本钢五号高炉专家系统课件

本钢五号高炉专家系统本钢五号高炉是70年代我国自行设计、制造、施工的大型高炉，采用地得式外燃式热风炉。20多年来，本钢通过大修对5号高炉进行多次改造，其装备水平和生产指标均有很大提高。但随着炼铁技术飞速发展，目前5号高炉与国内同类型高炉相比，装备水平显得偏低，满足不了企业发展的要求。于是公司决定2001年7月末停炉进行改造性大修。这次大修将炉容由2000m3扩大到2600m3，并且增添了许多具有一定先进水平的设备，其中包括无料钟炉顶，铜冷却壁，WDPF集散控制系统，尤其是从芬兰罗德洛基引进的高炉专家系统等。高炉过程控制技术的发展

高炉作为一种成熟的炼铁工艺有一百多年的历史了，由于高炉炼铁过程十分复杂，它涉及到气、固、液三相的交互作用，因此，全面而正确地理解高炉内发生的各种现象很困难，长期以来，高炉过程的控制一直主要依赖于人们在长期生产实践中所积累起来的种种经验，正是这些特点使得过程控制成为计算机的最佳应用领域。高炉过程控制技术的发展

但由于高炉过程本身所具有的不确定性，致使难以确定组成数学模型的方程中的参数值，通过数学模型来控制高炉过程遇到了许多困难，主要原因在于影响高炉的各种条件是变化的，从而导致了高炉中动量、热量、质量的传输过程呈现出不同的特性，而数学模型中反映这种变化的参数并不能随炉况的变化而变化。高炉过程控制技术的发展

七、八十年代日本人中数学模型的研究中投入了大量的人力、物力，开发了几十个数学模型，大大加深了对高炉过程的认识，在原、燃料及炉况稳定的条件下，模型结果可以反映高炉运行的实际情况，但一旦高炉炉况发生波动，用模型来控制高炉就显得力不从心了，因为高炉控制方式是一种基于人工经验的控制方式，要实现高炉过程控制的突破，应该充分反映高炉生产的这种特性。高炉过程控制技术的发展

八十年代末期计算机技术取得了突飞猛进的发展，作为计算机技术分支之一的专家系统技术也逐渐成熟。专家系统是一种模拟人类思维过程、充分利用人们的经验对付复杂过程进行跟踪、控制和管理的技术。日本人首先将专家系统技术用于高炉过程控制并取得了可喜的成功，目前世界个发达国家如日本、美国、德国、比利时、瑞典、芬兰、法国、奥地利、英国、韩国、印度等国家均购买或自主开发了许多成功的专家系统，这其中以日本川崎公司的AGS系统最负盛名。芬兰罗德洛基公司91年从日本购买了AGS系统，93年在高炉上正式实施，对稳定炉况发挥了积极的作用。高炉过程控制技术的发展

我国面临着“信息化带动工业化，实现跨越式发展”的历史机遇。国家对制造业信息化工程的大力投资，为钢铁企业的信息化改造，为顺利推进高炉冶炼过程的自动化控制提供了难得的机遇。应用“高炉专家系统”提高高炉的操作技术水平，挖掘高炉生产潜力，节能降耗，提高经济效益，是钢铁企业引进和开发应用“高炉专家系统”的源动力。高炉过程控制技术的发展

“高炉专家系统”作为智力劳动的延伸，作为“专家级”操作经验与智慧的结晶，各种“专家知识规则”借助于信息技术的进步，能够及时地、自动化的判断冶炼过程发生的各种异常炉况，从而避免了人为的疏忽，为工长精细化操作赢得了时间和经验。这样，使用专家系统取得经济效益也就是顺理成章的事了。专家系统的特征

所谓高炉冶炼过程专家系统实际上是一类计算机软件系统，它根据计算机科学中的专家系统与神经网络原理，依靠由优秀高炉冶炼专家提供的经验和知识所建立的知识库，凭借系统的推理机进行逻辑推理和判断，去模拟高炉冶炼专家处理高炉冶炼过程中出现的各种复杂问题的能力，从而对高炉生产进行指导，其特点如下：专家系统的特征

