轻了工作强度;提高了作业质量和工作效率;一些危险场合或重点施工应用得到解决;环保、节能;提高了机器的自动化程度及智能化水平;提高了设备的可靠性,降低了维护成本;故障诊断实现了智能化等。
        在电气工程中,有很多数据、信息需要采集处理,而且很多数据对精准度的要求都非常高。因此在传统的生产中,需要消耗大量的人力、物力,效率却始终徘徊在一个比较低的水平。那么可不可以引入新兴的一些技术来辅助生产呢?
        在一些发达国家,很早之前就把电脑控制技术、信息传输处理技术等一些新兴的现代化技术引入了电气工程领域,来实现对机械的自动控制、对各种数据的分析处理等等目的。结果表明,这些技术的引入极大的提高了生产线的自动化程度、提高了工作效率,也节约了大量的人力。
        那么,到底智能化技术是什么?智能化技术和电气工程相结合会产生什么样的效果?接下来本文将进行详细叙述。
        1.智能化技术以及电气工程自动化技术的基本概述
        1.1智能化技术的含义
        早在六七十年以前,“智能化”这一概念就已经诞生了。在这些年里,经过无数科研工作者的研究开发,目前已经得到了相当广泛的应用,大到高精尖设备,小到个人手机,都可以见到智能化的影子。智能化技术可以让机器拥有“思考能力”,可以让机器自主完成数据的收集、处理,并且最终做出决策,这对传统的需要人为操控的机器来说无疑极具威胁。而随着电脑被发明,并且功能越来越强大,智能化的技术又得到了进一步的提升:对不同的需要可以直接通过电脑编程技术来实现,十分方便。智能化技术发展到现在已经融入了非常多的现代化技术,比如卫星定位、精密制造等等,这些不同的技术融入让智能化技术可以应用到生活、生产中的方方面面。现在对智能化技术应用最多也最成熟的是机器人行业,通过智能技术的应用,各种机器人可以实现诸如移动物体、分拣快递等等很多功能,从而解放了人力。
        智能化技术具有很多的优势。首先,智能化技术对于提高工作效率、减少人工的使用量都具有很大的作用。其次,由于智能设备设施基本都是采用电能作为其动力来源,因此智能化技术的广泛应用对于节能环保的意义非常重大,可以有效地减少资源使用量、降低污染。最后,智能化设备设施具有极高的精准度,可以有效降低产品的残次率,从而降低生产成本。另外,对操作人员的健康安全也更有利。
        人工智能是智能化技术的一个分支,其做法是要对人类大脑进行模拟仿真,通过一定的高端技术,让机器尽可能多的具备人脑的各项功能,从而代替人类来进行某些工作。人工智能是一个新兴的、很前卫的词语,有人说人工智能就是要让机器的动作、行为更接近一个有思想的人。但是这种说法是不准确的,没有充分考虑到人工智能的智能这一属性。具体全面的说,人工智能可以分成四大种类:模仿人的思考、模仿人的行为、理性思考、理性行为。而针对人工智能的智能化程度进行区分,又可以分为强人工智能和弱人工智能。强人工智能是指做出来的机器可以完全代替人类,它拥有十分强大的思维能力,可以应对各种复杂的场景,并且其处理能力丝毫不弱于人类自身。而弱人工智能则指的是不完全具备人类思考能力的智能技术、智能机器,他们只能处理一些简单的、事先设定好的任务。由于科技发展的限制,以及基于人类伦理的考虑,现阶段有关人工智能的研究和应用绝大部分都是弱人工智能。比如人脸识别、机器学习等等,这些智能技术的发展给人们的实际生活带来了极大的便利,深刻地影响着人类的生活方式。
        1.2电气工程自动化技术概述
        顾名思义,电气工程的自动化包括了两个方面的内容:传统的电气工程技术和新兴的自动化技术。自动化技术往往以计算机应用作为基础,在实际的生产中已经得到了大范围的应用,效果很好。电气工程的历史已经相当悠久了,但是随着各种技术的不断发展,传统的技术显然已经不能满足生产的需要,因此,引入自动化这一理念、技术是十分有必要的。事实也证明,自动化的引入,使电气工程的效率得到了很大提高,现场管理也更加容易。而智能化技术的出现,可以对电气工程进一步改造,使其技术含量更高、自动化程度也更高。通过智能化技术的引入,让电气工程的成本进一步降低、效率进一步提高,可以说使电器工程的发展迈上了一个新的台阶,实现了新的突破。
        2.智能化技术的特点分析
        2.1精度高、效率快
        电气工程的自动化程度高不高、质量好不好,精度、效率是两个最为重要的考察指标。智能化技术正好可以对这两个方面进行非常大的提升。由于各种智能芯片、控制程序的使用,智能化技术可以让自动控制过程中的精准度达到一个非常高的水平,同时,机器的工作效率也会因为全程电脑控制而得到质的飞跃。
