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智能化技術作為21世紀初信息革命的一項十分重要的成果，被廣泛地應用在工業(yè)控制、電力系統(tǒng)以及其他工控領域當中。作為一項新的技術，對智能化的定義也沒有達成一致，但對智能化技術的定義多數(shù)是:基于計算機和精密的傳感技術，將工作現(xiàn)場采集到的信號進行智能化的分析，并得出相應的解決方案與對策的一種系統(tǒng)性的技術。本文以電氣控制當中常見的斷路器為例介紹智能化系統(tǒng)的硬件組成。

1智能化控制系統(tǒng)的硬件組成

斷路器是線路保護的重要元件，通常為終端和支路開關。在電路正常工作的狀態(tài)下，接通和切斷電流;當電路發(fā)生故障時，斷路器能夠承受一段時間的故障電流，并在規(guī)定的時間內(nèi)將線路切除，實際上，斷路器取代了傳統(tǒng)的熔斷器與跳閘開關。傳統(tǒng)的短路器是基于物理效應，通過機械系統(tǒng)的動作來實現(xiàn)線路的通斷，所以有體積大、效率低的缺點。但是基于微計算機的智能化技術，不僅可以滿足原始斷路器的基本功能，而且可以實時地顯示出線路上的電壓、電流、功率等一系列參數(shù)。對保護動作的各種參數(shù)也可以進行設定和修改，并存儲到后臺計算機的存儲器中，方便查詢。與傳統(tǒng)的斷路器相比，它有更高的可靠性和更高的性價比，功能更強大，有較好的自適應性，可以滿足現(xiàn)代輸配電網(wǎng)的技術要求。

1.1單片機

單片機由于其緊湊的結構，耐用和抗干擾的特性，以及方便調(diào)試的特點，已經(jīng)成為了工業(yè)控制和電氣運行領域中的核心部件了。所以說，在高精度、高性能和多功能的儀表智能化改造和升級中，首先選擇單片機作為控制器。最新一代的單片機已經(jīng)可以將模數(shù)轉換器、PWM轉換、定時器、計數(shù)器、通信接口等集成在一起，更好地適應了工業(yè)現(xiàn)場的多個技術要求，有利于未來技術升級。

1.2智能控制集成電路

智能化斷路器在工作中會涉及到一些比較復雜的功能，在這種情況下，如果所有的控制信號都由總控制器CPU發(fā)出，那么CPU的工作壓力會明顯增加，所以需要其他的集成電路來完成一些輔助功能和基本功能。這樣，不但會減輕CPU的工作負擔，而且可以增加系統(tǒng)的可靠性，當CPU出現(xiàn)故障時并不會影響智能斷路器的最基本和核心的功能。

1.3智能集成傳感器

斷路器保護性能的好壞與控制信號的精確度有直接的關系，而控制信號的準確與否跟傳感器的性能好壞和精度的高低有直接關系。智能集成傳感器一般有三個基礎功能:①過電壓和欠電壓保護;②三相電流保護功能;③漏電保護功能。智能集成傳感器是將所有的傳感器，比如溫度、電流、電壓以及其他傳感設備集成在一個模塊中，具有小型化、多功能化、集成化的優(yōu)點，在設備的使用和升級方面相對于原來僅僅依靠單一傳感器的設備而言，有較大的優(yōu)勢。

1.4智能電源

向智能系統(tǒng)供電的電源技術主要分為三類:專門電源供電、電流互感器供電、蓄電池供電。三種不同的供電方式分別在不同的情況下使用，相互配合，共同給智能系統(tǒng)供電。其中，專門電源供電和蓄電池供電是常規(guī)的供電方式，與一般的微機供電沒有本質(zhì)的區(qū)別。對于電流互感器供電而言，當電路接通的時候就可以直接工作了。但是，由于電路電流含有較多的諧波污染和干擾，電流互感器的供電對數(shù)字電路的精確度影響較大，并且受到電流大小的影響較大，會出現(xiàn)供電不穩(wěn)的情況，所以電流互感器供電一般是用在另外兩種方式無法正常供電的情況下。

