專家系統(tǒng)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在小型高爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、第27卷第3期2005年9月甘肅冶金GANSU M ETALLURGYVol 27 No 3Sep, 2005文章編號：16724461( 2005)03002002專家系統(tǒng)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在小型高爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用趙艷秋，王建民(河北理工大學(xué)計算機(jī)與自動控制學(xué)院，河北唐山 063009)摘 要:本文根據(jù)中小高爐實(shí)際情況，提岀了小型高爐控制專家系統(tǒng)的設(shè)計方案，并對硬件選型和軟件設(shè)計作了介 紹。關(guān)鍵詞：高爐；專家系統(tǒng)；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)采集模塊中圖分類號：TP183 TP182文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AThe Applicati on of Expert System and Artifici al Nerv

2、al Network ontheM iniature Type Blast Furnace Control SystenZHAOYanqiu, WANG Jianm in(H ebeiPol ytechn ic Un iversity Tangshan 063009, Ch na)Abstrac t Based on tie actual circim stance of m iniature blast Urnace th is text introduce he design proposal of the blast furnace of controls expert systen,

3、and make the introduction to the hardware of type and softwares progran.K eyword s blastfurnace expert systm; artificial nerval networl; data acquisition module鳳溟 |拭壓|Kft 爐WS壊舍數(shù)據(jù)暉爐溫預(yù)測控制1«型1引言據(jù)統(tǒng)計，目前我國中小高爐年生鐵產(chǎn)量占全國年生 鐵總 產(chǎn)量的三分之一以上，并且多為地方支柱，因此，中小高爐在 我國煉鐵工業(yè)中占 有重要的地位。如何建立和實(shí)現(xiàn)能指導(dǎo) 中小高爐煉鐵人員進(jìn)行爐溫控制的爐溫預(yù)報模型，不

4、僅有重 要的理論價值，而且具有重要的生產(chǎn)實(shí)踐價值。但到目 前為 止,國內(nèi)只有一些大型企業(yè)，如寶鋼、武鋼等有條件引進(jìn) 了國 外的/高爐專家系統(tǒng)0。這些軟件對高爐的檢測條件要求 高,不僅要支付價格高昂 的軟件費(fèi)用，還需廠方為之配備大 量的基礎(chǔ)自動化監(jiān) 測設(shè)備。這 樣的投 資對于一般的中小高 爐來說根本無力承擔(dān)。所以，如何開發(fā)岀基于我國中小高爐 實(shí)際的煉鐵優(yōu)化專家系統(tǒng)，成為鋼鐵行業(yè)科技進(jìn)步的重點(diǎn)研 究課題。本系統(tǒng)主要 針對小型高爐的特點(diǎn)設(shè)計，檢測量少、 成本低、開發(fā)周期短，而且有利于提高我國小型高爐的自動 化水平。2專家系統(tǒng)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用專家系統(tǒng)就是用來完成一系列非常復(fù)雜、在過去也許只 能由極

5、少數(shù)經(jīng)過高級訓(xùn)練的人類專家才能完成任務(wù)的系統(tǒng)。目前,專家系統(tǒng)在許多領(lǐng) 域中得到應(yīng)用21整體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)中，下位機(jī)負(fù)責(zé)采集和向上位機(jī)傳送各個檢測點(diǎn) 的參數(shù)如爐體溫度及風(fēng)的溫度、 壓力、流量等，上位機(jī)負(fù)責(zé)對 下位機(jī)的數(shù)據(jù)存儲和數(shù) 據(jù)處理、故障診斷、趨勢分析及圖表 打印等,而且通過人 機(jī)會話窗口，可手工 輸入生產(chǎn)過程的離 線數(shù)據(jù)，如入爐原料、鐵水、鐵渣的化驗(yàn)成分等。具體見 圖1。圖1爐溫控制模型數(shù)據(jù)流程圖12 2綜合數(shù)據(jù)庫綜合數(shù)據(jù)庫用于存放系統(tǒng) 的初始數(shù)據(jù)，以及系統(tǒng)推理過 程中得到的各種中間 結(jié)果和最后的結(jié)論。數(shù)據(jù)有不同的來 源：系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)、從下位機(jī)輸送來 的原始數(shù)據(jù)、在設(shè)備發(fā)生故障時提取的數(shù)據(jù)、