        2.2系统控制
        智能化技术可以对整个系统进行控制,以便实现其智能化、自动化。通过这种方式,就可以做到对整个系统的资源进行智能调度,最大程度的实现资源有效利用。对有效利用资源、提高工作效率都有重要意义。
        2.3科学计算
        在电气工程生产、运作的过程中,会产生大量的数据、信息,以往都是通过人工进行分析、处理,不但速度非常慢,精确度也得不到保障。智能化技术的应用就可以在很短的时间内对这些数据进行十分精准的计算和处理,并且可以绘制各种形式的图形图像,方便技术人员进行观察、分析。
        3.智能化技术在电气工程自动化控制中的应用价值
        3.1简化自动化控制模型
        电气工程的自动化都是要基于一个设定好的模型,但是为了实现应有的功能,这些模型往往要做的很臃肿、很复杂。在平时的使用过程中很容易出现这样那样的问题,而且有的时候某部分出现一个小问题就会影响整个系统的稳定运行。所以日常需要付出很多维修、护理成本,日常的生产会受到一定的影响。如果引入了智能化技术,就能把一部分功能做统一处理,通过电脑编程等技术,用很少的部件就能实现原来需要很多设备才能实现的功能。这样就把自动化控制系统进行了简化,而且智能化技术的稳定性、精准度都非常高,日常使用的过程中不容易出现问题。
        3.2实现电气工程自动化控制统一
        智能化技术的引入可以针对电气工程建立一个统一的系统。该系统有硬件也有软件,可以对整个生产过程中设备设施以及产生的各种数据进行统一的管理、调配。通过这种做法,可以有效提升整个系统的利用效率,避免有的部件工作时断时续、与整个生产线不协调的情况发生。而且这种控制方式是智能化的,是基于最新的电脑技术以及编程技术的,因此可靠性很高,在实际操作中很少出现错误。
        3.3提升电气工程系统控制水平
        除了上文提到的可以对电气工程进行统一控制,智能化技术还可以极大地提高对整个系统的控制范围、控制力度。一套好的智能化控制系统可以对整个电气工程进行控制,而且还可针对生产过程中产生的各种数据进行智能化分析。通过预先设定的各种程序,控制系统可以发现数据的异常并进一步分析异常原因以及做出处理建议。这对电气工程的故障处理具有重大意义,可以在故障发生后及时进行处理,从而尽可能的减少停机时间,提高工作效率。
        3.4简化整个控制系统
        传统的电气工程控制系统需要大量的设备设施,各种不同功能的机器设备放在一起才可以实现对电气工程的控制,而且还需要大量的技术人员进行手动操作或数据记录、数据处理。这种方式不仅要耗费大量的人力物力,还容易出现故障,只要某个部分出现一个很小的问题,整个控制系统就会崩溃。而智能化技术的应用就可以很好地改变这一现状。智能化技术通过电脑、程序、软件等高端设备、技术把整个电气工程用到的机器设备串联了起来,进行统一的控制、协调。这样不但减少了资源的浪费,也可以节约人力。并且在设备升级时只需要对电脑程序进行改写、升级,不需要把所有配套装备全都更换一遍,可以节约大量资金。另外,智能化技术的引入还可以快速准确的处理各种生产中产生的数据,这就简化了数据处理的部分。
        4.智能化技术在电气工程自动化控制中的实际应用
        4.1实现智能控制
        智能化技术是一项涵盖多个学科、包罗万象的技术。除了电脑技术、信息技术、编程技术等现代高科技技术,往往还要融合诸如逻辑学、物理学甚至语言学等多种学科。针对不同的问题和应用场景,需要不同的技术进行搭配、协作,这也是智能化技术的强大之处。它可以杂糅很多学科,共同完成一项任务。在实际的应用过程中,仅仅有理论知识上的融会贯通是远远不够的,还必须要结合实际问题不断进行试验、磨合,只有可以真正得到应用、真正能处理各种问题,智能化技术才算成功。
        而对于本课题要研究的电气工程自动化控制,智能化技术的应用主要是实现强大的智能控制。在电气工程领域,对于生产过程中一些数据的自动收集和分析处理已经在使用了,而且效果非常好,为实际生产提供了很多有益的帮助。到了现代,电子计算机技术飞速发展,各种商用私用电脑展示了它们在过程控制、信息处理等很多方面的极大优越性。

那么电气工程领域可不可以引入这种新兴技术呢?答案是肯定的。通过电脑等高端设备的引入,实现对电气工程的智能化控制,可以极大地提高工作效率、实现更精准的操控与处理。对电气工程的进一步发展起到了很大的作用。
