人工智能在电力二次装备制造的应用

题目人工智能在电力二次装备制造的应用

摘要

近年来，随着人工智能技术在生活中的普及，人工智能技术被人们熟知。国

家发改委将这项技术纳入发展规划与战略，并强调要将人工智能技术应用到各行

'I匕在“电力发展十三五规划”中着重强调，必须将人工智能技术与电力系统相

结合，构建“智能电网”造福人民。电力系统二次装备是国家电力系统稳定运行

的可靠保障，其设计原理和开发理念已达到国际领先的水平。同样，设备的制造

加工水平也日益提高，越来越多的企业通过对生产设备的智能化改造，加强了生

产过程信息化建设，提升加工质量和提升加工效率。本文通过对二次设备生产制

造体系的全面研究，具体研究提出了对生产加工关键环节的智能化改造和应用。

通过提高生产过程调试工作的智能化程度，通过自制工装自编程序和引入自动化

设备，降低了生产过程对人工技能的依赖，将人工操作变为人工监控，由点及面

提高了整个生产环节的自动化。同时基于MIS信息平台、计划排程系统(APS)和

生产过程执行管理系统(MES)等应用，将制造各环节串联起来，形成制造数据

链，规划建立具有平台化、网络化、信息化、柔性化的智能制造体系。

关键词人工智能电力系统二次装备智能制造

浙目录

目录

摘要.....................................................I

引言.....................................................1

一、人工智能技术简介.....................................2

二、智能制造的核心信息设备................

（一）智能通讯设备......................

（二）智能控制系统......................................4

（三）物联网技术........................................5

三、电力系统二次装备智能智造.............................6

（一）基础与特点........................................6

（二）智造体系的规划....................................6

（三）智造体系的架构....................................7

（四）数字仿真与大数据应用..............................7

四、二次装备智能调试系统的设计与搭建.....................8

（一）应用背景..........................................8

（二）系统概述..........................................9

（三）系统开发与调试...................................10

结束语..................................................11

参考文献................................................12

致谢....................................................13

引言

引言

电力系统二次装备涉及产品是服务于电网的智能化自动控制系统，是非常工

业化、非常特殊的一类产品。基于精益生产活动，对流程和工艺设备智能化造；

基于产业优化和数据化分析需求，提出的信息技术和自动控制技术的融合计划；

以SAP为数据基础、以M1S系统为信息综合管理平台、以MES系统为核心，从产

品设计到销售，从设备控制到企业资源管理的信息实时采集、传递、处理和集

成，实现了资源的有效管理，生产过程的动态监控及预警，质量管理，统计分析

与产品追溯。本文以智能化生产的实际探索与应用作为主要研究对象，希望通过

研究将人工智能更广泛的应用的更多的工序、更多的场景实现智能工厂建设，实

现智能化生产、智能化控制、智能化服务的完整链条。

浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）一、人工智能技术简介

一、人工智能技术简介

2017年政府工作报告中将人工智能列入国家战略，全面实施战略性新兴产

业发展规划，加快人工智能等技术的研发和转化，做大做强产业集群。把发展智

能制造作为主攻方向，推进国家智能制造示范区、制造业创新中心建设。

人工智能（ArtificialIntelligence）,英文缩写为AI。它是研究、开发

用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术

科学。它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出

反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处

理和专家系统等。

人工智能是对人的意识、思维的信息过程的模拟。人工智能不是人的智能，

但能像人那样思考、也可能超过人的智能。

弱人工智能，包含基础的、特定场景下角色型的任务，如Siri等聊天机器

人和AlphaGo等下棋机器人；通用人工智能，包含人类水平的任务，涉及机器的

持续学习；强人工智能，指比人类更聪明的机器；

人工智能相关技术刚刚越过曲线高峰（处于狂热期），是推动透明化身

临其境体验技术发展的主要动力。涉及透明化身临其境体验的人本技术（如智能

工作空间、互联家庭、增强现实、虚拟现实、脑机接口）是拉动另外两大趋势的

前沿技术；数字平台在曲线上处于快速上升期，其中的量子计算和区块链将在今

后5—10年带来变革性的影响

・人工智能•交通工具（即无人机、无人曳驶等）

•机器人来悄k•VR（虚拟现实）

互联网时代

临悄

终正工业40

工业3.0开始应用信息物理

结在应用电子信息技术.

