本鋼五號高爐專家系統(tǒng)課件

本鋼五號高爐專家系統(tǒng)本鋼五號高爐是70年代我國自行設計、制造、施工的大型高爐，采用地得式外燃式熱風爐。20多年來，本鋼通過大修對5號高爐進行多次改造，其裝備水平和生產(chǎn)指標均有很大提高。但隨著煉鐵技術飛速發(fā)展，目前5號高爐與國內(nèi)同類型高爐相比，裝備水平顯得偏低，滿足不了企業(yè)發(fā)展的要求。于是公司決定2001年7月末停爐進行改造性大修。這次大修將爐容由2000m3擴大到2600m3，并且增添了許多具有一定先進水平的設備，其中包括無料鐘爐頂，銅冷卻壁，WDPF集散控制系統(tǒng)，尤其是從芬蘭羅德洛基引進的高爐專家系統(tǒng)等。高爐過程控制技術的發(fā)展

高爐作為一種成熟的煉鐵工藝有一百多年的歷史了，由于高爐煉鐵過程十分復雜，它涉及到氣、固、液三相的交互作用，因此，全面而正確地理解高爐內(nèi)發(fā)生的各種現(xiàn)象很困難，長期以來，高爐過程的控制一直主要依賴于人們在長期生產(chǎn)實踐中所積累起來的種種經(jīng)驗，正是這些特點使得過程控制成為計算機的最佳應用領域。高爐過程控制技術的發(fā)展

但由于高爐過程本身所具有的不確定性，致使難以確定組成數(shù)學模型的方程中的參數(shù)值，通過數(shù)學模型來控制高爐過程遇到了許多困難，主要原因在于影響高爐的各種條件是變化的，從而導致了高爐中動量、熱量、質(zhì)量的傳輸過程呈現(xiàn)出不同的特性，而數(shù)學模型中反映這種變化的參數(shù)并不能隨爐況的變化而變化。高爐過程控制技術的發(fā)展

七、八十年代日本人中數(shù)學模型的研究中投入了大量的人力、物力，開發(fā)了幾十個數(shù)學模型，大大加深了對高爐過程的認識，在原、燃料及爐況穩(wěn)定的條件下，模型結(jié)果可以反映高爐運行的實際情況，但一旦高爐爐況發(fā)生波動，用模型來控制高爐就顯得力不從心了，因為高爐控制方式是一種基于人工經(jīng)驗的控制方式，要實現(xiàn)高爐過程控制的突破，應該充分反映高爐生產(chǎn)的這種特性。高爐過程控制技術的發(fā)展

八十年代末期計算機技術取得了突飛猛進的發(fā)展，作為計算機技術分支之一的專家系統(tǒng)技術也逐漸成熟。專家系統(tǒng)是一種模擬人類思維過程、充分利用人們的經(jīng)驗對付復雜過程進行跟蹤、控制和管理的技術。日本人首先將專家系統(tǒng)技術用于高爐過程控制并取得了可喜的成功，目前世界個發(fā)達國家如日本、美國、德國、比利時、瑞典、芬蘭、法國、奧地利、英國、韓國、印度等國家均購買或自主開發(fā)了許多成功的專家系統(tǒng)，這其中以日本川崎公司的AGS系統(tǒng)最負盛名。芬蘭羅德洛基公司91年從日本購買了AGS系統(tǒng)，93年在高爐上正式實施，對穩(wěn)定爐況發(fā)揮了積極的作用。高爐過程控制技術的發(fā)展

我國面臨著“信息化帶動工業(yè)化，實現(xiàn)跨越式發(fā)展”的歷史機遇。國家對制造業(yè)信息化工程的大力投資，為鋼鐵企業(yè)的信息化改造，為順利推進高爐冶煉過程的自動化控制提供了難得的機遇。應用“高爐專家系統(tǒng)”提高高爐的操作技術水平，挖掘高爐生產(chǎn)潛力，節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟效益，是鋼鐵企業(yè)引進和開發(fā)應用“高爐專家系統(tǒng)”的源動力。高爐過程控制技術的發(fā)展

“高爐專家系統(tǒng)”作為智力勞動的延伸，作為“專家級”操作經(jīng)驗與智慧的結(jié)晶，各種“專家知識規(guī)則”借助于信息技術的進步，能夠及時地、自動化的判斷冶煉過程發(fā)生的各種異常爐況，從而避免了人為的疏忽，為工長精細化操作贏得了時間和經(jīng)驗。這樣，使用專家系統(tǒng)取得經(jīng)濟效益也就是順理成章的事了。專家系統(tǒng)的特征

