本鋼五號(hào)高爐專家系統(tǒng)課件

本鋼五號(hào)高爐專家系統(tǒng)本鋼五號(hào)高爐是70年代我國自行設(shè)計(jì)、制造、施工的大型高爐，采用地得式外燃式熱風(fēng)爐。20多年來，本鋼通過大修對(duì)5號(hào)高爐進(jìn)行多次改造，其裝備水平和生產(chǎn)指標(biāo)均有很大提高。但隨著煉鐵技術(shù)飛速發(fā)展，目前5號(hào)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(jìn)行改造性大修。這次大修將爐容由2000m3擴(kuò)大到2600m3，并且增添了許多具有一定先進(jìn)水平的設(shè)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(jìn)的高爐專家系統(tǒng)等。高爐過程控制技術(shù)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(fù)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?cè)陂L期生產(chǎn)實(shí)踐中所積累起來的種種經(jīng)驗(yàn)，正是這些特點(diǎn)使得過程控制成為計(jì)算機(jī)的最佳應(yīng)用領(lǐng)域。高爐過程控制技術(shù)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(xué)模型的方程中的參數(shù)值，通過數(shù)學(xué)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(dǎo)致了高爐中動(dòng)量、熱量、質(zhì)量的傳輸過程呈現(xiàn)出不同的特性，而數(shù)學(xué)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(shù)的發(fā)展

七、八十年代日本人中數(shù)學(xué)模型的研究中投入了大量的人力、物力，開發(fā)了幾十個(gè)數(shù)學(xué)模型，大大加深了對(duì)高爐過程的認(rèn)識(shí)，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(yùn)行的實(shí)際情況，但一旦高爐爐況發(fā)生波動(dòng)，用模型來控制高爐就顯得力不從心了，因?yàn)楦郀t控制方式是一種基于人工經(jīng)驗(yàn)的控制方式，要實(shí)現(xiàn)高爐過程控制的突破，應(yīng)該充分反映高爐生產(chǎn)的這種特性。高爐過程控制技術(shù)的發(fā)展

八十年代末期計(jì)算機(jī)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，作為計(jì)算機(jī)技術(shù)分支之一的專家系統(tǒng)技術(shù)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(yàn)對(duì)付復(fù)雜過程進(jìn)行跟蹤、控制和管理的技術(shù)。日本人首先將專家系統(tǒng)技術(shù)用于高爐過程控制并取得了可喜的成功，目前世界個(gè)發(fā)達(dá)國家如日本、美國、德國、比利時(shí)、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(fù)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(shí)施，對(duì)穩(wěn)定爐況發(fā)揮了積極的作用。高爐過程控制技術(shù)的發(fā)展

我國面臨著“信息化帶動(dòng)工業(yè)化，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展”的歷史機(jī)遇。國家對(duì)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(jìn)高爐冶煉過程的自動(dòng)化控制提供了難得的機(jī)遇。應(yīng)用“高爐專家系統(tǒng)”提高高爐的操作技術(shù)水平，挖掘高爐生產(chǎn)潛力，節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，是鋼鐵企業(yè)引進(jìn)和開發(fā)應(yīng)用“高爐專家系統(tǒng)”的源動(dòng)力。高爐過程控制技術(shù)的發(fā)展

