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淺析人工智能在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用
前言
隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)力水平的要求也越來(lái)越高，為了適應(yīng)社會(huì)進(jìn)步與發(fā)展的需要，就要將先進(jìn)的技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。人工智能也常被稱為機(jī)器智能，是融合自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)的一門邊緣學(xué)科，是比較先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)分支學(xué)科。
一、人工智能技術(shù)的定義
人工智能技術(shù)指的是一門研發(fā)模擬人類的智能的理論與技術(shù)，并將其系統(tǒng)的進(jìn)行應(yīng)用的十分前沿的技術(shù)科學(xué)，屬于計(jì)算機(jī)學(xué)科中的分支，建立在掌握人工智能本質(zhì)方向的基礎(chǔ)之上，制造出能做出同人類大腦類似反應(yīng)的高智能機(jī)器。包含聲音和語(yǔ)言識(shí)別、機(jī)器人系統(tǒng)、專家系統(tǒng)以及圖像識(shí)別等多個(gè)方面。“人工智能”這個(gè)概念最早于1956年提出，隨后人工智能便得到了迅速的發(fā)展，逐步演變?yōu)橐杂?jì)算機(jī)基礎(chǔ)，涉及自動(dòng)化控制、信息處理、仿生學(xué)、心理學(xué)、語(yǔ)言學(xué)以及哲學(xué)等諸多領(lǐng)域的復(fù)合型學(xué)科。人工智能最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器設(shè)備具備智能化的能力。讓機(jī)器能夠勝任更為復(fù)雜性的工作。人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的主要應(yīng)用在于其能夠加強(qiáng)整體的勞動(dòng)分配環(huán)節(jié)，通過(guò)機(jī)器智能化的完成任務(wù)，大大降低了人為勞動(dòng)的工作量，也提升了工作效率。國(guó)內(nèi)的許多行業(yè)仍然是依靠廉價(jià)的勞動(dòng)力成本來(lái)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益，但這種發(fā)展模式遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平。
二、電氣自動(dòng)化控制中人工智能技術(shù)的現(xiàn)狀
(1) 完善電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，其既需要運(yùn)用電路及電磁場(chǎng)知識(shí)，還要運(yùn)用一些設(shè)計(jì)里的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)。以前的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是利用簡(jiǎn)單的方法，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)采取手工方式進(jìn)行，因此不容易選出最優(yōu)的方案。然而，隨著計(jì)算機(jī)本文由畢業(yè)論文網(wǎng)http://www.lw54.com收集整理技術(shù)的進(jìn)步，電氣產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方式也發(fā)生了改變，逐漸由手工設(shè)計(jì)朝借助計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，這極大地縮短了電氣產(chǎn)品的研發(fā)周期。將人工智能技術(shù)應(yīng)用于電氣自動(dòng)化控制中，使得以前的CAD技術(shù)得到了極大發(fā)展，不僅大大提升了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率，也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。
(2) 智能控制功能變成現(xiàn)實(shí)。1)數(shù)據(jù)采集與處理。能夠?qū)λ械拈_關(guān)量和模擬量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，還能根據(jù)需要進(jìn)行處理或儲(chǔ)存。2)運(yùn)行監(jiān)視和事件報(bào)警。可對(duì)各主要設(shè)備的模擬量數(shù)值、開關(guān)量狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)智能監(jiān)視，有事故報(bào)警越限和狀態(tài)變化事件報(bào)警，事件順序記錄，事故處理提示和自動(dòng)處理，聲光、語(yǔ)音、電話、圖像報(bào)警等功能。3)操作控制。通過(guò)鍵盤或鼠標(biāo)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器及電動(dòng)隔離開關(guān)的控制、勵(lì)磁電流的調(diào)整。運(yùn)行人員可按順控程序進(jìn)行同期并網(wǎng)帶負(fù)荷或停機(jī)操作。另外，系統(tǒng)還對(duì)運(yùn)行人員的操作權(quán)限加以限制，以適應(yīng)各級(jí)運(yùn)行值班管理需要。4)故障錄波。主要包括模擬量故障錄波、波形捕捉、開關(guān)量的變位以及順序記錄等。