工业2.0漱G系统（CPS）

进一步提高生产自

将人类带入分工明

动化水平

确、大批■生产的

流水线模式和“电

气时代”

工业1.0

创造r机器工厂的

“蒸汽时代”

信息物联系统

蒸汽机自动化、信息化

电力广泛应用

时间

18世纪未2旭纪初1970年弋初今天

图一

2

浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）二、智能制造的核心信息设备

二、智能制造的核心信息设备

智能制造来源于人工智能的研究，将其应用于制造业则构成人机一体叱的

智能系统。利用人和智能机器合作理念，可以有效提高生产效率，并且规范生产

流程。由于智能机器也具备一定的分析、推理、设计能力，因此不论是在批量产

还是在精细加工方面都可以如鱼得水，顺应自如。

（一）智能通讯设备

随着数字时代的来临，手机、电脑已成为现代人的常用生活设备，人们通过

网络就可以学习、购物、沟通、办公等。而这些强大的网络功能，庞大的数据信

息，都需要智能通讯设备支撑，才能带动其正常运转。IPV6与传统IPV4协议相

比，首先可以容纳更多的IP地址，扩存了数据空间；其次更新了分配原则，一

条记录就可以表示一片子网，提快了传输速率；第三增加了对流支持，加强了其

支撑设备的兼容性，为多媒体技术提供了更多的展示空间；第四提高了安全性能,

增加了数据保护强度。因此支持IPV6的高速工业交换机、无线路由器、协议转

换瑞等在各工厂都发挥了积极作用，使工业网络环境更安全、更高速。

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Freedom

图二无线路由器天线参数

（二）智能控制系统

智能控制系统在现代化工业制造、项目检测方面起到了重要作用。通过建设

3

浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）二、智能制造的核心信息设备

局域网络系统或是直接安装相应软件，可以加强各操作部门间沟通，通过数据共

享，动态监测整个生产过程。按照应用工艺不同只能控制系统又被分为：可编程

控制系统和工控机控制系统两类。

可编程控制系统，在操作时可以通过输入相应参数，选用不同工艺标准，而

进行生产加工。其智能处在于，机器可以自己实现计算、分析、筹划、检验等程

序，因此提高了工件的精度与准度。而且其操作方便，抗干扰力强，因此常被用

于机械加工制造业。而工控机控制系统，则是将工业控制计算机与传统工业生产

运用结合而生。其操作总体呈线性操作结构，多用于监测环节，通过主控台数据

显示，工作人员可以实时了解工艺设备、装备的工作状态，提高生产的稳定性。

另外还有结合能源管理有效进行节能的EMS电能管理系用。该系统通常由人机

交互.界面，信息处理器，报警异常存储，后台数据库，多级权限管理构成。通过

遥测遥感技术采集数据，在系统内建立智能化模型，并按照数据核算，进行告警

反馈，从而合理调配负荷，起到节能作用。

（三）物联网技术设备

物联网另一个影响未来科技走向的就是5G技术，通过边缘计算架起物理世

界与网络世界的高速桥梁，将传统的数据中心将向边缘侧延伸，将加速ICT融

合落地。通过搭建全新的网络拓扑构架，缩短实时周期数据分析时间，从而更好

地支撑本地业务的实时智能化处理与执行，满足了自动化建设中的低延时数据

处理要求，在我国通信、工业生产方面都有巨大的应用前景。

10GbpsV2X：超低时延：E2E时延v5ms,网络时延＜2ms

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酱大连抿慈有可更超低时建loT：回耗<200kbps；时延<10s

1M/km21ms

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图三5G应用场景边缘计算

（四）人工智能技术

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浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）二、智能制造的核心信息设备

人工智能为计算机学科的分支，通过人工智能技术可以实现多指标自趋优

的生产特点。在日常生产中，人工智能被运用已愈来愈趋于多元化，据预计到

2020年人工智能市场的复合年增长率将达到44.5%o人工智能可分为自然涪言

处理、语音识别、交叉领域、计算机系统等多个领域，其应用也较为广泛。

在生产中，人工智能可以多维度、深层次采集工业数据，并通过异构数据的

协议转换与边缘处理，搭建工业网络数据库。汇集生产中的智能要素，优化资源

配置，并能有效协助设计员突破智能生产瓶颈，提高生产质量。在安防方面，其

计算机视觉可通过人类表情、语音等来进行身份识别，并且在事前预判和事后追

踪都能提供有效帮助。

授索

广告

推测

机器人

无人机

自动驾驶

知识发现

虚拟生成

3D打印

决策/行动/

创造

图西人工智能的信息处理

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浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）三、电力系统二次装备智能制造

