专家系统与人工神经网络在小型高炉控制系统中的应用

1、第27卷第3期2005年9月甘肃冶金GANSU M ETALLURGYVol 27 No 3Sep, 2005文章编号：16724461( 2005)03002002专家系统与人工神经网络在小型高炉控制系统中的应用赵艳秋，王建民(河北理工大学计算机与自动控制学院，河北唐山 063009)摘 要:本文根据中小高炉实际情况，提岀了小型高炉控制专家系统的设计方案，并对硬件选型和软件设计作了介 绍。关键词：高炉；专家系统；人工神经网络；数据采集模块中图分类号：TP183 TP182文献标识码：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凤溟 |拭压|Kft 炉WS壊舍数据暉炉温预测控制1«型1引言据统计，目前我国中小高炉年生铁产量占全国年生 铁总 产量的三分之一以上，并且多为地方支柱，因此，中小高炉在 我国炼铁工业中占 有重要的地位。如何建立和实现能指导 中小高炉炼铁人员进行炉温控制的炉温预报模型，不

4、仅有重 要的理论价值，而且具有重要的生产实践价值。但到目 前为 止,国内只有一些大型企业，如宝钢、武钢等有条件引进 了国 外的/高炉专家系统0。这些软件对高炉的检测条件要求 高,不仅要支付价格高昂 的软件费用，还需厂方为之配备大 量的基础自动化监 测设备。这 样的投 资对于一般的中小高 炉来说根本无力承担。所以，如何开发岀基于我国中小高炉 实际的炼铁优化专家系统，成为钢铁行业科技进步的重点研 究课题。本系统主要 针对小型高炉的特点设计，检测量少、 成本低、开发周期短，而且有利于提高我国小型高炉的自动 化水平。2专家系统与人工神经网络的应用专家系统就是用来完成一系列非常复杂、在过去也许只 能由极

5、少数经过高级训练的人类专家才能完成任务的系统。目前,专家系统在许多领 域中得到应用21整体结构本系统中，下位机负责采集和向上位机传送各个检测点 的参数如炉体温度及风的温度、 压力、流量等，上位机负责对 下位机的数据存储和数 据处理、故障诊断、趋势分析及图表 打印等,而且通过人 机会话窗口，可手工 输入生产过程的离 线数据，如入炉原料、铁水、铁渣的化验成分等。具体见 图1。图1炉温控制模型数据流程图12 2综合数据库综合数据库用于存放系统 的初始数据，以及系统推理过 程中得到的各种中间 结果和最后的结论。数据有不同的来 源：系统初始化数据、从下位机输送来 的原始数据、在设备发生故障时提取的数据、

6、故障诊断结果 数据、知识库在推理过程中得到的各种中间数据以及神 经网 络中的权值和阈值。根据数据的不同 来源,建立如下3个数据库：阈值数据库。负责管理 工艺参数阈值、神经网络的权 值和阈值。现场采集的原始数据数据库。负责管理实时数据、定 周期采集的数据、故障发生时采集的数据。故障档案管理数据库。负责管理技术人员诊断结果、 实际检修分析的故障、专家系统自动诊断结果2。2 3炉温的预测控制模型在高炉过程 控制中,将神经网络技术与专家系统相结 合,会收到良好的效果。本 文以炉温预测为例，由于其逻辑 关系不明确，抽取规则十分困难，难于建立专家系统，可通过 神经网络来进行知 识获取。通 过建立 神经网络

7、专家系统来 进行高炉炉温预测；通过神经网络的学习预测下一炉的 岀铁 情况，用硅含量来表示炉温，从而分析炉热状态，及时预防炉 况的异常情况发生；而且可以通过下拉菜单和对话框方 式输 入样本数据文件及可 根据用户需要增加或删减输入输岀节 点数与隐含层的层数和节点，并能调节学习速率系数和冲量 系数。本系统输入参 数节点取M = 8硅含量作为输岀节点N= 1,根据Maren理论做出引含层节点数 P= , M# N = 3个 的一层引含层网络结 构。具体见图23。采集，所以要用1块ADAM- 4017模块。系统框图见图 3图3 系统硬件配置图4 软件设计软件主要由4部分组成：界面设计、通讯设计、数据库设

