高炉专家系统

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1、高炉专家系统摘 要：本文叙述了高炉专家系统的发展与应用，分析了高炉专家系统存在的优点与不足，以及 对国内专家系统的展望。关 键 词：高炉；专家系统；过程控制；冶炼AbstactThis paper describes the development and application of the blast furnace expert system analysis of the advantages and disadvantages of the blast furnace expert system, as well as the outlook for the domestic exp

2、ert system.1、前言随着机技术的普及，人工智能锈域的专家系统不断深入研究，已形成了如医学、地质等等领 域的专家系统，并取得可喜的成绩，高炉冶炼专家系统也应运而生0 1985年迄今，在高 炉操作计算机控制技术中，运用人工智能与知识工程技术，汇集经验操作者的智慧和冶炼理 论研究专家的成果，构成多种专家系统，预测炉况发展趋并给出操作指示。目前高炉系统还 在不断发展过程中，有优点也有不足，走在前列的有日本的新日铁等，国内已有以宝钢为代 表的高炉专家系统在不断发展与完善。2、高炉专家系统概述由于高炉操作的复杂性，高炉操作又离不开人的综台判断和经验，依靠综合判断系统也只能 简单地定性反映高炉状况

3、，及时提醒操作员注意，起预防作用。为了达到像人类一样操作高 炉，必须搞专家系统，让计算贮存优秀的高炉专家经验，根据现场采集的信息，计算机独立 作出判断。计算机依靠自身不断更新知识，作出正确判断，定量指导生产，这就是依靠人工 智能领域的知识建立高炉专家系统把计算机在高炉上的应用更向前推进。高炉专家系统可分为三个组成部分：炉体状态专家系统、顺行状态专家系统、热状态专家系 统。每部分又可分成若干个子系统，各子系统分别解决高炉冶炼工艺中的具体问题，高炉专 家系统中各个子系统是相互影响的。专家系统一般构成图如下：3、国外开发应用概况1985年以来，日本先于其它国家开发了用于高炉操作控制的BAISYS、S

4、AFAIA、YBRID及GO 一 Stop 等专家系统，并在实际中得以应用，其他国家随后也发展起来。21 新日铁高炉专家系统 高炉现场数据南过程计算机收集，经数据通讯通道传送到专用处理机去进行处理分析，其结 果再返回现场显示。系统设有二个知识库，一为在线使用，一为离线使用。2. 2 鹿岛 1号高炉专家系统 其运行特点是将数学模型和实际规则两者相结合，操作数据采集为 2rain 次，计算为 10rain 一次，取小时平均值。短期控制时，操作数据用于判断炉况。正常炉况下，喷煤比 风温及湿度等均用炉热指数 TS 数模控制，异常炉况下由经验规则来实施控制。专家知识库 中含1200条规则。铁水硅含量si

5、与铁水温度的预测命中率达85% 90%。长期控制时， 操作数据用于诊断炉况，然后由生产决策者判定长期操作的方针与相关参数控制值。2. 3 水岛 4 号高炉专家系统该系统为 GoStop 模型的改进型炉况判断专家。动态模型在给定时间间隔内作一次运算， 对过程、状态做出判断，静态模型离线运行产生的信息给工程师、管理者作判断用。系统管 理范围为修复风指导、异常炉况的操作、日常操作指导（炉体热负荷控制、炉底温度控制、 无钟炉顶使用方法、低硅冶炼、防止炉缸不活跃）等方面。24 模型集成系统新日铁大分厂2号高炉上的模型集成系统（SAFAIA系统），是以软融带推断模型为主建立的。 整个系统包含532个传感器

6、， 8种软融带模式， 1个专家知识库（内含5850条规则）。在过程 控制应用中，系统采样时间间隔1s（采集1200条过程数据）给出操作指示的时间间隔为 5s。京滨1号高炉（4907m ）上的模型集成系统，是以无钟炉顶炉料布料模型为主建立的。 该系统的专家知识库，是由装料制度、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。2. 5 芬兰拉赫厂高炉专家系统 芬兰罗德洛基公司拉赫厂2号高炉的控制模型，是20世纪90年代以后，在日本川崎 GoStop 系统的基础上发展起来的 ，由动态模型与静态模型组成，目标是保持高炉下部的热平 衡，防止高炉出现不稳定和异常炉况。2. 6 奥钢联林茨

7、厂高炉专家系统 该系统为奥钢联工程技术公司与林茨厂联合开发，自 1997 年 以来 ，专家系统在 2772m 高炉上以闭环方式成功地运行，在无操作人员任何介入的情况下，每天24h对燃料比、 炉料碱度 、燃油喷吹、加蒸汽及炉料分布等实施 自动控制。控制系统最显著的特点是对原 燃料条件无苛刻要求，能适应原燃料条件变动的短期调整。此外 ，比利时、瑞典、澳大利 亚 、美国、俄罗斯等国也都相继开发应用了自己的高炉专家系统，并以其作为推动炼铁技 术进步、挖掘高炉生产潜力、实现节能降耗的重要措施。4、国内开发应用概况多年来，在资金、技术、基础设施条件等与国外相差甚大的情况下，国内也一直致力于高炉 过程控制技

