高爐自診斷系統(tǒng)在蕪湖新興的開發(fā)應用

李學軍　高斌

摘 要：文章介紹分析了基于高爐專家系統(tǒng)的一般結構以及遠程監(jiān)控自診斷系統(tǒng)的開發(fā)步驟。專家系統(tǒng)在國內外的高爐上得到了廣泛的應用，并產(chǎn)生了很好的效益。蕪湖新興煉鐵通過和北京科技大學多年的研發(fā)，在爐況遠程監(jiān)控自診斷方面做了一定的探索與研究。

關鍵詞：專家系統(tǒng)；高爐爐況；自診斷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.202

1 專家系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

從我們?yōu)榧訌姞t況監(jiān)控所開發(fā)高爐專家系統(tǒng)來看，關于爐況的監(jiān)控對生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)安全都尤為重要。作為高爐工長他的主要任務便是時刻準確無誤的監(jiān)控爐況，因此我們想要取得爐內部狀況的準確詳情信息，并且在獲取爐況之后要結合經(jīng)驗以及現(xiàn)況進行分析，并且根據(jù)分析結果來決定應對方案。然而，即便工長的經(jīng)驗是極其豐富的，也有一定幾率察覺不到很多細微的細節(jié)，往往這些細節(jié)便是問題的關鍵。除了這個以外，由于高爐的實間常數(shù)的基數(shù)群極其的龐大，其中一部分的控制變量需要在8小時乃至更長的時間過后方能在檢測數(shù)據(jù)中體現(xiàn)出來。更有甚者，一樣的檢測數(shù)據(jù)讓同一位工長對其做出的判斷通常全然不同。輔助工長提高爐況檢測、判定的可靠性就必須依靠專家系統(tǒng)，并且憑借此來規(guī)避操作上的失誤，統(tǒng)一三班高爐操作的有效工具。

爐況“遠程監(jiān)控診斷系統(tǒng)”始于本世紀初，起先由歐美日等冶金發(fā)達國家提出并投入人員大力研發(fā)成功的壟斷性分析軟件。由于該系統(tǒng)能通過計算機的大型專家數(shù)據(jù)庫進行爐況自動分析，因此，可以避免人為分析爐況出現(xiàn)的失誤，并且可以實時分析出爐況。不但可以節(jié)約人力更能減少爐況分析的失誤，減少高爐的成本消耗。目前在國外，此類型的爐況分析系統(tǒng)只有日本及美國部分鋼鐵巨頭有正式投入使用的先例，且使用效果非常好。但是，作為鋼鐵大國的中國并沒有一套真正投入使用的 “遠程監(jiān)控診斷系統(tǒng)”。原因主要有：一，該領域國內專業(yè)的研發(fā)團隊極少且專家數(shù)據(jù)庫研發(fā)時間長、缺乏試驗條件且涉及領域多（計算機程序、冶煉技術、工控技術以及網(wǎng)絡通訊等等）。二，引進系統(tǒng)困難，主要是歐美等國家對核心技術數(shù)據(jù)的封鎖導致系統(tǒng)后期維護困難，一般技術人員無法進行數(shù)據(jù)維護；還有高達300萬歐元的引進費用，都讓眾多國/民營企業(yè)望而卻步。三，軟件水土不服。由于歐美國家對系統(tǒng)整體上的設計理念不一樣，導致整個系統(tǒng)與國內高爐監(jiān)測設備的硬軟件的銜接都出現(xiàn)不同的困難。且整個國外系統(tǒng)對高爐爐況的側重點是環(huán)保、安全、穩(wěn)定，所以在一些民營企業(yè)中更是投入的意義不大，因為，他們追求的往往就是利益的最大化。如果軟件引進來后再進行數(shù)據(jù)調試來改變利益?zhèn)戎攸c的話，那核心專家數(shù)據(jù)庫又是歐美封鎖的技術，因此，這就是該系統(tǒng)一直未在我國普及使用的原因。

2 專家系統(tǒng)的開發(fā)步驟

從我們?yōu)榧訌姞t況監(jiān)控所開發(fā)高爐專家系統(tǒng)來看，關于爐況的監(jiān)控對生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)安全都尤為重要。作為高爐工長他的主要任務便是時刻準確無誤的監(jiān)控爐況，因此我們想要取得爐內部狀況的準確詳情信息，并且在獲取爐況之后要結合經(jīng)驗以及現(xiàn)況進行分析，并且根據(jù)分析結果來決定應對方案。然而，即便工長的經(jīng)驗是極其豐富的，也有一定幾率察覺不到很多細微的細節(jié)，往往這些細節(jié)便是問題的關鍵。除了這個以外，由于高爐的實間常數(shù)的基數(shù)群極其的龐大，其中一部分的控制變量需要在8小時乃至更長的時間過后方能在檢測數(shù)據(jù)中體現(xiàn)出來。更有甚者，一樣的檢測數(shù)據(jù)讓同一位工長對其做出的判斷通常全然不同。輔助工長提高爐況檢測、判定的可靠性就必須依靠專家系統(tǒng)，并且憑借此來規(guī)避操作上的失誤，統(tǒng)一三班高爐操作的有效工具。

下面我們來例舉分析一下開發(fā)高爐專家的細分步驟：

（1）確定目標，憑借生產(chǎn)中迫切應當處理的問題、沒有應當由專家經(jīng)驗來處理的問題、安裝設置高爐的水平、檢測它的儀表配置等一系列基礎條件要素，并且分析確定高爐專家系統(tǒng)它的工作所屬范疇。目標務必要契合實際的情況，可以先解決那些最需要解決的問題，待開發(fā)出可以成功運行的系統(tǒng)以及獲得開發(fā)經(jīng)驗后，在不斷增加新的功能。