三、人工智能技術(shù)的主要特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
人工智能技術(shù)中最鮮明的特點(diǎn)在于它能夠?qū)崿F(xiàn)在一定程度上替代或部分替代人類復(fù)雜腦力勞動(dòng),實(shí)時(shí)有效開展信息收集與傳輸,并按照自主的完成分析和數(shù)據(jù)處理工作。人工智能技術(shù)的計(jì)算精確度非常高,因此它在電氣自動(dòng)化控制行業(yè)有著十分廣泛的應(yīng)用前景,不僅能夠強(qiáng)化生產(chǎn)、運(yùn)輸、分配等過(guò)程的管理水平,還能夠基本實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化,從而也就大大降低企業(yè)在人力資源方面的開支,并顯著的提升了企業(yè)的運(yùn)作效率。人工智能技術(shù)合理的同電氣自動(dòng)化控制結(jié)合起來(lái),將大大的提升電氣控制系統(tǒng)的使用效率,提高企業(yè)的生產(chǎn)能力,增強(qiáng)了生產(chǎn)技術(shù)含量，便于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化和升級(jí)。
人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中可能采用不同的算法。但AI控制器采用的均為同種非線性函數(shù)近似器。這類AI函數(shù)近似器與傳統(tǒng)的自動(dòng)控制函數(shù)估計(jì)器相比具有極大的優(yōu)勢(shì)。首先,AI函數(shù)近似器設(shè)計(jì)不需要明確其控制對(duì)象的模型,通常實(shí)際控制對(duì)象的參數(shù)模型較為復(fù)雜,不容易得到,而且在使用過(guò)程中也存在一些不確實(shí)性因素,因而可能會(huì)對(duì)自動(dòng)化控制造成影響。其次,AI函數(shù)近似器與古典控制器相比使用更加簡(jiǎn)便,即使不具備深厚的專家知識(shí),也能夠利用響應(yīng)數(shù)據(jù)方便的進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。再次,AI函數(shù)近似器的適應(yīng)性很強(qiáng),能夠很好的適應(yīng)新信息和新任務(wù),應(yīng)對(duì)常規(guī)方法無(wú)法解決的問(wèn)題。最后,AI函數(shù)近似器擴(kuò)展和修改十分便利。使用投入資金不高,尤其在采用最小配置時(shí)。
四、工作原理
系統(tǒng)主要由AI-808人工智能調(diào)節(jié)器%變頻器、水泵和閥門等組成，由于水泵的功率較大，也會(huì)使成本有一定的降低，僅僅需要三臺(tái)水泵中的其中兩臺(tái)就可以開始變頻調(diào)速了，這樣一來(lái)，如果其中的一臺(tái)發(fā)生了故障，便可以及時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
壓力傳感器對(duì)水總管的壓力進(jìn)行了檢測(cè)，通過(guò)變送器送到了AI-808 儀表中，通過(guò)與設(shè)定值的比較，便可以得到壓力誤差和誤差的變化率，經(jīng)過(guò)PID 、AI-808 的結(jié)合，把算法運(yùn)算控制住，進(jìn)行輸出控制信號(hào)(4～20mA)的輸送，送達(dá)變頻器的控制端。
五、變頻器
運(yùn)用艾默生 TD2000-4T2000P 型變頻器，這也可以應(yīng)用在水泵型的負(fù)載中，此外，可以采用手動(dòng)電位對(duì)輸出電流進(jìn)行調(diào)節(jié)或者用AI-808 調(diào)節(jié)器開展，從而使頻率得到控制，這兩種模式可以采用操作臺(tái)的手動(dòng)或者自動(dòng)開關(guān)來(lái)切換。
六、控制臺(tái)
系統(tǒng)控制臺(tái)的設(shè)計(jì)必須考慮到手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作方式，設(shè)計(jì)完成后，這兩種操作方式必須都能運(yùn)行。在手動(dòng)操作模式下，系統(tǒng)能夠開啟或者停止各個(gè)水泵和閥門，還能夠通過(guò)多圈電位進(jìn)行變頻器頻率的調(diào)節(jié)工作;在自動(dòng)操作狀態(tài)下，系統(tǒng)可以通過(guò)開關(guān)的選用進(jìn)行水泵的確定，這樣在維修水泵的時(shí)候，可以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，不對(duì)其造成影響。
七、參數(shù)設(shè)置及優(yōu)點(diǎn)
AI-808調(diào)節(jié)器所提供的用戶設(shè)置方式非常多，參數(shù)設(shè)置決定著系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。電機(jī)功率是180KW，運(yùn)用單臺(tái)變頻切換可以在很大程度上使系統(tǒng)造價(jià)降低。變頻調(diào)速系統(tǒng)可以使軟啟動(dòng)水泵電機(jī)得到保障，以使得良好的節(jié)能效果實(shí)現(xiàn)。
人工智能對(duì)日常操作的影響。電力系統(tǒng)不僅影響著電力系統(tǒng)建設(shè)的自動(dòng)化水平，對(duì)日常的管理工作的影響也十分重大。人工智能技術(shù)應(yīng)用于日常操作中，可以幫助實(shí)現(xiàn)以家用電腦操作進(jìn)行系統(tǒng)操作，簡(jiǎn)化電流調(diào)整、設(shè)備操作界面，并且可自動(dòng)進(jìn)行日志生成和儲(chǔ)存、報(bào)表自動(dòng)生成等功能。電氣系統(tǒng)日常操作中引進(jìn)人工智能技術(shù)，不僅能夠簡(jiǎn)化各種操作、規(guī)范各種文件樣式和規(guī)格，并且能夠?qū)崿F(xiàn)操作的簡(jiǎn)便性和可視性。人工智能化技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，大大提高了工作效率和工作準(zhǔn)確率。它已經(jīng)成為我國(guó)未來(lái)電氣自動(dòng)化的主要發(fā)展方向，是我國(guó)電氣產(chǎn)業(yè)的一大改革和進(jìn)步。
