陳有源

摘 要：新時代以來，人工智能已經(jīng)在多種行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用和滲透，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)也不例外。本文從分析工業(yè)自動化系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，探討了人工智能應(yīng)用于工業(yè)自動化控制的優(yōu)勢，結(jié)合人工智能目前在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了人工智能控制系統(tǒng)的設(shè)計理念和應(yīng)用方向。

關(guān)鍵詞：人工智能；工業(yè)自動化；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）15-0047-02

0 引言

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)設(shè)計是一項對穩(wěn)定性、精確性和安全性都要求很高的工作，只有具備高靈敏度和精確細(xì)致的控制系統(tǒng)，才能保證工業(yè)流程的質(zhì)量和安全。人工智能集多種學(xué)科的精華于一體，是對傳統(tǒng)計算機功能的深度延伸，是將機器語言、數(shù)理邏輯、語義分析等多種知識融合的創(chuàng)造性技術(shù)，能對人類思維和行為進行模擬分析和吸收，并能通過深度運算自動作出具體的對應(yīng)行動。這項新興科技所具備的自主學(xué)習(xí)、強化學(xué)習(xí)、控制系統(tǒng)擴展等優(yōu)點，都能在一定程度上精準(zhǔn)滿足工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的要求，彌補和完善了以往系統(tǒng)中可能存在的缺漏，能夠?qū)崿F(xiàn)科學(xué)、理想化的工業(yè)自動化控制。

1 工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用意義

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)目前主要在電力系統(tǒng)、采礦通風(fēng)系統(tǒng)、智能化建筑等中發(fā)揮著最大的優(yōu)勢[1]。在電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)中，工業(yè)自動化控制技術(shù)能實現(xiàn)對電力系統(tǒng)調(diào)度中心、發(fā)電廠電力調(diào)以及變電站設(shè)備等的分散監(jiān)測和自動化控制；在采礦通風(fēng)系統(tǒng)中，自動化控制系統(tǒng)能夠?qū)θ紵?、爆炸等安全事件進行有效自動化預(yù)警，并能利用技術(shù)對難以人工深入的礦場空氣質(zhì)量進行檢測；而在智能化建筑的應(yīng)用過程中，自動化控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑中復(fù)雜具體的施工布局得以合理規(guī)劃，并能對建筑中的環(huán)境進行全方位感應(yīng)，自動發(fā)出報警信號，保障人們的生命財產(chǎn)安全。

1.2 工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展

目前所使用的控制技術(shù)中，主要利用的是PLC、工業(yè) PC和DCS三種[2]。其中，PLC是一種自動化的可編程控制產(chǎn)品，能通過數(shù)字運算操作可編程邏輯控制器，能夠執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計算操作等指令，還能對各種類型的機械或者生產(chǎn)過程進行有效控制；而工業(yè)PC主要包含了IPC以及Compact PCI工控機兩種形式，能夠利用多種不同的PC機兼做服務(wù)器以及客戶機，實現(xiàn)管理和控制功能都具備的綜合系統(tǒng)，尤其有助于企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)流程信息溝通交換；而集散控制系統(tǒng)DCS是一種新型的集中式控制系統(tǒng)，隨著中國對該系統(tǒng)的研發(fā)，我國已經(jīng)有不少企業(yè)在使用該系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的效率改善。

1.3 工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的現(xiàn)存問題

目前的自動化控制系統(tǒng)功能相對簡單，且主要基于工作人員的工作經(jīng)驗來完成設(shè)計，系統(tǒng)所能分析的數(shù)據(jù)有限，且缺乏數(shù)據(jù)的反饋機制，整體性能不佳，在系統(tǒng)異常時無法實現(xiàn)自動化的分析判斷，也仍然離不開工作人員的人工控制。

2 在工業(yè)自動化控制中利用人工智能的優(yōu)勢

2.1 有效提高控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)性

由于人工智能技術(shù)都是在計算機程序的自動命令和操作中進行，所以計算機能夠自動在操作過程中留下數(shù)據(jù)備份，并且在下一次命令時，自動跟蹤和監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，結(jié)合以往留下的數(shù)據(jù)痕跡，計算機程序會自動進行智能判斷和控制，從而較大程度上改善工業(yè)自動化控制中的嚴(yán)重失誤。一般而言，在保證硬件設(shè)備的時刻檢查和沒有出現(xiàn)偏差的情況下，人工智能技術(shù)能夠保證工業(yè)自動化控制系統(tǒng)實際工作狀態(tài)的精確性和穩(wěn)定性，保障工業(yè)運行過程的質(zhì)量和效率。

2.2 減少控制系統(tǒng)所需的人力資源

人工智能技術(shù)的應(yīng)用能夠在現(xiàn)有技術(shù)條件下，極大程度的減少工業(yè)自動化控制所需的人力成本，與傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)相比，基本上只需要幾位關(guān)鍵的技術(shù)人員進行主要的操控和日常的排查即可。此外，在解放人力的同時，還能利用人工智能實現(xiàn)對大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動加工和計算，使人類智慧在決策、統(tǒng)籌等更高層次中發(fā)揮價值，而不是在繁瑣、大量的數(shù)據(jù)分析中耗費。