所謂高爐冶煉過程專家系統(tǒng)實際上是一類計算機軟件系統(tǒng)，它根據(jù)計算機科學中的專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡原理，依靠由優(yōu)秀高爐冶煉專家提供的經(jīng)驗和知識所建立的知識庫，憑借系統(tǒng)的推理機進行邏輯推理和判斷，去模擬高爐冶煉專家處理高爐冶煉過程中出現(xiàn)的各種復雜問題的能力，從而對高爐生產(chǎn)進行指導，其特點如下：專家系統(tǒng)的特征

⑵高爐冶煉專家系統(tǒng)主要是有高爐操作人員的經(jīng)驗和知識所構成的知識系統(tǒng)，參照操作條件和管理條件的變化，使爐況判斷定量化，可以避免漏判和誤判，達到比較準確控制高爐目的。⑶專家系統(tǒng)是一種開放性的知識系統(tǒng)，高爐操作人員可以根據(jù)高爐狀況的變化及時修改知識庫中的內(nèi)容，從而確保系統(tǒng)的可靠性，提高系統(tǒng)的命中率。⑷利用專家系統(tǒng)所提供的大量信息，可以加快對高爐操作人員似的培養(yǎng)過程，豐富他們對高爐過程的認識。⑸．利用專家系統(tǒng)較易實現(xiàn)高爐的標準化和規(guī)范化，平滑班與班之間的操作。專家系統(tǒng)的構成一個專家系統(tǒng)是由若干個具有特殊功能的程序模塊組成，常見的專家系統(tǒng)如圖1所示。主要的功能塊包括：知識庫：用語存取和管理所獲得的高爐知識和高爐操作經(jīng)驗，供推理機用。推理機：用于對知識庫內(nèi)的知識進行搜索推理，求出問題的答案數(shù)據(jù)庫：用于存放系統(tǒng)運行過程中所產(chǎn)生的信息。就五號高爐而言，包括渣、鐵信息、原燃料化學分析、高爐檢測過程信息、系統(tǒng)運行中間結(jié)果等。專家系統(tǒng)的構成用戶界面：高爐操作人員與專系統(tǒng)進行交流的通道。負責將用戶所輸入的信息轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)內(nèi)部的表達形式，同時將系統(tǒng)內(nèi)部信息轉(zhuǎn)換成用戶易于理解的外部輸出形式。知識獲取子系統(tǒng)：它對知識庫進行編輯、修改、更新等作用。解釋子系統(tǒng)：用于對推理結(jié)果進行解釋。日本高爐專家系統(tǒng)的構成20世紀70年代以后，隨著日本鋼鐵工業(yè)的崛起，日本對高爐過程的計算機應用及其數(shù)學模型的研究開始居于國際先進水平。各種爐熱指數(shù)模型和爐溫預測模型應用于日本各大高爐冶煉過程。隨著模型研究的深入，人們很快意識到：以高爐爐溫控制為核心的高爐冶煉過程的自動控制，完全不同于傳統(tǒng)控制理論范疇的自動控制。高爐爐溫控制不是單純的反饋控制。于是日本各鋼鐵廠先后提出了以煉鐵專家知識為基礎的邏輯判斷與數(shù)量計算相組合的模型，如：“爐況診斷模型”、“GO-STOP模型”，操作管理系統(tǒng)“AGOS模型”等等。于是開始了高爐過程控制中人工智能應用的研究，明確提出建立高爐冶煉過程的“專家知識規(guī)則”。日本高爐專家系統(tǒng)的構成在各種各樣的“專家系統(tǒng)”開發(fā)中，具有代表性的應用研究成果有：（1）以軟融帶推斷模型為主建立的模型集成系統(tǒng)，在新日鐵大分廠2號高爐上應用，簡稱SAFAIA系統(tǒng)，使用532個傳感器，8種軟融帶模式，專家知識庫建立5850條規(guī)則，采集200條過程機數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采樣時間間隔秒，推理判斷給出操作指導時間間隔為5秒。（2）以無鐘爐頂爐料布料模型為主建立的模型集成系統(tǒng)，應用在日本京濱1號高爐（4907m3）上。該系統(tǒng)根據(jù)裝料制度，煤氣流狀態(tài)，爐體溫度場，風量，風壓，透氣性等重要影響因素組成專家知識規(guī)則庫。日本高爐專家系統(tǒng)的構成（3）以爐頂預報與異常爐況判斷為主的專家系統(tǒng)，應用在日本鋼管福山廠5號高爐上，BAISYS系統(tǒng)。它包含900個檢測點，傳感器數(shù)據(jù)采用分鐘濾波，專家知識庫含700多條規(guī)則（爐熱預報500多條，爐況判斷200多條）。