專利名稱：具有自學(xué)習(xí)控制功能的高爐布料控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高爐多環(huán)布料自動(dòng)控制系統(tǒng)，用于無(wú)料鐘爐頂高爐的多環(huán)布料方式，使得在煉鐵過(guò)程中實(shí)現(xiàn)布料過(guò)程中均勻布料，特別是用于控制料流閥開(kāi)度的智能控制。
背景技術(shù)：
目前的高爐布料，特別是在大型高爐，主要的布料方式是多環(huán)布料。它實(shí)現(xiàn)了等面積布料對(duì)穩(wěn)定爐況、提高煤氣利用、降低焦比起到了明顯作用。合理布料能提高產(chǎn)量，有利于高爐順行，降低燃料消耗。由于爐內(nèi)料柱的空隙度約在0.35—0.45，且上升的煤氣對(duì)爐料的阻力約占料柱有效重量的40% 50%，導(dǎo)致煤氣分布不均勻。通過(guò)改變煤氣分布，減少對(duì)爐料的阻力，從而保證高爐穩(wěn)定、順行、提高冶煉強(qiáng)度、增加產(chǎn)量。通過(guò)合理布料能延長(zhǎng)高爐壽命。邊緣氣流過(guò)分發(fā)展時(shí)，必然加劇爐墻侵蝕。通過(guò)布料控制邊緣氣流，既能保護(hù)爐墻，又能改善煤氣利用。合理布料還可以預(yù)防和處理一些同類型高爐冶煉時(shí)發(fā)生的事故，如:高爐憋風(fēng)、處理爐墻結(jié)厚、邊緣過(guò)重，引起渣皮進(jìn)一步脫落等。由于高爐布料的原料配比、質(zhì)量、粒度變化頻繁，增加了布料難度。高爐布料的被控對(duì)象相對(duì)復(fù)雜，系統(tǒng)擾動(dòng)較多，例如稱量罐稱重偏差，原料粒度變化造成了布料難以均勻，料流閥和溜槽等設(shè)備誤差等，要實(shí)現(xiàn)每環(huán)的布料穩(wěn)定，保證設(shè)定時(shí)間布料正好就相對(duì)困難。目前，高爐布料方式基本采用人工手動(dòng)布料，每次根據(jù)稱量罐的原料重量，通過(guò)簡(jiǎn)單的公式計(jì)算出一個(gè)料流閥開(kāi)度。這種控制方式不僅增加了操作者的工作量，而且開(kāi)度的計(jì)算也很難精確，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)提前料空或者設(shè)定時(shí)間剩料，這樣勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致高爐的爐況惡劣。所以，研究出一種智能化的高爐布料方法就非常迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有自學(xué)習(xí)控制功能的高爐布料控制系統(tǒng)，可有效解決現(xiàn)有控制方式既增加工作量又不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，本發(fā)明基于專家自學(xué)習(xí)的多環(huán)布料控制系統(tǒng)，通過(guò)專家自學(xué)習(xí)系統(tǒng)來(lái)控制料流閥開(kāi)度，一旦出現(xiàn)布料時(shí)間偏差，則根據(jù)偏差情況自動(dòng)修正專家知識(shí)庫(kù)，直到滿足工藝要求為止。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):I)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，擬合出多條由各種原料布料過(guò)程中的流量和料流閥開(kāi)度的關(guān)系曲線，并把這個(gè)特性曲線離散化保存；2)由設(shè)定的布料時(shí)間和稱量罐的重量計(jì)算出原料理論流量，根據(jù)每次的原料理論流量計(jì)算料流閥開(kāi)度；3)為保證專家知識(shí)庫(kù)的更新收斂速度和穩(wěn)定性，采用自學(xué)習(xí)算法以適應(yīng)原料種類、原料重量、布料時(shí)間、布料傾角等參數(shù)的變化；3)當(dāng)出現(xiàn)其他未知 變量或者無(wú)法檢測(cè)的因素對(duì)布料造成影響時(shí)，會(huì)造成提前料空或者設(shè)定時(shí)間剩料，本系統(tǒng)通過(guò)自學(xué)習(xí)方法更新自學(xué)習(xí)知識(shí)庫(kù)；