        具体来说,对电气工程的智能控制分为很多种,例如专家系统控制、模糊控制、神经网络控制等等,在实际的应用中,往往要结合多种控制方式,以便达到更好的效果。由于电气工程的复杂性和多样性,其中神经网络控制的使用最多。通过这些智能控制方式,可以分层次、分结构的把电气工程中的各种部件联系到一起,通过中枢控制中心进行统一调配,实现资源利用的最大化。通过智能控制的使用,还使很多电气工程项目实现了无人操作,这对成本控制是非常有利的。
        4.2不断优化设计
        智能化技术对电气工程中的设计工作也有很大帮助。要实现电气工程的自动化控制,需要对很多的部件、设备进行单独设计,以便使其更好地融入整个系统,接受控制系统的控制。在以往的生产中,对各种部件的设计工作都是通过技术人员来完成,往往是先画出图纸,再手工制作,然后根据实际使用效果不断修正,对技术人员的专业素质要求非常高。而且这种做法费时费力,精准度不高,部件的废弃率较高。
        而引入了智能化技术之后,就可以让电脑去分析所需要的部件的各项参数,然后通过CAD等制图软件绘出相应的图纸,再进行零件制作,制作过程同样是智能化控制。通过这种做法,图纸、零件成品的精准度极高,一般情况下不用修正,可以直接使用。而且制作时间和制作成本大大降低,这对于时间就是金钱的企业来说无疑是很有帮助的。
        在优化设计的过程中还经常用到一种算法——遗传算法。遗传算法是一种基于模拟遗传机制及进化论的并行随机搜索优化算法,主要是根据选择的适配值函数,经过遗传中的复制、交叉与变异对个体加以筛选,从而让适配值高的个体成功保留下来,更好的组成新个体,这个过程也成功继承了上一代的信息,并且在此基础上进行了优化,经过周而复始的方式,让群体中的个体适应度有所提升,直到达到一定的标准。就像遗传中的基因选择一样,把基因好的留下来,把基因不好的淘汰掉。遗传算法是智能化技术中的一种,通过这种算法,可以很好的对各种设计进行优化,效果很好,实际的应用也非常广泛。
        4.3诊断故障
        电气工程在工作的过程中难免会因为各种不同的原因而出现一些这样那样问题。在传统的生产过程中,出现故障之后需要技术人员进行故障排查和处理,能不能处理好、多久能处理好往往依赖于技术人员自身的专业水平高低。而智能化技术的应用可以随时监控生产中的各项数据,通过数据的异常变化来进行故障判断,相较于人工更加精准、更加快速。
        例如在电气工程中,变压器是一个非常重要的设备。往往需要专门监测其运行数据,还要配备专门的技术人员定期进行检测,以便发现问题时能够及时做出处理。但是这种做法往往要消耗大量的人力物力财力。智能化技术的引入就可以很好地解决这一问题。智能化技术可以利用变压器中渗漏油的分解气体进行故障分析,依据发热、发光、高频脉冲等相关数据,计算出变压器的脉冲电流,从而对电气超声波信号定位,采用统计分析和小型识别功能,诊断局部放电的性质和具体位置。油中溶解气体组分含量和比值及故障问题,如果只是通过单一的监测方式,只能判断某一故障引发的多种故障,无法及时找寻根源性问题。通过利用变压器中渗漏油分解气体的分析方式,能够快速辨别变压器发生故障的具体范围,然后对这个范围适当缩小,直到找出故障的发生位置,从而采取有效措施对其进行检修。这样做可以及时发现变压器出现故障的苗头,并且具体分析出到底是哪个部分出现了问题,以便快速进行处理。这样就避免了问题发现不及时造成的设备损坏和整个电气工程停止运行。对系统稳定运行的意义很大,最终起到节约成本的作用。
        5.电气工程自动化中智能化技术的应用
        5.1应用在电气工程自动化的故障诊断中
        电气工程自动化的整个系统中会用到很多精密零件,这些零件在日常使用的过程中难免会发生一些故障。智能化技术的应用就可以通过对整个系统进行监测来判断故障。一般情况下,某个部分发生故障时,其产生的数据一定会发生一定的变化。智能化技术就是通过监测这些数据来判断故障发生的类型、位置等等,其准确率很高。通过这种技术就能及早发现一些故障并及时做出处理,避免故障影响其他部件造成更大范围的停摆。例如在变压器中,智能化系统可以通过分析渗漏油分解出的气体来进行故障判断,可以把故障发生位置缩小到一个很小的位置,便于技术人员进行故障处理。这对整个系统的稳定运行具有很重要的意义。
        5.2智能控制在电气工程自动化中的应用
        智能控制技术已经非常成熟,在社会生产生活中已经得到了非常广泛的应用,小到商场的一个自动门,大到炼铁高炉的自动投料系统等等。在电气工程领域,智能控制也有着非常良好的应用,并且发展前景十分良好。智能化技术是智能控制的理论基础,只有引入了相应的智能化技术,才能实现对电气工程的智能控制。通过不同类型的智能化技术,可以实现对数据的自动采集处理、对物料的自动投放、对各种设备的自动控制等等。对生产效率的提高、生产车间无人化、成产成本的降低都具有非常重要的作用。