8、计、专家系统设 计。在这个方案中，我们采用VB编制上位 机监控程序，V isual Basic 6 0是当前最流行的开发软件之 一,它界面友好，使用简单，易于学习，开发周期短，运算能力 强，并支持面向对象的编程方法和具有结构化的事件驱动编程模式。而且 VB高级语言的强大功能可以很容易地实现 数据库管理，使监控和管理溶为一体。程序流程见图44。学习子系址图4专家系统程序流程图输出层枪入层生铁琏含fi生钱%含盘小时岀铁量炉顶压力O热风压力炉Bi温嵐图2高炉炉温预测的神经网络结构3硬件与选型数据采集采用现场分布总线形式，主要使用研华ADAM -4020 ADAM - 4518和ADAM - 4517

9、三种模块,具有结构 简单、造价低、扩展灵活特点。ADAM- 4520模 块是 RS232- RS485转换模块。ADAM -4018模块为热电偶输入模块，用来进行温度测量，它具有8 路输入通道，本系统中共有16路高炉炉体温度信号要采集， 所以选用了两块 ADAM- 4018 ADAM- 4017模块是8通道 的数据采集模块，本系统中有风温、风量、风压共6路信号要5结语该系统在唐山顺兴钢铁公司投入运行，提高了操作人员 的操作水平，产铁量有所增加，质量更趋稳定。实践表明，在 投资小、检测点少的小型高炉控制系统，也可实现高炉的 智能 化采用VB 6 0编写程序，短时间内就可以设计出交互界 面友 好、

10、功能易扩展的程序。并且各种高新技术的进步将推动高炉专家系统不断发展，这种发展必将使高炉专家系统进入一 个崭新的阶段。可以预料，将人工智能技术引入高炉炉况判© 1994-2013 China Acatkimc蕪野廳理 E-砧沁G同克JL窮滥uomJournal Ektironic Publishinn IIouscj All rights第27卷第3期甘 肃冶金Vol 27 No 32005年 9月GANSU METALLURGYSep, 2°°5文章编号：16724461( 2005)030022-03浅析铝工业现状及未来发展趋势安锦如（兰州铝业股份有限公司项目部

11、，甘肃兰州 730060）摘 要：介绍了现代铝工业的组成部分、发展现状以及未来发展趋势,着重阐述了再生铝工业与原生铝工业相比所具有的低投资、低能耗、低污染和工艺简单等特点，未来再生铝工业的发展趋势。关健词：原生铝；再生铝；节能；环保中图分类号：F407 3文献标识码：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现代铝工 业由原 生铝工业（Primary A lim inum Industry） 和再生铝 工业（Recycling Alum inum Industry）组成。在原生 铝工业领域，它依靠不可 再生的矿产资源和能源,采用传统 的矿物加工处理方 法来提取金属铝。而再生铝的初始资源 形态非常接近于原生铝工业的最终产品，为了达到再生铝的 目标产品，其生产与矿物加工处理方法有本质上的差异。从物质流动的方向看，原生铝工业是一种单向流动 的线 性生产模式，即/资源-生产-消费-废弃物排放0,依靠的 是高强度地开 采和消 耗资（能）源,同时高强度地破坏生态

14、环境。而再生铝工业却把生产 活动组织成一个/资源-生产-消费-再生资源0的反馈式流程，最大限度地反复利用进 入系统的物质和能量，实现/低开采、高利用、低排放0,以提 高生产运行的质量和效益。再生铝工业孕育于循环经济发展过程，崛起于循环经济 浪潮之中。再生铝的崛起，将大大减少原生铝对资源、能源 的依赖和减轻对环境的压力，它是现代铝工业的重要组成部 分,代表着现代铝工业的 未来发展方向。当一些发展中国家 在原生铝工业领域苦苦寻求可经 济替代资（能）源与核心技 术来应对不断枯竭的资（能）源危机以及日益 严重的环境压 力时，一些发达国家 却逐步或全面退岀原生 铝工业领域，按 照循环经济理论，重新规划铝工业发 展模式，大力发展再生 产铝工业，把铝工业从以市场为导向的产品工业转变成以生 态规律为准则的绿色工业，逐步实现资源、经济、环境与社会 的全面、协调与可持续发展。断中，实现各种技术的集成，这一工作前景是十分广阔的。参考文献：1 刘 芳.高炉炉温的多目标 优化控制D.浙江大学硕士论 文,2001, 3 40.2 严良文，董振兴，张东山，等.旋转机械 故障诊断专家系统数据库子系统的实现技术J.化工装备技术，2001, 4 53 583 刘金琨，吴兆