6、故障診斷結(jié)果 數(shù)據(jù)、知識庫在推理過程中得到的各種中間數(shù)據(jù)以及神 經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)中的權(quán)值和閾值。根據(jù)數(shù)據(jù)的不同 來源,建立如下3個數(shù)據(jù)庫：閾值數(shù)據(jù)庫。負(fù)責(zé)管理 工藝參數(shù)閾值、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán) 值和閾值?，F(xiàn)場采集的原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫。負(fù)責(zé)管理實(shí)時數(shù)據(jù)、定 周期采集的數(shù)據(jù)、故障發(fā)生時采集的數(shù)據(jù)。故障檔案管理數(shù)據(jù)庫。負(fù)責(zé)管理技術(shù)人員診斷結(jié)果、 實(shí)際檢修分析的故障、專家系統(tǒng)自動診斷結(jié)果2。2 3爐溫的預(yù)測控制模型在高爐過程 控制中,將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與專家系統(tǒng)相結(jié) 合,會收到良好的效果。本 文以爐溫預(yù)測為例，由于其邏輯 關(guān)系不明確，抽取規(guī)則十分困難，難于建立專家系統(tǒng)，可通過 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行知 識獲取。通 過建立 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

7、專家系統(tǒng)來 進(jìn)行高爐爐溫預(yù)測；通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)預(yù)測下一爐的 岀鐵 情況，用硅含量來表示爐溫，從而分析爐熱狀態(tài)，及時預(yù)防爐 況的異常情況發(fā)生；而且可以通過下拉菜單和對話框方 式輸 入樣本數(shù)據(jù)文件及可 根據(jù)用戶需要增加或刪減輸入輸岀節(jié) 點(diǎn)數(shù)與隱含層的層數(shù)和節(jié)點(diǎn)，并能調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)速率系數(shù)和沖量 系數(shù)。本系統(tǒng)輸入?yún)?數(shù)節(jié)點(diǎn)取M = 8硅含量作為輸岀節(jié)點(diǎn)N= 1,根據(jù)Maren理論做出引含層節(jié)點(diǎn)數(shù) P= , M# N = 3個 的一層引含層網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)。具體見圖23。采集，所以要用1塊ADAM- 4017模塊。系統(tǒng)框圖見圖 3圖3 系統(tǒng)硬件配置圖4 軟件設(shè)計軟件主要由4部分組成：界面設(shè)計、通訊設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)

8、計、專家系統(tǒng)設(shè) 計。在這個方案中，我們采用VB編制上位 機(jī)監(jiān)控程序，V isual Basic 6 0是當(dāng)前最流行的開發(fā)軟件之 一,它界面友好，使用簡單，易于學(xué)習(xí)，開發(fā)周期短，運(yùn)算能力 強(qiáng)，并支持面向?qū)ο蟮木幊谭椒ê途哂薪Y(jié)構(gòu)化的事件驅(qū)動編程模式。而且 VB高級語言的強(qiáng)大功能可以很容易地實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)庫管理，使監(jiān)控和管理溶為一體。程序流程見圖44。學(xué)習(xí)子系址圖4專家系統(tǒng)程序流程圖輸出層槍入層生鐵璉含fi生錢%含盤小時岀鐵量爐頂壓力O熱風(fēng)壓力爐Bi溫嵐圖2高爐爐溫預(yù)測的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3硬件與選型數(shù)據(jù)采集采用現(xiàn)場分布總線形式，主要使用研華ADAM -4020 ADAM - 4518和ADAM - 4517

9、三種模塊,具有結(jié)構(gòu) 簡單、造價低、擴(kuò)展靈活特點(diǎn)。ADAM- 4520模 塊是 RS232- RS485轉(zhuǎn)換模塊。ADAM -4018模塊為熱電偶輸入模塊，用來進(jìn)行溫度測量，它具有8 路輸入通道，本系統(tǒng)中共有16路高爐爐體溫度信號要采集， 所以選用了兩塊 ADAM- 4018 ADAM- 4017模塊是8通道 的數(shù)據(jù)采集模塊，本系統(tǒng)中有風(fēng)溫、風(fēng)量、風(fēng)壓共6路信號要5結(jié)語該系統(tǒng)在唐山順興鋼鐵公司投入運(yùn)行，提高了操作人員 的操作水平，產(chǎn)鐵量有所增加，質(zhì)量更趨穩(wěn)定。實(shí)踐表明，在 投資小、檢測點(diǎn)少的小型高爐控制系統(tǒng)，也可實(shí)現(xiàn)高爐的 智能 化采用VB 6 0編寫程序，短時間內(nèi)就可以設(shè)計出交互界 面友 好、