1.5系統(tǒng)集成化技術

對于一個應用在電氣智能化系統(tǒng)而言，大都是以微處理器為核心，囊括了智能傳感器、控制電路部分、供電電源以及相應的動作執(zhí)行機構。微處理器通過傳感器傳輸?shù)默F(xiàn)場信號，經(jīng)過解調(diào)和運算，發(fā)出相應的動作指令，通過控制電路將控制信號作用于機械動作部分。各個模塊和部分相互協(xié)調(diào)和配合，共同達到所要求的技術指標?？傮w來講，應用在電氣控制方面的智能化硬件設備具備如下的特點。1)較好的擴展和升級性能。由于智能化的硬件設備大都實現(xiàn)了設備的模塊化，比如:電源模塊、信號采集模塊和控制模塊，當某一模塊需要更新時，不需要更換其他與該模塊相聯(lián)系的單元和設備，同時也可以根據(jù)現(xiàn)場的應用條件選擇不同檔次、不同精度的設備，有利于節(jié)約成本。2)較強的運算能力。由于智能化設備大部分采用的是數(shù)字信號作為信息傳遞和控制的信號，通過現(xiàn)場總線傳輸?shù)娇刂朴嬎銠C中?；跀?shù)字信號的計算機的運算速度日漸加快，可以快速地輸出較為精確的控制信號。3)強大的通信功能。如今的智能控制系統(tǒng)不但能支持標準的RS－485/422串行通信協(xié)議，還可以進行PROFIBUS和MPI通信，將每一個智能模塊集成在一起，實現(xiàn)各個設備之間快速、準確的通信。

2智能算法在電氣方面的應用

除了硬件系統(tǒng)的智能化以外，軟件和算法的智能化則在電氣控制領域有更廣泛的應用。智能算法的種類很多，比較常見的是:神經(jīng)網(wǎng)絡算法、模糊控制算法和小波變換。這三種算法，各自都有比較廣泛的應用場合。

2.1神經(jīng)網(wǎng)絡算法

神經(jīng)網(wǎng)絡算法是對生物神經(jīng)工作方式的模擬和簡化得出的算法，該算法的主要特征如下。1)信息的分布存儲和對信號的并行處理。由于神經(jīng)網(wǎng)絡算法是由并行的神經(jīng)元連接而成，可以分步存儲和處理信息，神經(jīng)元的連接方式和網(wǎng)絡的復雜程度就決定了算法的運算精度和處理信號的能力。2)自我學習和更新能力。神經(jīng)網(wǎng)絡算法有一定的記憶和存儲能力，在處理最新的信號時可以依據(jù)曾經(jīng)的儲存信息得出輸入信號與輸出信號的內(nèi)在聯(lián)系，同時對最新的信號輸入和輸出關系進行存儲和記憶，具有很強的記憶、推測和自我學習能力。如今，神經(jīng)網(wǎng)絡算法在電氣控制方面的應用主要體現(xiàn)在:電氣故障診斷、傳感器的輸入信號處理、運行狀態(tài)的識別和與其它智能算法的復合型運用上。

2.2模糊控制算法

模糊控制是以集合論、模糊邏輯和數(shù)學為理論基礎的基于計算機技術的閉環(huán)控制策略。該算法的結構模式和一般的自動控制系統(tǒng)結構一樣，都有輸入輸出信號、模糊控制器、執(zhí)行部分、被控對象。模糊控制的特點就是利用工程人員的現(xiàn)場工作經(jīng)驗與操作規(guī)則建立模糊控制策略，實現(xiàn)對執(zhí)行機構的有效控制。r(t)+-模糊化解模糊規(guī)則庫模糊推理執(zhí)行器被控對象y(t)輸出反饋模糊控制器模糊控制算法原理圖模糊控制算法具有如下的特點:可以在不了解控制對象的內(nèi)部結構精確模型的情況下得出控制結果;可以將總結的模糊規(guī)則轉變?yōu)閿?shù)學公式呈現(xiàn)出來，簡化計算機的控制過程;有比較好的魯棒性，對工作現(xiàn)場的適應性較強。

2.3小波變換

作為智能算法的一種，小波變換是基于傅里葉變換和短時傅里葉變換的一種應用算法。小波變換的最大優(yōu)勢就在于能夠對突變信號和非平穩(wěn)信號進行較為精確的分析。在電氣控制方面，由于發(fā)生故障時電流和電壓信號往往在短時間內(nèi)變化較為劇烈，小波變換可以對這種狀態(tài)下的信號有較快和較好的模式識別性能，相對于其他算法可以有效提高故障判定的準確率。

3總結

在電氣控制方面，智能化的硬件系統(tǒng)以及相應的智能算法由于其在準確性、可靠性、以及自適應性上的明顯優(yōu)勢正在逐步取代原有的硬件設備和控制策略。另外，由于生產(chǎn)廠家和電力用戶在經(jīng)濟上和使用習慣上的考慮，基于智能化的電氣控制并沒能完全改變傳統(tǒng)設備和方法的主要地位，但對電氣控制在智能化上面的改造和升級是不可逆轉的趨勢。

作者:廖立新 單位:廈門華煬智能化系統(tǒng)工程有限公司