4)對(duì)于多環(huán)布料這個(gè)多擾動(dòng)的被控對(duì)象，本方法具有良好的自適應(yīng)能力；5)本發(fā)明適用于鐵礦石和焦炭等原料的布料，在根據(jù)原料理論流量布料，利用人工智能的方式，調(diào)整料流閥開(kāi)度，完成布料的優(yōu)化控制。6)對(duì)于自學(xué)習(xí)表格的修改，采用模糊控制方式，加快收斂速度，減少誤差。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明可有效解決現(xiàn)有控制方式既增加工作量又不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，本發(fā)明基于專家自學(xué)習(xí)的多環(huán)布料控制系統(tǒng)，通過(guò)專家自學(xué)習(xí)系統(tǒng)來(lái)控制料流閥開(kāi)度，一旦出現(xiàn)布料時(shí)間偏差，則根據(jù)偏差情況自動(dòng)修正專家知識(shí)庫(kù)，直到滿足工藝要求為止。對(duì)于多環(huán)布料這個(gè)多擾動(dòng)的被控對(duì)象，本方法具有良好的自適應(yīng)能力；本發(fā)明適用于鐵礦石和焦炭等原料的布料，在根據(jù)原料理論流量布料，利用人工智能的方式，調(diào)整料流閥開(kāi)度，完成布料的優(yōu)化控制。對(duì)于自學(xué)習(xí)表格的修改，采用模糊控制方式，加快收斂速度，減少誤差。


圖1是本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明的專家控制器控制原理具體實(shí)施例方式本發(fā)明基于專家自學(xué)習(xí)的多環(huán)布料控制系統(tǒng)，通過(guò)專家自學(xué)習(xí)系統(tǒng)來(lái)控制料流閥開(kāi)度，一旦出現(xiàn)布料時(shí)間偏差，則根據(jù)偏差情況自動(dòng)修正專家知識(shí)庫(kù)，直到滿足工藝要求為止。多環(huán)布料的專家自學(xué)習(xí)系統(tǒng)依據(jù)不同原料地流量特性和料流閥開(kāi)度建立多條關(guān)系曲線。初始專家系統(tǒng)通過(guò)理論布料知識(shí)建立，隨著系統(tǒng)投入運(yùn)行使用后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備及實(shí)際布料情況逐步修正專家知識(shí)規(guī)則，最終完善專家知識(shí)庫(kù)。1、理論依據(jù):通過(guò)對(duì)高爐布料工藝的了解，決定料流閥開(kāi)度的主要因素有設(shè)定的布料時(shí)間、原料種類、原料的重量、料流閥機(jī)械特性等。布料時(shí)間直接影響料流閥開(kāi)度。一般情況下，原料重量等其他條件一定，設(shè)定布料時(shí)間越長(zhǎng)，料流閥開(kāi)度應(yīng)越小，設(shè)定的布料時(shí)間越短，料流閥開(kāi)度越大。布料時(shí)間通常由操作者設(shè)定，正常運(yùn)行的話可根據(jù)料面情況定期按預(yù)期設(shè)定的布料時(shí)間布料。對(duì)于高爐布料而言，原料種類有鐵礦石和焦炭。由于其本身密度不同而導(dǎo)致料流速度不同。由于原料種類不同料流存在差異，所以在設(shè)定料流閥開(kāi)度時(shí)，也務(wù)必考慮到原料自身的料流特性。原料的重量可從稱量罐中獲取。一般情況下，在布料時(shí)間等其他條件一定，原料重量與料流閥開(kāi)度呈正比。料流閥的機(jī)械特性是雖然料流閥開(kāi)度與原料布料時(shí)的流量呈正比關(guān)系，但往往其關(guān)系并不是完全線性的。由于閥門開(kāi)度特性本身，在開(kāi)度為O到100%區(qū)間內(nèi)，與流量的特性往往呈曲線關(guān)系。鑒于上述特征，對(duì)于難以建立精確的高爐布料數(shù)學(xué)模型，采用專家系統(tǒng)加自學(xué)習(xí)的控制方法是比較合理的。`2、高爐布料的專家自學(xué)習(xí)控制原理
專家自學(xué)習(xí)控制利用很多被控對(duì)象的相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，使用人工智能技術(shù)或者計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行模擬人類專家決策，最終得出系統(tǒng)的最佳輸出。專家系統(tǒng)通常由人機(jī)交互界面、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取等6個(gè)部分構(gòu)成。高爐布料專家自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的基本原理描述如下:1、專家知識(shí)庫(kù)的初步建立。高爐布料的記錄中的數(shù)據(jù)可作為專家數(shù)據(jù)庫(kù)的基本專家知識(shí)。其中包括高爐的料流閥開(kāi)度、多環(huán)布料的時(shí)間及環(huán)數(shù)、稱量罐的重量、原料的種類等。