⑵高炉冶炼专家系统主要是有高炉操作人员的经验和知识所构成的知识系统，参照操作条件和管理条件的变化，使炉况判断定量化，可以避免漏判和误判，达到比较准确控制高炉目的。⑶专家系统是一种开放性的知识系统，高炉操作人员可以根据高炉状况的变化及时修改知识库中的内容，从而确保系统的可靠性，提高系统的命中率。⑷利用专家系统所提供的大量信息，可以加快对高炉操作人员似的培养过程，丰富他们对高炉过程的认识。⑸．利用专家系统较易实现高炉的标准化和规范化，平滑班与班之间的操作。专家系统的构成一个专家系统是由若干个具有特殊功能的程序模块组成，常见的专家系统如图1所示。主要的功能块包括：知识库：用语存取和管理所获得的高炉知识和高炉操作经验，供推理机用。推理机：用于对知识库内的知识进行搜索推理，求出问题的答案数据库：用于存放系统运行过程中所产生的信息。就五号高炉而言，包括渣、铁信息、原燃料化学分析、高炉检测过程信息、系统运行中间结果等。专家系统的构成用户界面：高炉操作人员与专系统进行交流的通道。负责将用户所输入的信息转换成系统内部的表达形式，同时将系统内部信息转换成用户易于理解的外部输出形式。知识获取子系统：它对知识库进行编辑、修改、更新等作用。解释子系统：用于对推理结果进行解释。日本高炉专家系统的构成20世纪70年代以后，随着日本钢铁工业的崛起，日本对高炉过程的计算机应用及其数学模型的研究开始居于国际先进水平。各种炉热指数模型和炉温预测模型应用于日本各大高炉冶炼过程。随着模型研究的深入，人们很快意识到：以高炉炉温控制为核心的高炉冶炼过程的自动控制，完全不同于传统控制理论范畴的自动控制。高炉炉温控制不是单纯的反馈控制。于是日本各钢铁厂先后提出了以炼铁专家知识为基础的逻辑判断与数量计算相组合的模型，如：“炉况诊断模型”、“GO-STOP模型”，操作管理系统“AGOS模型”等等。于是开始了高炉过程控制中人工智能应用的研究，明确提出建立高炉冶炼过程的“专家知识规则”。日本高炉专家系统的构成在各种各样的“专家系统”开发中，具有代表性的应用研究成果有：（1）以软融带推断模型为主建立的模型集成系统，在新日铁大分厂2号高炉上应用，简称SAFAIA系统，使用532个传感器，8种软融带模式，专家知识库建立5850条规则，采集200条过程机数据，系统采样时间间隔秒，推理判断给出操作指导时间间隔为5秒。（2）以无钟炉顶炉料布料模型为主建立的模型集成系统，应用在日本京滨1号高炉（4907m3）上。该系统根据装料制度，煤气流状态，炉体温度场，风量，风压，透气性等重要影响因素组成专家知识规则库。日本高炉专家系统的构成（3）以炉顶预报与异常炉况判断为主的专家系统，应用在日本钢管福山厂5号高炉上，BAISYS系统。它包含900个检测点，传感器数据采用分钟滤波，专家知识库含700多条规则（炉热预报500多条，炉况判断200多条）。2分钟一次预测异常炉况，包括管道、崩料等，20分钟一次炉热状态推断。命中率83%。这是基于传感器的在线实时型专家系统。（4）应用在日本川崎水岛4号高炉上的AdvancedGO-STOP模型，即炉况判断改进型专家系统。这也是上海宝钢2号高炉在80年代中期引进GO-STOP模型后，90年代引进的模型。国内开发,应用,引进的“高炉专家系统”与国际先进水平相比，国内大型钢铁公司投入高炉专家系统开发应用研究的资金与技术力量都比较薄弱。90年代以来，国内高炉推进基础自动化改造取得了显著成效。许多高炉在完成基础自动化改造中采用了计算机数据采集系统PLC或DCS替代了高炉仪表，实现了高炉过程参数的集中控制。这些基础自动化改造取得了炼铁生产的应用成效，高炉冶炼过程的顺行状态和技术经济指标得到改善。以计算机替代高炉仪表作为高炉应用计算机的初级阶段，它也为高炉专家系统的应用打下了硬件技术基础。国内开发,应用,引进的“高炉专家系统”（1）首钢“人工智能高炉冶炼专家系统”。这是90年代初北京科技大学与首钢合作开发的专家系统，应用在1200m3高炉上。他包括3个子系统（[Si]预报）；炉况顺行子系统（悬料，崩料，滑料等）和炉体判断子系统（炉墙结瘤，冷却壁烧穿及漏水等）。该系统是当时国内的领先水平。由于没有继续深入开发和完善提高，2000年首钢决定引进芬兰的“高炉专家系统”。国内开发,应用,引进的“高炉专家系统”（2）鞍钢10号高炉（2580m3）高炉专家系统。这是1995年冶金部立项的重大课题，投资500万元，由北京科大，东北大学和鞍钢三家合作开发。经过6年努力，在专家知识库、炉况诊断等方面取得一定成果。该系统仍在调试完善中，尚未成为工长的生产工具。由此可见高炉专家系统开发的技术难度，特别是多学科交叉的技术研究开发转化为生产力的难度。国内开发,应用,引进的“高炉专家系统”（4）宝钢2号高炉1986年引进日本的“GO-STOP系统”。这是国内巨资引进软件的第一座高炉。90年代升级为“ADVANCEDGO-STOP”。在消化引进技术的基础上，宝钢与复旦大学合作开发了“1号高炉（4063m3）操作指导专家系统”。其功能类似GO-STOP系统，但对炉况的综合判断是用“专家系统”来实现。由于宝钢高炉的专家系统是在高水平装备条件和原燃料基础上的专家系统，因此，宝钢的专家系统未能消化，也没有在国内大型高炉上推广应用。国内开发,应用,引进的“高炉专家系统”（5）武钢4号高炉（2500m3）1997年引进芬兰罗德洛基公司的“高炉控制专家系统”，系统软件费1100万元人民币，配套检测设备投资2000多万元。1998年该系统投入生产应用，并取得技术经济成效。在武钢引进高炉专家系统之后，我国特大型钢铁企业首钢、本钢、昆钢、攀钢等大型高炉也相继以80万欧元-100多万美元的价格引进芬兰、奥地利的高炉专家系统，以推动高炉炼铁的技术进步。高炉冶炼专家系统控制和管理的内容五高炉冶炼专家系统是一种基于规则的系统，该系统从控制内容上共分四部分。包括对炉温、炉型管理、高炉顺行、炉缸中渣铁平衡的控制管理。有关的控制与渣、铁平衡有关的内容高炉冶炼专家系统控制和管理的内容