“高爐專家系統(tǒng)”作為智力勞動(dòng)的延伸，作為“專家級(jí)”操作經(jīng)驗(yàn)與智慧的結(jié)晶，各種“專家知識(shí)規(guī)則”借助于信息技術(shù)的進(jìn)步，能夠及時(shí)地、自動(dòng)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(xì)化操作贏得了時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)。這樣，使用專家系統(tǒng)取得經(jīng)濟(jì)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(shí)際上是一類計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，它根據(jù)計(jì)算機(jī)科學(xué)中的專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，依靠由優(yōu)秀高爐冶煉專家提供的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)所建立的知識(shí)庫，憑借系統(tǒng)的推理機(jī)進(jìn)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(fù)雜問題的能力，從而對(duì)高爐生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)，其特點(diǎn)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(yàn)和知識(shí)所構(gòu)成的知識(shí)系統(tǒng)，參照操作條件和管理?xiàng)l件的變化，使?fàn)t況判斷定量化，可以避免漏判和誤判，達(dá)到比較準(zhǔn)確控制高爐目的。⑶專家系統(tǒng)是一種開放性的知識(shí)系統(tǒng)，高爐操作人員可以根據(jù)高爐狀況的變化及時(shí)修改知識(shí)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(duì)高爐操作人員似的培養(yǎng)過程，豐富他們對(duì)高爐過程的認(rèn)識(shí)。⑸．利用專家系統(tǒng)較易實(shí)現(xiàn)高爐的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，平滑班與班之間的操作。專家系統(tǒng)的構(gòu)成一個(gè)專家系統(tǒng)是由若干個(gè)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(shí)庫：用語存取和管理所獲得的高爐知識(shí)和高爐操作經(jīng)驗(yàn)，供推理機(jī)用。推理機(jī)：用于對(duì)知識(shí)庫內(nèi)的知識(shí)進(jìn)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(yùn)行過程中所產(chǎn)生的信息。就五號(hào)高爐而言，包括渣、鐵信息、原燃料化學(xué)分析、高爐檢測過程信息、系統(tǒng)運(yùn)行中間結(jié)果等。專家系統(tǒng)的構(gòu)成用戶界面：高爐操作人員與專系統(tǒng)進(jìn)行交流的通道。負(fù)責(zé)將用戶所輸入的信息轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)內(nèi)部的表達(dá)形式，同時(shí)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(shí)獲取子系統(tǒng)：它對(duì)知識(shí)庫進(jìn)行編輯、修改、更新等作用。解釋子系統(tǒng)：用于對(duì)推理結(jié)果進(jìn)行解釋。日本高爐專家系統(tǒng)的構(gòu)成20世紀(jì)70年代以后，隨著日本鋼鐵工業(yè)的崛起，日本對(duì)高爐過程的計(jì)算機(jī)應(yīng)用及其數(shù)學(xué)模型的研究開始居于國際先進(jìn)水平。各種爐熱指數(shù)模型和爐溫預(yù)測模型應(yīng)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(shí)到：以高爐爐溫控制為核心的高爐冶煉過程的自動(dòng)控制，完全不同于傳統(tǒng)控制理論范疇的自動(dòng)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(shí)為基礎(chǔ)的邏輯判斷與數(shù)量計(jì)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(yīng)用的研究，明確提出建立高爐冶煉過程的“專家知識(shí)規(guī)則”。日本高爐專家系統(tǒng)的構(gòu)成在各種各樣的“專家系統(tǒng)”開發(fā)中，具有代表性的應(yīng)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(hào)高爐上應(yīng)用，簡稱SAFAIA系統(tǒng)，使用532個(gè)傳感器，8種軟融帶模式，專家知識(shí)庫建立5850條規(guī)則，采集200條過程機(jī)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采樣時(shí)間間隔秒，推理判斷給出操作指導(dǎo)時(shí)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(yīng)用在日本京濱1號(hào)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(fēng)量，風(fēng)壓，透氣性等重要影響因素組成專家知識(shí)規(guī)則庫。