三、电力系统二次装备智能制造

（-）基础与特点

制造的产品是服务于电网的智能化自动控制系统。基于精益生产活动对流

程和工艺设备智能化改造，把每件事做到极致就是创新。基于产业优化和数据化

分析需求，提出的信息技术和自动控制技术的融合计戈IJ。基于电力二次设备厂家

在电力系统保护控制、工业过程控制等方面自身研发的技术优势，利用自主知识

产权平台，搭建智造体系。

（二）体系规划

现代制造企业智能柔性生产运营决策系统通过平台数据共享，实现资源合

理配置，高效组织生产过程。充分发挥了互联网和大数据的优势，结合智能制造、

柔性制造的理念，实现了装备制造企业向绿色服务型制造企业的转变，提高了设

备、产品的运营效率，具有互联网+智能制造的典型示范作用

基于市场分析的计划策略412APS计划自动生成

口排产精益系统价值流导引生产执行

动作平衡优化工艺流能生产调试设备网络互连

基于标准工时的绩效考核

图五智能制造体系搭建

（三）系统架构

电力二次装备智能工厂多以企业资源管理系统SAP为数据基础、以MIS系

统为信息综合管理平台、以MES系统为核心，从产品设计到销售，从供应商到客

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浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）三、电力系统二次装备智能制造

户，从设备控制到企业资源管理的信息实时采集、传递、处理和集成，实现了资

源的有效管理，生产过程的动态监控及预警，质量管理.，统计分析与产品追溯。

企业资源管理系统信息综合管理平台

SAPMIS

智能排产人力资源

生产过程执行管理系统管理

订单管理

MES

物流管理hi

X

质量信息管理系统产品数据信息设备网络互连工厂智能监控仓储管理系统

QIS管理管理系统WMS

图六智能制造系统架构

（四）数字仿真与大数据应用

通过数字仿真技术和大数据采集应用能够较好的模拟人工智能引入后的工

作场景、效率改善的指标。随着新能源和电力电子设备在电力系统中大量使用，

电网公司于2019年分别提出建设泛在电力物联网和数字化电网的建设规划,人

工智能利用数据求规则的方法也被提出研究，将机器学习、大数据算法和物理数

学模型结合应用，例如基于CPS的用能管理、电能质量管理、设备缺陷管理等。

装置入库总量:0

插件库存量：0设备运行状态

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依网印单机

图七模拟工厂

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浙江大学远程教育学院本科毕业论文(设计)四、二次装备智能调试系统的设计与搭建

四、二次装备智能调试系统的设计与搭建

(-)应用背景

以电力系统二次装备的基本组件-板卡级器件的智能化调试为背景，实现板

卡的自动识别、自动调试及分拣为应用目标，调试报告实现自动上传到云端存储。

采用外购机器人本体、视觉系统及自主机器人控制器、监控软件和调试柜等设备

开发整合而成。其系统架构图如图八所示。

机器人监控软件

轨

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道

八

示

空

信

灯

阀

号

图八机器人产线应用系统架构图

(-)系统概述

伺服子系统

伺服控制机柜，通过网U连接自主控制器，完成对机器人本体的运动控制,

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浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）四、二次装备智能调试系统的设计与搭建

同时实现对机器人的状态监视和诊断。

视觉子系统

采用康耐视工业相机，实现对于来料板卡的型号识别及位置识别，以要通

知调试仪调用不同的单板测试程序，并和自主控制器通讯，实现对来料板卡的准

确抓取。

10子系统

通过外购10板卡，支持总计32通道DI点和8通道D0点，实现和调试柜、

轨道信号、真空阀等设备的10接入。和自主控制器采用Modbus通讯协议，实现

10数据的传输。

调试系统

设计开发的自动化测试平台，实现对多类校卡的自动化测试及结果输出。

其和自主机器人控制器之间，测试结果信号通过硬接点连接，而二维码信息则通

过自定义通讯协议获取。

（三）系统开发与调试

系统开发与调试的关键是机器人控制和监控功能的开发、视觉系统开发。

运行在上位机平台的监控软件，实现对机器人控制器的算法组态、实时监控、运

行控制、手动示教等功能。

机器人控制器开发

完成机器人控制器代码的开发，以及和松下伺服的通讯模块开发，共计代码

37440行。

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图九机器人控制器代码统计

9

浙江大学远程教育学院本科毕业论文(设计)四、二次装备智能调试系统的设计与搭建

机器人监控软件开发

完成机器人监控软件的开发和调试，共计代码45660行。

狼计的文件和文件夹

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图十机器人监控软件代码统计

视觉系统调校

视觉系统主要完成对来料板卡的型号识别及位置补偿计算，为了和机器人

本体协同动作，需要设置其相对于机器人的零点位置，即为视觉零点。

因此该部分工作包含两个内容：

(1)视觉零点的调校；

(2)二维码特征、位置特征采样及调