2、專家系統(tǒng)控制料流閥的過(guò)程。當(dāng)布料條件滿足時(shí)，根據(jù)稱量罐反饋的原料重量、操作者通過(guò)手動(dòng)或者自動(dòng)方式設(shè)定的布料時(shí)間計(jì)算出布料的理論流量，把這個(gè)理論流量和原料種類等信息發(fā)送到專家系統(tǒng)控制器中，專家系統(tǒng)控制器找到保存的對(duì)應(yīng)流量和料流閥開(kāi)度的關(guān)系曲線，得出最佳的料流閥開(kāi)度，最后把這個(gè)開(kāi)度發(fā)送給料流閥控制器，由此開(kāi)度執(zhí)行布料。3、專家知識(shí)庫(kù)自學(xué)習(xí)的過(guò)程。高爐布料專家知識(shí)庫(kù)根據(jù)原料重量、種類和布料時(shí)間對(duì)應(yīng)專家知識(shí)庫(kù)中的關(guān)系曲線并計(jì)算出料流閥開(kāi)度，在執(zhí)行布料后，根據(jù)實(shí)際布料時(shí)間與設(shè)定布料時(shí)間比較，根據(jù)模糊控制算法，把時(shí)間差值模糊化，由模糊控制規(guī)則推理出曲線修正量。這樣，即可使專家知識(shí)庫(kù)按實(shí)際布料時(shí)間情況修改，又可以適當(dāng)?shù)目刂菩薷姆取?、專家系統(tǒng)控制周期專家系統(tǒng)的控制周期可由布料時(shí)間決定，每次布料前控制料流閥使其達(dá)到專家系統(tǒng)控制器計(jì)算的料流閥開(kāi)度。

3、高爐布料的專家自學(xué)習(xí)系統(tǒng)控制設(shè)備組成專家自學(xué)習(xí)控制布料設(shè)備由兩大部分組成，即高爐布料的專家自學(xué)習(xí)控制部分和布料控制部分。專家自學(xué)習(xí)控制部分由專家控制系統(tǒng)、自學(xué)習(xí)系統(tǒng)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成。專家自學(xué)習(xí)控制部分的硬件基礎(chǔ)是PLC與工控機(jī)。布料控制由布料控制器、料流調(diào)節(jié)設(shè)備
1、溜槽傾動(dòng)控制設(shè)備2和溜槽旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備3組成。4、設(shè)備運(yùn)行方式高爐布料的專家自學(xué)習(xí)控制設(shè)備投入運(yùn)行后，在運(yùn)行的初期階段，根據(jù)所布料的原料重量和布料時(shí)間建立的專家規(guī)則找出其在數(shù)據(jù)庫(kù)中的狀態(tài)值輸出料流閥開(kāi)度。同時(shí)，由定時(shí)器計(jì)算按此次料流閥開(kāi)度的實(shí)際布料時(shí)間。布料完成后，對(duì)比設(shè)定布料時(shí)間與實(shí)際布料時(shí)間，并進(jìn)行自學(xué)習(xí)，若實(shí)際布料時(shí)間大于設(shè)定布料時(shí)間，則對(duì)增加對(duì)應(yīng)布料的原料重量和布料時(shí)間的輸出料流閥開(kāi)度，反之則減少對(duì)應(yīng)布料的原料重量和布料時(shí)間的輸出料流閥開(kāi)度。具體修改自學(xué)習(xí)表中料流閥開(kāi)度的修正量采用模糊控制的方式計(jì)算，把布料時(shí)間差模糊化，推理出模糊輸出量，最后解模糊化，作為系統(tǒng)的最后輸出。但是，如果自學(xué)習(xí)算法出現(xiàn)問(wèn)題，例如收斂速度較慢，或者出現(xiàn)震蕩等，可通過(guò)操作者對(duì)自學(xué)習(xí)表的輸出料流閥開(kāi)度或者專家自學(xué)習(xí)的控制參數(shù)進(jìn)行修改，以保證專家自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的合理性。這樣，由專家自學(xué)習(xí)智能控制與操作者的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合，再經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)的時(shí)間實(shí)際運(yùn)行，所建的專家數(shù)據(jù)庫(kù)就會(huì)逐漸形成一個(gè)完善的控制數(shù)據(jù)庫(kù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:采用專家自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)對(duì)高爐布料的料流閥進(jìn)行控制，提煉出布料的原料重量和布料時(shí)間與料流閥開(kāi)度的關(guān)系曲線，并根據(jù)實(shí)際布料效果改變專家自學(xué)習(xí)輸出的料流閥開(kāi)度，可以有效的解決高爐布料的料流閥開(kāi)度計(jì)算不準(zhǔn)確而帶來(lái)的高爐生產(chǎn)質(zhì)量下降。