8、术与专家系统的开发研究工作 ，且多以厂校（或院 、所 ）合作的方式进行。4. 1 首钢高炉专家系统20世纪90年代初北京科技大学与首钢合作开发的系统，由炉热状态判断(si预报)、 炉况顺行判断(悬料，崩料 ，滑料等)和炉体状态判断(炉墙结瘤、冷却壁烧穿及漏水等)三 个子系统组成。首钢人工智能高炉冶炼专家系统，当时居国内领先水平， 1998 年曾获得国 家专利，并应用在首钢 1726m 高炉上。因未随计算机技术进步继续深入开发和完善提高，2000 年被首钢引进的芬兰高炉控制专家系统所取代。4. 2 宝钢高炉专家系统1986年，宝钢2号(4503m)高炉引进日本GoS top系统，在消化吸收引进技

9、术的基础上， 1999年宝钢与复旦大学合作开发了炉况监视和管理系统，在1号高炉(4063m)上使用至1995 年停炉大修。1995年，宝钢在2号高炉上开发应用高炉人工智能专家系统 ，1997年通过 了 专家技术鉴定。因国内一般大型高炉在技术装备条件和原燃料条件方面均达不到宝钢高炉水 平，建立在此基础上的宝钢专家系统，难以在国内一般高炉上推广应用。4. 3 武钢等引进的国外高炉专家系统1997年，武钢4号高炉(2516m )引进芬兰罗德洛基公司的高炉控制专家系统，1998年投入 生产应用，并取得技术经济成效。此外，继武钢之后，首钢、本钢 、昆钢、攀钢等大型高 炉也相继引进芬兰、奥地利的高炉专家系

10、统。5、高炉专家系统问题探索与建议目前高炉专家系统构造存在的问题是构造专家系统所耗费的人力和机时太大。造成这个问题 的一个重要原因是缺乏构造适合于高炉专家系统所需的开发工具，使开发中大部分人力和机 时耗费在重复已有的劳动上。目前，国内外已从开发实用专家系统的研究转向以专家系统开 发工具为研究中心的潮流。进行专家系统开发时，选择正确的问题范围和挑选合适的开发工 具是两个最困难的任务。选择专家系统开发工具的困难是因为多数开发工具是为处理某一特 定问题而开发的。用专家系统开发工具开发高炉专家系统时专家系统开发工具必须具备 以下特点。 以实时控制为目标，具有很高的推理速度 与传统的控制系统有良好的融合

11、性 与应用程序有良好的融合性 具有较强的知识获取及知识库维护功能 具有较强的实时数据处理能力高炉操作指导建立在专家系统的解释机制基础上，目前的高炉专家系统操作指导仍采用传统 专家系统推理机的方法。高炉是一个惯性和时滞性很大的复杂的动态系统，其操作指导是在 试探性中进行的时序操作流程，在实际应用时，往往有多种操作手段，应根据工艺参数和经 济因素兼顾的原则选择调剂参数；由于高炉的操作变化要经过一段时间能反映出来，每个操 作指导不是孤立的结点。受上一动作结果的影响和当前状态的制约，当提出某个建议后，它 与下一步的操作建议之间存在时间顺序和因果关系，并对未来的操作产生影响。因此高炉操 作指导具有动态性

12、、不确定性、时间延迟性，而且操作者个人决策起着一定的作用。应将专 家知识和操作者的主观能动性结合起来建立高炉操作指导决策机构，即必须采用传统的专 家系统的方法同决策支持系统有机地结合起来，既利用专家的知识和经验，又发挥操作者的 主观能动性，建立高炉专家支持系统 ，实现对高炉操作更好的指导。6、结语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。对于我国来讲既是机遇也是挑战，在高炉装备水平与原料客观条件存在明显差距条 件下，借鉴国外经验，立足国内高炉条件 ，自主开发投资省 、应用效益显著的实用型专家 系统 ，使其在技术性能上适应国内操作者的传统操作习惯 ，在功能上满足高炉需求，以便 在国内高炉上普遍推广应用，为我国走向钢铁强国打好坚实基础。参考文献1 高炉专家系统技术展望【作 者】刘金琨 吴士杰【刊 名】钢铁研究学报.1997(3)2 智能专家系统在高炉中成功应用【作 者】无【刊 名】机电一体化.2003(3) 3高炉与专家系统【作 者】吴学贤【刊 名】宝钢情报.1992(1)4 高炉过程控制与专家系统【作 者】王茂华 汪保平 惠志刚【刊 名】山东冶金.2005(3)