（2）獲取信息，相關聯(lián)知識的獲取對于目前的開發(fā)現(xiàn)狀是萬分重要的，但是又是十分乏味與枯燥的。有三方面讓我們來獲取知識，它們便是用來操作高爐的相關規(guī)章制度、數(shù)據(jù)的細化解析、還有參考高爐專家所給實時監(jiān)控分析結果。有關本工作的準備主要先進行相關聯(lián)專業(yè)工程師的選拔，有經(jīng)驗且只是過硬的工程師是本工作順利完成的重要保障，通常會選拔二至三名。即便如此，對于本工作的結果也很難理想徹底的完成并記錄經(jīng)驗。因為關于高爐內況的全時監(jiān)控具有很強的不確定性，很多案例都非常不穩(wěn)定無法作為可靠參考依據(jù)。由于相關知識以及數(shù)據(jù)的重要性和其不穩(wěn)定性，對于方案經(jīng)驗的運用必須慎之又慎，一定要對結論分析進行多次的驗證分析方能使用。僅靠這些也是不夠的，必須加大案例的基數(shù)以積累經(jīng)驗。這便要借助很多統(tǒng)計學的相關知識和方法。

（3）建立知識庫。

（4）構建系統(tǒng)原型，包含建立模型、實時和測試系統(tǒng)等等。

（5）離線調試和檢驗，利用測試數(shù)據(jù)檢驗系統(tǒng)的穩(wěn)定性和調試確定性因子等。

（6）在選調試和完善，通過在高爐生產(chǎn)中的實際運行，確認系統(tǒng)其使用的規(guī)則和添加新的規(guī)則等

3 蕪湖新興高爐專家系統(tǒng)開發(fā)應用

針對1000立方以上的高爐的爐況判斷與操作，我們對爐況“遠程監(jiān)控診斷系統(tǒng)”進行了相對應的功能強化。首先， 1080高爐所需監(jiān)控的點位更多，重點設備的啟停與運行狀態(tài)監(jiān)控更是監(jiān)測的重點。在高爐前期施工期間，將各監(jiān)控設備的監(jiān)控點進行了摸排與安裝，高爐自動化投用根據(jù)重要爐體監(jiān)控參數(shù)和診斷標準庫編寫高爐爐況“遠程監(jiān)控診斷系統(tǒng)”并投入使用。其次，針對大高爐的工藝要求以及軟水密閉循環(huán)原理，自動化與生產(chǎn)工藝員對此進行了爐況分析，將高爐爐況及冷卻循環(huán)水的控制的難點一一提出并共同找出重要數(shù)據(jù)的上下限。然后由生產(chǎn)工藝編寫爐況及參數(shù)比對表，由自動化進行核心專家?guī)斐绦虻木幣?，并寫入?080高爐爐況“遠程監(jiān)控診斷系統(tǒng)”的核心數(shù)據(jù)庫sqlserver2000內。使新系統(tǒng)在老系統(tǒng)的基礎上增加了全屏監(jiān)控冷卻壁運行狀態(tài)，實時播報爐況運行情況的功能。確保了高爐在開爐及爐況波動期間對高爐爐況的準確判斷，避免了人為操作情況下的誤操作。程序設計上，采用靈活性強的delphi7語言編寫，增加了異常爐況的顏色報警；同時，程序也更加人性化，在數(shù)據(jù)記錄上采用更加靈活多樣的反映形式，如：餅狀圖、三維圖、點狀圖等等，讓工藝操作及管理人員能更加直觀的判斷爐況走向。

在新1#高爐爐況“遠程監(jiān)控自診斷系統(tǒng)”的正式投入使用標志著爐況“遠程監(jiān)控診斷系統(tǒng)”由前期的在小高爐上突破應用，到現(xiàn)在的在大高爐上的全面提升，投入正式使用；標志著煉鐵進入了電腦全自動分析爐況的全新時代；在高爐操作人員本身出現(xiàn)離崗、疲勞、判斷錯誤的異常狀態(tài)下，系統(tǒng)就會起到極大的輔助和指導作用。在高爐工藝操作管理層因工作性質原因不能及時觀察高爐爐況的時候，“遠程監(jiān)控診斷系統(tǒng)”就會幫助其足不出戶在辦公室即可全面了解近期的爐況走向和高爐崗位的具體操作情況，以至于管理層能及時作出指導和更正，避免高爐過多的能源誤消耗。無形中為高爐的爐況操作、礦批調配、原燃料消耗都起到的極大的指導作用。

4 結語

專家系統(tǒng)作為人工智能技術中發(fā)展最成熟、運用范圍最廣的一種技術給企業(yè)都帶來了良好經(jīng)濟效益和社會效益。蕪湖新興通過不斷探索研究，由前期小高爐的試驗，到系統(tǒng)中型高爐的研發(fā)投用后期的使用期間，系統(tǒng)也同時得到了業(yè)內的大范圍的關注，對高爐生產(chǎn)操作起到很好的指導作用。相信隨著專家系統(tǒng)結構和功能的不斷完善及硬件水平的不斷提高，專家系統(tǒng)的使用領域會越來越廣，用戶會越來越多，專家系統(tǒng)一定會給煉鐵帶來更大的效益。

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