本發(fā)明適用性、可移植性強(qiáng)，對(duì)于不同的無(wú)料鐘爐頂高爐，通過(guò)初步建立專家知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后專家知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)自學(xué)習(xí)就可以逐步完善，不受高爐布料特性限制。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。在圖1中，本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)主要由三層結(jié)構(gòu)組成:智能控制層、PLC監(jiān)控層和執(zhí)行機(jī)構(gòu)層。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)層由料流調(diào)節(jié)設(shè)備1、溜槽傾動(dòng)控制設(shè)備2、溜槽旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備3組成。傳遞的信息數(shù)據(jù)有Dl (原料種類、原料重量數(shù)據(jù)用Dl表示)、D2 (溜槽傾角數(shù)據(jù)用D2表示)、D3 (溜槽旋轉(zhuǎn)角度用D3表示)、D4 (PLC與上位機(jī)之間的信息數(shù)據(jù)用D4表示，該數(shù)據(jù)D4包括Dl，D2，D3的信息及設(shè)定的布料時(shí)間，執(zhí)行料流閥開(kāi)度等)、D5 (上位機(jī)與專家系統(tǒng)之間的信息數(shù)據(jù)用D5表示，主要包括Dl，D2，D3，D4的信息及輸出的執(zhí)行料流閥開(kāi)度)，檢測(cè)儀表通過(guò)以太網(wǎng)的形式把D1、D2、D3與PLC系統(tǒng)傳遞模擬量信息數(shù)據(jù)，PLC根據(jù)專家自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的計(jì)算的料流閥開(kāi)度輸出模擬量控制信號(hào)到D3給溜槽旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備。如圖2所示，把稱量罐測(cè)量原料重量和操作者設(shè)定的布料時(shí)間一起發(fā)送到前饋控制器，前饋控制器根據(jù)計(jì)算得理論布料流量傳給專家自學(xué)習(xí)控制，專家自學(xué)習(xí)控制器根據(jù)流量計(jì)算出理想下料閥開(kāi)度再由前饋控制器確認(rèn)后，控制料流閥執(zhí)行相應(yīng)開(kāi)度。布料開(kāi)始時(shí)，定時(shí)器即開(kāi)始計(jì)時(shí)，布料完成后計(jì)時(shí)結(jié)束，把這個(gè)時(shí)間傳給專家自學(xué)習(xí)控制器，專家自學(xué)習(xí)控制器判斷實(shí)際布料時(shí)間是否合理，如果不合理則根據(jù)布料時(shí)間的偏差修正自學(xué)習(xí)表，以備下次使用。
權(quán)利要求
1.具有自學(xué)習(xí)控制功能的高爐布料控制系統(tǒng)，其特征在于，多環(huán)布料的專家自學(xué)習(xí)系統(tǒng)依據(jù)不同原料地流量特性和料流閥開(kāi)度建立多條關(guān)系曲線，初始專家系統(tǒng)通過(guò)理論布料知識(shí)建立，隨著系統(tǒng)投入運(yùn)行使用后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備及實(shí)際布料情況逐步修正專家知識(shí)規(guī)則，最終完善專家知識(shí)庫(kù)；具體步驟如下: 1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，擬合出多條由各種原料布料過(guò)程中的流量和料流閥開(kāi)度的關(guān)系曲線； 2)由設(shè)定的布料時(shí)間和稱量罐的重量計(jì)算出原料理論流量，根據(jù)每次的原料理論流量計(jì)算料流閥開(kāi)度； 3)為保證專家知識(shí)庫(kù)的更新收斂速度和穩(wěn)定性，采用自學(xué)習(xí)算法以適應(yīng)原料種類、原料重量、布料時(shí)間、布料傾角等參數(shù)的變化； 