2.3 盡力避免控制系統(tǒng)的失控和失誤

以往的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)依舊脫離不開人為的把控和操作，難免會因為個人判斷偏差及操作過程失誤等問題而影響工業(yè)運行流程的正常進展，甚至?xí)聿豢杀苊獾膿p失和意外事件。如果在自動化控制系統(tǒng)中利用人工智能技術(shù)，就可以利用計算機強大的數(shù)據(jù)分析能力和精確計算能力來控制一些可避免的因素，以及減少一些不必要的流程，實現(xiàn)安全高效便捷的工業(yè)自動化控制。

2.4 提升控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性

人工智能的利用，使得工業(yè)流程只需嚴(yán)格按照錄入的程序就可以自動運行，且加以計算機的高精度計算控制，減少了大量的外界因素干擾，使得整個運行過程平穩(wěn)流暢，提高了工業(yè)自動化流程的控制質(zhì)量和水平。此外，人工智能工業(yè)自動化控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的大量采集、處理，實現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)的儲存，保障了系統(tǒng)的整體性能，可以長久的為后續(xù)的工作提供參考。

3 人工智能自動化控制系統(tǒng)設(shè)計原則

3.1 自主學(xué)習(xí)原則

人工智能機器人——谷歌的阿爾法圍棋（AlphaGo），成功打敗人類職業(yè)圍棋選手和圍棋世界冠軍就是人工智能強大自我學(xué)習(xí)能力的最好體現(xiàn)。利用人工智能技術(shù)的自主學(xué)習(xí)能力來實現(xiàn)真正意義上的自動化處理，首先要對設(shè)定的具體項目建立內(nèi)容龐大的專項數(shù)據(jù)庫，然后讓計算機自動記錄工程運行中所產(chǎn)生的參數(shù)和內(nèi)容，然后再靠強大的人工智能計算能力對龐大數(shù)據(jù)進行分析加工，建立多個數(shù)學(xué)模型，自動調(diào)整系統(tǒng)運行狀態(tài)來滿足設(shè)定好的程序要求。數(shù)據(jù)庫的建立是保障人工智能自動學(xué)習(xí)的關(guān)鍵前提，所以還可以在系統(tǒng)中接入互聯(lián)網(wǎng)，借助大數(shù)據(jù)獲取海量數(shù)據(jù)資源，通過擴大數(shù)據(jù)源實現(xiàn)更高精確度的分析，服務(wù)于自動控制運行狀態(tài)，并實現(xiàn)自動關(guān)鍵決策等。

3.2 模糊控制原則

模糊控制已經(jīng)普遍應(yīng)用于很多行業(yè)，其能夠?qū)崿F(xiàn)與多種信號發(fā)生系統(tǒng)銜接，大力降低對系統(tǒng)的控制難度。所以在設(shè)計工業(yè)自動化控制系統(tǒng)時，就可以將系統(tǒng)的控制構(gòu)件配置為模糊控制器，在運行中靈敏獲取系統(tǒng)中的信號，并經(jīng)過處理后將信號傳遞到被控制的設(shè)備中去[3]。此外，在實際系統(tǒng)運行中，人工智能自動化控制系統(tǒng)往往都需要同時對多個子系統(tǒng)進行控制，設(shè)計和搭建難度較高，而模糊控制理念的應(yīng)用就能一定程度上降低難度，并能夠完善對設(shè)備的精準(zhǔn)控制，滿足自動化系統(tǒng)自動命令操作設(shè)備的要求。

3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制原則

對于較為復(fù)雜和體系龐大的工業(yè)運行，就需要采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的理念，才能實現(xiàn)對不同層面和級別的控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的快速收集和分析，從而提升對控制設(shè)備的管理速度。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建能夠使控制系統(tǒng)建立不同大量的數(shù)據(jù)模型，提高系統(tǒng)整體的運行效率。目前而言，這種方式其穩(wěn)定性和完整性還需要進一步優(yōu)化，但是隨著技術(shù)研究的進一步發(fā)展，其利用能夠?qū)ψ詣踊刂葡到y(tǒng)帶來巨大的改善和提升。

4 人工智能技術(shù)在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效采集與處理

數(shù)據(jù)的采集和處理是掌握工業(yè)自動化控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的必備基礎(chǔ)條件，也是發(fā)現(xiàn)運行過程出現(xiàn)異常和提出解決措施的重要依據(jù)。人工智能技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)運行數(shù)據(jù)采集的完整性和高效率，還能確保捕捉到容易遺漏的動態(tài)數(shù)據(jù)信息，且能保證數(shù)據(jù)安全，不會出現(xiàn)自動丟失的情況，從而進一步保障了工業(yè)運行過程的安全性和高質(zhì)量。