現(xiàn)有許多種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和訓(xùn)練算法在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有靈活的學(xué)習(xí)方式和完全分布式的存儲(chǔ)方式，在大規(guī)模信息處理中得到廣泛應(yīng)用;并且其識(shí)別能力和復(fù)雜狀態(tài)分類能力都很強(qiáng)大。在電力系統(tǒng)的短期??荷預(yù)測(cè)中，Z2神經(jīng)網(wǎng)路能夠在足夠的馴良樣本中。對(duì)模型急怒攻心合理分類，對(duì)輸入進(jìn)行選擇，構(gòu)建不同季節(jié)的周預(yù)測(cè)和日預(yù)測(cè)模型;將元件關(guān)聯(lián)分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合進(jìn)行復(fù)雜電力系統(tǒng)故障診斷，采用4UU面向元件的模型，可以對(duì)每類元件進(jìn)行故障報(bào)警和定位操作，還可以對(duì)同一跳閘區(qū)域中的不同故障進(jìn)行識(shí)別。
模糊理論在電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算、系統(tǒng)規(guī)劃和模糊控制等方面的應(yīng)用得到了飛速發(fā)展，因?yàn)槟：壿嬆軌蛲瓿筛唠y度的數(shù)學(xué)近似計(jì)算，對(duì)負(fù)荷變化和電力生產(chǎn)等不確定因素建立隸屬函數(shù)，以構(gòu)建電力系統(tǒng)的最優(yōu)化潮流模型。
八、人工智能在故障診斷中的應(yīng)用。
人工智能技術(shù)中的模糊理論、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電氣設(shè)備故障診斷中應(yīng)用較廣泛，特別是在變壓器故障診斷、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)故障診斷中。目前變壓器故障診斷常用方法是取變壓器油分解出氣體，對(duì)氣體進(jìn)行分析來(lái)判斷故障狀態(tài)。傳統(tǒng)的故障診斷方法無(wú)法針對(duì)設(shè)備故障的不確定性、非線性和復(fù)雜性等特點(diǎn)進(jìn)行診斷，診斷效率較低。而人工智能方法的應(yīng)用提高了診斷準(zhǔn)確率。人工智能技術(shù)主要使用模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)三種故障診斷方法。如在電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷中使用人工智能化的故障診斷技術(shù)，結(jié)合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論，實(shí)現(xiàn)了故障診斷知識(shí)模糊性與較強(qiáng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)共同的診斷，相對(duì)提高了故障的針對(duì)準(zhǔn)確率。通常而言，人工智能技術(shù)，像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論和專家技術(shù)，對(duì)電氣故障和事故診斷來(lái)說(shuō)，是一個(gè)非常重要的技術(shù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和變壓器方面的事故、故障中、在電氣領(lǐng)域中，事故和故障出現(xiàn)的頻率很高，原因也不盡相同。而這些事故和故障都是特別棘手的，不及時(shí)診斷處理或者診斷處理的不當(dāng)，將會(huì)造成非常嚴(yán)重的損失。盡管如此，傳統(tǒng)的診斷方法的準(zhǔn)確率不高，而且步驟和方法都很復(fù)雜，另外，一旦診斷分析的不準(zhǔn)確，出現(xiàn)錯(cuò)誤診斷，相對(duì)來(lái)說(shuō)，后果還是損失很大。有效的結(jié)合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論和專家技術(shù)的人工智能技術(shù)就可以很好的解決上述的問(wèn)題，提高診斷的準(zhǔn)確率，進(jìn)而大大的提高事故診斷的效率。
如上所述，人工智能技術(shù)在事故和故障診斷中應(yīng)用模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)，此三項(xiàng)是人工智能故障診斷技術(shù)的主要構(gòu)成部分，其在電氣事故以及故障的診斷中非常重要。受多方面原因的影響，電氣行業(yè)時(shí)常會(huì)有故障問(wèn)題產(chǎn)生，假如對(duì)故障診斷不正確或者不及時(shí)，引起的損失將會(huì)是非常巨大的。以前的故障診斷方式是非常復(fù)雜的，并且準(zhǔn)確性不是很高。例如，還是就變壓器而言，以前常用的故障診斷方式是先將變壓器油里分解出來(lái)的氣體收集起來(lái)，之后再對(duì)收集的氣體進(jìn)行分析，以判斷是不是存在故障，此種方法不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且浪費(fèi)精力，并且需等待很長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)有結(jié)果，還會(huì)出現(xiàn)診斷不正確的情況，此外，傳統(tǒng)的故障解決方法亦很復(fù)雜，因此，效率低下的傳統(tǒng)故障診斷與解決方式所帶來(lái)的損失是不可小視的，而將模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)有效地結(jié)合起來(lái)，就可以將上述問(wèn)題有效解決，同時(shí)，還能夠提高故障診斷的準(zhǔn)確程度，并且判斷和解決故障的效率也會(huì)有所提高。