4)當(dāng)出現(xiàn)其他未知變量或者無(wú)法檢測(cè)的因素對(duì)布料造成影響時(shí)，會(huì)造成提前料空或者設(shè)定時(shí)間剩料，本系統(tǒng)通過(guò)自學(xué)習(xí)方法更新自學(xué)習(xí)知識(shí)庫(kù)；根據(jù)實(shí)際布料時(shí)間與理想布料時(shí)間差采用模糊控制的方式修正自學(xué)習(xí)表格，以便下次使用；所述的模糊控制，是把理想時(shí)間與實(shí)際時(shí)間的差值作為模糊控制的輸入，把更改自學(xué)習(xí)表格的變化量作為輸出，采用模糊控制算法，建立論域、模糊化、模糊控制邏輯推理、解模糊化； 5)也可以操作者經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)更改，通過(guò)更改料流閥開(kāi)度輸出值或者專家自學(xué)習(xí)控制相關(guān)參數(shù)而更準(zhǔn)確的計(jì)算料流閥開(kāi)度，使得料流閥的控制更為準(zhǔn)確、合理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自學(xué)習(xí)控制功能的高爐布料控制系統(tǒng)，其特征在于，控制結(jié)構(gòu)主要由三層結(jié)構(gòu)組成:智能控制層、PLC監(jiān)控層和執(zhí)行機(jī)構(gòu)層，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)層由料流調(diào)節(jié)設(shè)備、溜槽傾動(dòng)控制設(shè)備、溜槽旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備組成，傳遞的信息數(shù)據(jù)有原料種類、原料重量數(shù)據(jù)Dl、溜槽傾角數(shù)據(jù)D2、溜槽旋轉(zhuǎn)角度D3、PLC與上位機(jī)之間的信息數(shù)據(jù)D4，上位機(jī)與專家系統(tǒng)之間的信息數(shù)據(jù)D5，檢測(cè)儀表通過(guò)以太網(wǎng)的形式把Dl、D2、D3與PLC系統(tǒng)傳遞模擬量信息數(shù)據(jù)傳遞，PLC根據(jù)專家自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的計(jì)算的料流閥開(kāi)度輸出模擬量控制信號(hào)到D3給溜槽旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備； 控制方法為:把稱量罐測(cè)量原料重量和操作者設(shè)定的布料時(shí)間一起發(fā)送到前饋控制器，前饋控制器根據(jù)計(jì)算得理論布料流量傳給專家自學(xué)習(xí)控制，專家自學(xué)習(xí)控制器根據(jù)流量計(jì)算出理想下料閥開(kāi)度再由前饋控制器確認(rèn)后，控制料流閥執(zhí)行相應(yīng)開(kāi)度；布料開(kāi)始時(shí)，定時(shí)器即開(kāi)始計(jì)時(shí)，布料完成后計(jì)時(shí)結(jié)束，把這個(gè)時(shí)間傳給專家自學(xué)習(xí)控制器，專家自學(xué)習(xí)控制器判斷實(shí)際布料時(shí)間是否合理，如果不合理則根據(jù)布料時(shí)間的偏差修正自學(xué)習(xí)表，以備下次使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有自學(xué)習(xí)控制功能的高爐布料控制系統(tǒng)，其特征在于，多環(huán)布料的專家自學(xué)習(xí)系統(tǒng)依據(jù)不同原料地流量特性和料流閥開(kāi)度建立多條關(guān)系曲線，初始專家系統(tǒng)通過(guò)理論布料知識(shí)建立，隨著系統(tǒng)投入運(yùn)行使用后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備及實(shí)際布料情況逐步修正專家知識(shí)規(guī)則，最終完善專家知識(shí)庫(kù)；系統(tǒng)根據(jù)原料的理論流量由專家自學(xué)習(xí)控制器計(jì)算最佳開(kāi)度，料流閥由此開(kāi)度布料，當(dāng)布料時(shí)間不合理時(shí)，根據(jù)其偏差修正專家自學(xué)習(xí)控制器。這種布料方式降低了操作者工作量，使得高爐料面均勻，有較大的實(shí)際意義。
文檔編號(hào)C21B5/00GK103173584SQ20131011204
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者徐少川, 孫吉, 孫海洋, 閆欣, 阮程 申請(qǐng)人:鞍山市海匯自動(dòng)化有限公司, 遼寧科技大學(xué)