2分鐘一次預測異常爐況，包括管道、崩料等，20分鐘一次爐熱狀態(tài)推斷。命中率83%。這是基于傳感器的在線實時型專家系統(tǒng)。（4）應用在日本川崎水島4號高爐上的AdvancedGO-STOP模型，即爐況判斷改進型專家系統(tǒng)。這也是上海寶鋼2號高爐在80年代中期引進GO-STOP模型后，90年代引進的模型。國內(nèi)開發(fā),應用,引進的“高爐專家系統(tǒng)”與國際先進水平相比，國內(nèi)大型鋼鐵公司投入高爐專家系統(tǒng)開發(fā)應用研究的資金與技術力量都比較薄弱。90年代以來，國內(nèi)高爐推進基礎自動化改造取得了顯著成效。許多高爐在完成基礎自動化改造中采用了計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)PLC或DCS替代了高爐儀表，實現(xiàn)了高爐過程參數(shù)的集中控制。這些基礎自動化改造取得了煉鐵生產(chǎn)的應用成效，高爐冶煉過程的順行狀態(tài)和技術經(jīng)濟指標得到改善。以計算機替代高爐儀表作為高爐應用計算機的初級階段，它也為高爐專家系統(tǒng)的應用打下了硬件技術基礎。國內(nèi)開發(fā),應用,引進的“高爐專家系統(tǒng)”（1）首鋼“人工智能高爐冶煉專家系統(tǒng)”。這是90年代初北京科技大學與首鋼合作開發(fā)的專家系統(tǒng)，應用在1200m3高爐上。他包括3個子系統(tǒng)（[Si]預報）；爐況順行子系統(tǒng)（懸料，崩料，滑料等）和爐體判斷子系統(tǒng)（爐墻結(jié)瘤，冷卻壁燒穿及漏水等）。該系統(tǒng)是當時國內(nèi)的領先水平。由于沒有繼續(xù)深入開發(fā)和完善提高，2000年首鋼決定引進芬蘭的“高爐專家系統(tǒng)”。國內(nèi)開發(fā),應用,引進的“高爐專家系統(tǒng)”（2）鞍鋼10號高爐（2580m3）高爐專家系統(tǒng)。這是1995年冶金部立項的重大課題，投資500萬元，由北京科大，東北大學和鞍鋼三家合作開發(fā)。經(jīng)過6年努力，在專家知識庫、爐況診斷等方面取得一定成果。該系統(tǒng)仍在調(diào)試完善中，尚未成為工長的生產(chǎn)工具。由此可見高爐專家系統(tǒng)開發(fā)的技術難度，特別是多學科交叉的技術研究開發(fā)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的難度。國內(nèi)開發(fā),應用,引進的“高爐專家系統(tǒng)”（4）寶鋼2號高爐1986年引進日本的“GO-STOP系統(tǒng)”。這是國內(nèi)巨資引進軟件的第一座高爐。90年代升級為“ADVANCEDGO-STOP”。在消化引進技術的基礎上，寶鋼與復旦大學合作開發(fā)了“1號高爐（4063m3）操作指導專家系統(tǒng)”。其功能類似GO-STOP系統(tǒng)，但對爐況的綜合判斷是用“專家系統(tǒng)”來實現(xiàn)。由于寶鋼高爐的專家系統(tǒng)是在高水平裝備條件和原燃料基礎上的專家系統(tǒng)，因此，寶鋼的專家系統(tǒng)未能消化，也沒有在國內(nèi)大型高爐上推廣應用。國內(nèi)開發(fā),應用,引進的“高爐專家系統(tǒng)”（5）武鋼4號高爐（2500m3）1997年引進芬蘭羅德洛基公司的“高爐控制專家系統(tǒng)”，系統(tǒng)軟件費1100萬元人民幣，配套檢測設備投資2000多萬元。1998年該系統(tǒng)投入生產(chǎn)應用，并取得技術經(jīng)濟成效。在武鋼引進高爐專家系統(tǒng)之后，我國特大型鋼鐵企業(yè)首鋼、本鋼、昆鋼、攀鋼等大型高爐也相繼以80萬歐元-100多萬美元的價格引進芬蘭、奧地利的高爐專家系統(tǒng)，以推動高爐煉鐵的技術進步。高爐冶煉專家系統(tǒng)控制和管理的內(nèi)容五高爐冶煉專家系統(tǒng)是一種基于規(guī)則的系統(tǒng)，該系統(tǒng)從控制內(nèi)容上共分四部分。包括對爐溫、爐型管理、高爐順行、爐缸中渣鐵平衡的控制管理。有關的控制與渣、鐵平衡有關的內(nèi)容高爐冶煉專家系統(tǒng)控制和管理的內(nèi)容