文档介绍：烧结生产过程控制专家系统 许满兴
北京科技大学冶金研究中心
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一、前言
在烧结生产过程系统中,存在复杂的物理化学变化,既有燃料的燃烧,热量的传质传导,,碳酸钙等新相的生成及再结晶长大,各种杆榄石(铁杆榄石,钙铁杆榄石等)的生成,既有固相反应,又有液相反应,形成烧结过程工艺参数多变量,影响烧结矿的产质量因素多因子全方位,各参数和变量间关联也密切复杂,存在着非线性,时超越时滞后,分布参数特性及种类繁多的干扰,加上参数测量的不精确性及系统动力学的不稳定性,造成基于传统定量方法的数学模型的应用受到了一定的限制。总之一句话,由于烧结过程的复杂难以用数学模型方法实现优化控制的目的。借助智能控制(人工智能)系统实现对烧结过程的优化控制,已是现代烧结过程电脑控制技术的发展方向。
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智能控制方法可分为规划控制,模糊控制,人工智能与数学模型相结合的智能控制、人机智能结合系统等九大类,在烧结过程中,人工智能系统主要有模糊控制和专家系统两大类,而最主要是专家系统[1]。
早在八十年代初期,[2]日本已将人工智能技术用于烧结生产领域,1980年,日本川崎千叶厂就开发了烧结操作指导系统(OGS),经过近十几年的发展,OGS烧结操作指导系统已发展成由一个主系统(能识别与透气性,设备保护,产质量有关的条件)和四个子系统组成的专家系统,其四个子系统分别为操作自动调节系统,烧结能量控制系统,给料闸门控制系统和化学成分控制系统。1990年川崎水岛厂也开发了诊断型专家系统,可进行燃结终点控制,设备保护和产质量控制,该系统共有500条规则,1100步FORTRAN程序,应用效果良好。目前日本烧结厂大多数都开发了适合于本厂烧结控制的人工智能系统。
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1990年澳大利亚的纽卡斯尔和肯布拉港烧结厂也应用专家系统开发工具,建立了专家系统并付诸应用。
在我国烧结生产采用计算机控制开始于1982年,首钢烧结厂首先采用美国贝利公司的N-90网络系统,建立了原料、配料、烧结、除尘及筛分系统、报表及生产管理五个控制沾,投入使用后稳定可靠[3],此后,1985年9月和1991年7月相继投产的宝钢一烧和二烧工程,分别采用了日本横河YODIC--350/50-A2200型计算机,前者与仪表组成SPC控制系统,后者仪表和电气采用三菱公司的MACTUB-620分散控制系统,组成一个多级计算机系统,不仅对烧结生产过程能进行管理与控制,还能外围进行数据通讯,制表和CR-显示,并且还能作最优控制和适应控制计算,以及对烧结模型的开发。八十年代末即1988-1989年,我国太钢、武钢和鞍钢新建的大型烧结机(180-393m2)也先后采用了美国贝利公司的N-90网络系统对烧结过程实现控制和监控,
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重钢1988年新建的105m2烧结机则采用了德国的两门子公司T-M系统对配料和烧结进行控制和监控。以上情况说明计算机在我国烧结生产中有了应用,但与世界先进水平比,差距还很大,我国还仅停留在单个环节的控制,整个生产工艺过程还没有形成控制过程。在我国采用人工智能控制烧结过程的研究,1992年才起步,中南工大和北科大开始这方面的研究工作,“八五”期间,中南工大与鞍钢合作,较成功地将专家系统应用于烧结生产控制。
二、烧结生产过程控制专家系统的组成
中南工业大学与鞍钢联合开发的IEGS专家系统在结构上主要包括智能接口、知识库管理系统和过程控制指导系统三部分。其中智能接口包括智能网络接口和智能人机接口两部分。
专家系统的核心是知识库和推理机两个部分,下面对该两部分作概括和必要介绍:
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1、知识库
烧结过程控制的知识包括生产数据、事实、数学模型、启发性知识和元知识(元知识主要确定各任务的求解顺序),专家系统知识库的各组成分述如下:
它存信者实时生产数据和其他数据,生产数据是烧结过程控制的出发点,有的推量过程需要多个时刻的生产数据,如碱度(R)、烧结终点(BTP)等,有的只需要现在时刻的生产数据,台分压(ΔР),料层原质(H)等,均采用谓词逻辑统一表达,例如:,表示为data-be