日本高爐專家系統(tǒng)的構(gòu)成（3）以爐頂預(yù)報(bào)與異常爐況判斷為主的專家系統(tǒng)，應(yīng)用在日本鋼管福山廠5號(hào)高爐上，BAISYS系統(tǒng)。它包含900個(gè)檢測點(diǎn)，傳感器數(shù)據(jù)采用分鐘濾波，專家知識(shí)庫含700多條規(guī)則（爐熱預(yù)報(bào)500多條，爐況判斷200多條）。2分鐘一次預(yù)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(shí)時(shí)型專家系統(tǒng)。（4）應(yīng)用在日本川崎水島4號(hào)高爐上的AdvancedGO-STOP模型，即爐況判斷改進(jìn)型專家系統(tǒng)。這也是上海寶鋼2號(hào)高爐在80年代中期引進(jìn)GO-STOP模型后，90年代引進(jìn)的模型。國內(nèi)開發(fā),應(yīng)用,引進(jìn)的“高爐專家系統(tǒng)”與國際先進(jìn)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(yīng)用研究的資金與技術(shù)力量都比較薄弱。90年代以來，國內(nèi)高爐推進(jìn)基礎(chǔ)自動(dòng)化改造取得了顯著成效。許多高爐在完成基礎(chǔ)自動(dòng)化改造中采用了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)PLC或DCS替代了高爐儀表，實(shí)現(xiàn)了高爐過程參數(shù)的集中控制。這些基礎(chǔ)自動(dòng)化改造取得了煉鐵生產(chǎn)的應(yīng)用成效，高爐冶煉過程的順行狀態(tài)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到改善。以計(jì)算機(jī)替代高爐儀表作為高爐應(yīng)用計(jì)算機(jī)的初級(jí)階段，它也為高爐專家系統(tǒng)的應(yīng)用打下了硬件技術(shù)基礎(chǔ)。國內(nèi)開發(fā),應(yīng)用,引進(jìn)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(xué)與首鋼合作開發(fā)的專家系統(tǒng)，應(yīng)用在1200m3高爐上。他包括3個(gè)子系統(tǒng)（[Si]預(yù)報(bào)）；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(dāng)時(shí)國內(nèi)的領(lǐng)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(jìn)芬蘭的“高爐專家系統(tǒng)”。國內(nèi)開發(fā),應(yīng)用,引進(jìn)的“高爐專家系統(tǒng)”（2）鞍鋼10號(hào)高爐（2580m3）高爐專家系統(tǒng)。這是1995年冶金部立項(xiàng)的重大課題，投資500萬元，由北京科大，東北大學(xué)和鞍鋼三家合作開發(fā)。經(jīng)過6年努力，在專家知識(shí)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(shù)難度，特別是多學(xué)科交叉的技術(shù)研究開發(fā)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的難度。國內(nèi)開發(fā),應(yīng)用,引進(jìn)的“高爐專家系統(tǒng)”（4）寶鋼2號(hào)高爐1986年引進(jìn)日本的“GO-STOP系統(tǒng)”。這是國內(nèi)巨資引進(jìn)軟件的第一座高爐。90年代升級(jí)為“ADVANCEDGO-STOP”。在消化引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，寶鋼與復(fù)旦大學(xué)合作開發(fā)了“1號(hào)高爐（4063m3）操作指導(dǎo)專家系統(tǒng)”。其功能類似GO-STOP系統(tǒng)，但對(duì)爐況的綜合判斷是用“專家系統(tǒng)”來實(shí)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(chǔ)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(yīng)用。國內(nèi)開發(fā),應(yīng)用,引進(jìn)的“高爐專家系統(tǒng)”（5）武鋼4號(hào)高爐（2500m3）1997年引進(jìn)芬蘭羅德洛基公司的“高爐控制專家系統(tǒng)”，系統(tǒng)軟件費(fèi)1100萬元人民幣，配套檢測設(shè)備投資2000多萬元。1998年該系統(tǒng)投入生產(chǎn)應(yīng)用，并取得技術(shù)經(jīng)濟(jì)成效。在武鋼引進(jìn)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(jià)格引進(jìn)芬蘭、奧地利的高爐專家系統(tǒng)，以推動(dòng)高爐煉鐵的技術(shù)進(jìn)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(duì)爐溫、爐型管理、高爐順行、爐缸中渣鐵平衡的控制管理。有關(guān)的控制與渣、鐵平衡有關(guān)的內(nèi)容高爐冶煉專家系統(tǒng)控制和管理的內(nèi)容