10、功能易擴(kuò)展的程序。并且各種高新技術(shù)的進(jìn)步將推動高爐專家系統(tǒng)不斷發(fā)展，這種發(fā)展必將使高爐專家系統(tǒng)進(jìn)入一 個嶄新的階段。可以預(yù)料，將人工智能技術(shù)引入高爐爐況判© 1994-2013 China Acatkimc蕪野廳理 E-砧沁G同克JL窮濫uomJournal Ektironic Publishinn IIouscj All rights第27卷第3期甘 肅冶金Vol 27 No 32005年 9月GANSU METALLURGYSep, 2°°5文章編號：16724461( 2005)030022-03淺析鋁工業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢安錦如（蘭州鋁業(yè)股份有限公司項(xiàng)目部

11、，甘肅蘭州 730060）摘 要：介紹了現(xiàn)代鋁工業(yè)的組成部分、發(fā)展現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢,著重闡述了再生鋁工業(yè)與原生鋁工業(yè)相比所具有的低投資、低能耗、低污染和工藝簡單等特點(diǎn)，未來再生鋁工業(yè)的發(fā)展趨勢。關(guān)健詞：原生鋁；再生鋁；節(jié)能；環(huán)保中圖分類號：F407 3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AOn Present Situation of Alum ium Industry andDevelopm ent Trend in FutureAN Jinru(LanzhouA lum ium Co , Ltd, Lanzhou 730060) China)Abstrac t A introduction is given

12、to modern alum inum industry, as for developm ent presentation and future trenc,raising a staten ent to tie advantagesof recycling alum inum industry n invesm en,t energy consumption and environm ent protection comparingw ith primary oneK eyword s prmary alum num; recycling alum inum; energy saving

13、environm ent protection現(xiàn)代鋁工 業(yè)由原 生鋁工業(yè)（Primary A lim inum Industry） 和再生鋁 工業(yè)（Recycling Alum inum Industry）組成。在原生 鋁工業(yè)領(lǐng)域，它依靠不可 再生的礦產(chǎn)資源和能源,采用傳統(tǒng) 的礦物加工處理方 法來提取金屬鋁。而再生鋁的初始資源 形態(tài)非常接近于原生鋁工業(yè)的最終產(chǎn)品，為了達(dá)到再生鋁的 目標(biāo)產(chǎn)品，其生產(chǎn)與礦物加工處理方法有本質(zhì)上的差異。從物質(zhì)流動的方向看，原生鋁工業(yè)是一種單向流動 的線 性生產(chǎn)模式，即/資源-生產(chǎn)-消費(fèi)-廢棄物排放0,依靠的 是高強(qiáng)度地開 采和消 耗資（能）源,同時高強(qiáng)度地破壞生態(tài)

14、環(huán)境。而再生鋁工業(yè)卻把生產(chǎn) 活動組織成一個/資源-生產(chǎn)-消費(fèi)-再生資源0的反饋式流程，最大限度地反復(fù)利用進(jìn) 入系統(tǒng)的物質(zhì)和能量，實(shí)現(xiàn)/低開采、高利用、低排放0,以提 高生產(chǎn)運(yùn)行的質(zhì)量和效益。再生鋁工業(yè)孕育于循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程，崛起于循環(huán)經(jīng)濟(jì) 浪潮之中。再生鋁的崛起，將大大減少原生鋁對資源、能源 的依賴和減輕對環(huán)境的壓力，它是現(xiàn)代鋁工業(yè)的重要組成部 分,代表著現(xiàn)代鋁工業(yè)的 未來發(fā)展方向。當(dāng)一些發(fā)展中國家 在原生鋁工業(yè)領(lǐng)域苦苦尋求可經(jīng) 濟(jì)替代資（能）源與核心技 術(shù)來應(yīng)對不斷枯竭的資（能）源危機(jī)以及日益 嚴(yán)重的環(huán)境壓 力時，一些發(fā)達(dá)國家 卻逐步或全面退岀原生 鋁工業(yè)領(lǐng)域，按 照循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論，重新規(guī)劃鋁工業(yè)發(fā) 展模式，大力發(fā)展再生 產(chǎn)鋁工業(yè)，把鋁工業(yè)從以市場為導(dǎo)向的產(chǎn)品工業(yè)轉(zhuǎn)變成以生 態(tài)規(guī)律為準(zhǔn)則的綠色工業(yè)，逐步實(shí)現(xiàn)資源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會 的全面、協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展。斷中，實(shí)現(xiàn)各種技術(shù)的集成，這一工作前景是十分廣闊的。參考文獻(xiàn)：1 劉 芳.高爐爐溫的多目標(biāo) 優(yōu)化控制D.浙江大學(xué)碩士論 文,2001, 3 40.2 嚴(yán)良文，董振興，張東山，等.旋轉(zhuǎn)機(jī)械 故障診斷專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)J.化工裝備技術(shù)，2001, 4 53 583 劉金琨，吳兆