        5.3优化电气工程设计
        智能化技术可以通过电脑分析所需要的部件的各项参数,然后通过CAD等制图软件绘出相应的图纸,再进行零件制作,制作过程同样是智能化控制。通过这种做法,图纸、零件成品的精准度极高,一般情况下不用修正,可以直接使用。而且制作时间和制作成本大大降低,这对于时间就是金钱的企业来说无疑是很有帮助的。
        在优化设计的过程中会经常用到遗传算法。遗传算法是一种基于模拟遗传机制及进化论的并行随机搜索优化算法,主要是根据选择的适配值函数,经过遗传中的复制、交叉与变异对个体加以筛选,从而让适配值高的个体成功保留下来,更好的组成新个体,这个过程也成功继承了上一代的信息,并且在此基础上进行了优化,经过周而复始的方式,让群体中的个体适应度有所提升,直到达到一定的标准。就像遗传中的基因选择一样,把基因好的留下来,把基因不好的淘汰掉。遗传算法是智能化技术中的一种,通过这种算法,可以很好的对各种设计进行优化,效果很好,实际的应用也非常广泛。
6.智能化技术在电气工程自动化中的应用方向
        智能化技术在电气工程自动化中的应用主要集中在两个方面:性能、功能。在性能方面,使对电气工程系统的工作效率有了非常大的提升。这主要得益于智能化系统可以对设备设施进行智能化的调度、控制,极大的提高了资源的利用效率,减少了设备的闲置时间。在功能方面,智能化技术的引入使得整个系统的功能更加多样化,也更加人性化,人们能够使用菜单和窗口直接进行相关操作,方便快捷。通过电脑显示技术,可以让以往需要人工绘制的图纸直接显示在显示屏上,而且具有多种形式,比如彩色、三维立体等等,既形象直观又方便修改。这些丰富的功能也提高了技术人员的工作效率,节约了时间。
        7.人工智能应用于电气工程自动化的方式
        众所周知,人工智能这一概念现在非常火爆,那么人工智能怎样才能用来促进电气工程的自动化呢?下面将针对这一问题进行详细的阐述。
        当前科学技术的发展很快,可以用日新月异来形容。这些科学技术的发展培育了一大批新兴产业,对我们的生活产生了非常深远的影响。这些新兴产业的兴起和发展无一不是把理论知识与实际操作结合了起来,经过无数次的磨合和实践,才把纸面上的公式、理论转化为了实打实的生产力。人工智能的应用也不例外。要想把人工智能与传统的电气工程结合起来,就只有理论联合实际,不断进行实践,才能把两者有机结合,促进电气工程的自动化。
        在实际的操作过程中,则要加强企业和科研院所的交流与合作。科研院所研究出来的技术要通过企业来进行试验、实操,通过实际操作来对这项技术的可行性进行检验,只有具备了实际生产中的可行性,才能最终转化为生产力。研究人工智能的科研院所可以联系电气工程相关企业,双方合作,开辟专门的生产线,将人工智能与传统电气工程相结合,通过反复的试验、修正,找到能使人工智能与电气工程相结合的最好方式。
8.结论
        本文对智能化技术进行了阐述,对它在自动化控制领域的应用进行了介绍,讲解了智能化技术在自动化控制领域的巨大作用。特别介绍了智能化技术对电气工程自动化控制的巨大作用并且详细具体的分析了其应用方向和实现方式。
        智能化技术现在已经在各行各业得到了十分广泛的应用,取得的良好效果有目共睹。在电气工程领域,由于设备多、精度高,所以也是非常适合使用智能化技术来进行自动化控制的。通过智能化技术的引入、使用,可以把电气工程的整个系统串联起来,实现对它们的自动化控制。并且还可以对每台机器、每个零部件的生产数据进行采集、储存、分析,从而判断可能出现的故障。这些做法对提高电气工程的整体效率、减少故障处理时间、降低人工成本都具有无可比拟的重大意义。
        时代在发展,技术在进步。智能化技术也不是一成不变的,相反每天都在快速的发展。所以引入了智能化技术并不能一劳永逸,还要根据技术的发展、更新,不断地进行设备、软件等方面的更新,以便适应最新的智能化技术要求。只有不断发展创新,跟上时代发展的脚步,电气工程领域才能永葆青春,不断发展,造福人类。
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作者简介:俞琨,男,1991年6月14日出生,本科学历,主要从事水利水电、电气工程等方面研究。
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