九、人工智能技術(shù)在平常操作中的應(yīng)用
在傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化控制中，其操作過(guò)程往往有著更為嚴(yán)格的要求,日常的操作過(guò)程的步驟也十分繁瑣,當(dāng)發(fā)生重大故障時(shí),就有可能導(dǎo)致很大的損失。電氣領(lǐng)域同人們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活有著密切的聯(lián)系,甚至在一定程度上關(guān)系到社會(huì)的和諧穩(wěn)定,因而盡可能簡(jiǎn)化電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的操作過(guò)程,不斷改善電氣自動(dòng)化的操作效率也是電氣自動(dòng)化領(lǐng)域工作者需要應(yīng)對(duì)的難題,人工智能技術(shù),在簡(jiǎn)化操作流程,降低電氣自動(dòng)化控制中,人力工作量方面有著顯著的成果。電氣行業(yè)與我們平常的生活和學(xué)習(xí)有密切聯(lián)系，所以，將以前繁瑣的操作進(jìn)行簡(jiǎn)化，提升電氣系統(tǒng)的操作效率是很有必要的。在平常的電氣系統(tǒng)操作過(guò)程中應(yīng)用人工智能技術(shù)，便能夠使復(fù)雜的操作程序變得簡(jiǎn)單，在家中利用電腦就可以完成有關(guān)操作，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。不僅如此，我們還可以簡(jiǎn)化界面，將有些重要的信息及時(shí)進(jìn)行保存與處理，便于以后的查詢和使用。除此以外，利用人工智能技術(shù)還能夠自動(dòng)生成報(bào)表，這節(jié)省了很多時(shí)間，提高了工作效率。
十、人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用
在電氣自動(dòng)控制領(lǐng)域中，如何確保電氣化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)作一直以來(lái)都是一個(gè)十分復(fù)雜棘手的問(wèn)題，其涉及到許多領(lǐng)域以及眾多學(xué)科知識(shí)，因此，只有高素質(zhì)、高責(zé)任感的人才才可能駕馭。人工智能技術(shù)借助于計(jì)算機(jī)編程技術(shù)及其相關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)了人類復(fù)雜腦力勞動(dòng)的代替，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了電氣設(shè)備自動(dòng)化地運(yùn)作，大幅度降低了人力成本的投入，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了工作效率及其精確度的大幅提高。
十一、人工智能技術(shù)在電氣控制過(guò)程中的應(yīng)用
電氣控制于整個(gè)電氣行業(yè)而言起著重要的作用。假如電氣控制過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化，不僅能夠有效地提升工作效率，減少工作時(shí)投入的資金量，還可以節(jié)省人力資源，實(shí)現(xiàn)人力資源成本的降低。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制及專家系統(tǒng)控制是人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化行業(yè)里應(yīng)用的主要體現(xiàn)。電氣自動(dòng)化控制過(guò)程是電氣領(lǐng)域里的十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié),同時(shí)也起著舉足輕重的作用,將人工智能技術(shù)融入到電氣自動(dòng)化控制過(guò)程中,就有望實(shí)現(xiàn)工作效率突破性的提高,同時(shí)也能大幅度的削減工作中人力資源投入,進(jìn)而減少企業(yè)生產(chǎn)中人力資源成本投入。
結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，在電氣自動(dòng)化控制引入人工智能技術(shù),構(gòu)建起一個(gè)能完成類似于人類判斷活動(dòng)的系統(tǒng),必將能夠有效的提升我國(guó)的生產(chǎn)技術(shù)水平,促進(jìn)我們國(guó)家技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。人工智能技術(shù)的讓智能機(jī)器完成更為復(fù)雜的工作成為了可能。因此，加強(qiáng)電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域的研究。自主研發(fā)出智能化的電氣工程系統(tǒng),改善電氣自動(dòng)化系統(tǒng)控制的精確性和穩(wěn)定性。
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