4.2 實現(xiàn)系統(tǒng)運行的監(jiān)視及報警

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)是在計算機程序的控制下，嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)設(shè)的設(shè)計模型和計算邏輯來操作控制的設(shè)備，從而實現(xiàn)工業(yè)流程的自動化管理。但是如果程序或運算出現(xiàn)了異常和故障，就會造成整個自動化控制系統(tǒng)的混亂和失靈。面對這一難題，利用人工智能技術(shù)就可以實時對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)進行監(jiān)測，并能夠通過自主學(xué)習(xí)進行分析判斷，對特殊的嚴(yán)重情況會予以及時的報警，對生產(chǎn)安全和故障排除發(fā)揮了關(guān)鍵的排查作用，更方便管理人員的及時檢查和管理。

4.3 實現(xiàn)自動操作控制功能

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計初衷就是要滿足實際運行過程中的高效、簡潔和方便，基本上能通過計算機的一鍵操作就可以實現(xiàn)對整個工業(yè)系統(tǒng)的整體控制和細(xì)節(jié)掌握，有力保障自動化運行符合現(xiàn)實需要。人工智能技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)機器學(xué)習(xí)和智能計算，在綜合龐大數(shù)據(jù)和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進行分析，在極大滿足自動化設(shè)計的需求上，實現(xiàn)自動操作的自動化，提高管理效率，也減少了以往單獨指令操作中的系統(tǒng)沖突問題，降低系統(tǒng)發(fā)生故障的頻率。

4.4 實現(xiàn)專家控制系統(tǒng)

專家控制系統(tǒng)是一種實時控制系統(tǒng)，主要是利用人工智能技術(shù)將專家學(xué)者的專業(yè)知識、專業(yè)經(jīng)驗等內(nèi)容融入到自動化控制系統(tǒng)中去，從而實現(xiàn)更好的控制效果。具體應(yīng)用上，需要工作人員在控制系統(tǒng)的運行中輸入相關(guān)參數(shù)，利用計算公式完成對相關(guān)工業(yè)設(shè)備的控制。在這樣的控制系統(tǒng)設(shè)計中，專業(yè)人員的專業(yè)知識應(yīng)用是最為關(guān)鍵的部分，需要控制系統(tǒng)的設(shè)計人員詳細(xì)分析系統(tǒng)的控制效果并編寫相應(yīng)的代碼，來把握這控制結(jié)果的正確性和科學(xué)性，實現(xiàn)在充分發(fā)揮專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，構(gòu)成以計算機控制為中心，以數(shù)據(jù)庫內(nèi)容、控制模型等為工具的自動化控制系統(tǒng)。

4.5 實現(xiàn)模糊控制系統(tǒng)

在實際應(yīng)用中，需要將自動化控制系統(tǒng)的信號輸入端和輸出端中間設(shè)置模糊控制器，讓模糊控制器自動采集系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的參數(shù)，并將收集到的數(shù)據(jù)以模糊信號的方式傳遞到被控制設(shè)備中，實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的控制。模糊控制器使該項設(shè)置中最為重要的部件，此外在該系統(tǒng)中還需要設(shè)置檢測裝置，通過將模擬數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化從而發(fā)揮傳感器的作用，能夠?qū)崟r監(jiān)控模糊控制系統(tǒng)對被控對象的控制效果，讓工作人員保持對設(shè)備運行狀態(tài)的知情和掌控。

4.6 實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)分析速度快、控制精度更高、控制信號可以多點輸入和多點輸出等特點。因為工業(yè)自動化控制系統(tǒng)需要管理大量成體系的控制對象，這就顯得使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)尤其重要。在設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)時，需要應(yīng)用大量的控制器件，并將控制組織設(shè)計為多層次的體系架構(gòu)，在并行連接的基礎(chǔ)上構(gòu)建專用的控制網(wǎng)絡(luò)，最大限度的發(fā)揮人工智能技術(shù)的運算處理優(yōu)勢。為確保神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的結(jié)果把控性，需要設(shè)置大量靈敏的傳感器，通過傳感器反饋的數(shù)據(jù)實現(xiàn)更好的數(shù)據(jù)分析。

5 結(jié)語

我國工業(yè)自動化控制技術(shù)的使用，給我國工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)提供了非常重要的技術(shù)保證，有助于我國經(jīng)濟發(fā)展水平的提高。應(yīng)用自動化技術(shù)可以有效提高企業(yè)工作效率，降低企業(yè)成本，推動企業(yè)進行項目開發(fā)、技術(shù)研發(fā)，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。將人工智能技術(shù)融入到工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，能極大改善現(xiàn)有自動化控制的缺陷，彌補人工操作的不足，是我國工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必經(jīng)之路。

參考文獻

[1] 王鵬飛，高博，孫紹曾.人工智能在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].中外企業(yè)家，2019（09）：113.

[2] 謝欣岳.人工智能在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（02）：253.

[3] 黃敏楷.工業(yè)自動化控制的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（16）：51.