高炉专家系统
高炉专家系统数据采集系统的设计
９ ８・
科技 论坛
高炉专家系统数据采 集系统的设 计
王 克 君 （ 通 铜 股份 公 司 炼铁 厂 ， 吉林 通 化 １ ３ ４ ０ ０ ３ ）
摘 要： 根 据通钢 目前 高炉控制现状 ， 提 出高炉专家系统数据采集 系统的设计 方案， 为通钢 高炉 自动控制提供 建议 。 关 键词 ： 高炉控 制现 状 ； 专 家 系统 ； 数据 采 集 ； 设 计 方 案 随着工业 自动化 的普 及与发展 ， 要求 有更加先 进稳定 、 可靠 的 监控设 备加入 到控制系统 中， 以完成数据 的采集并控制输 出设备安 全 的运行。从二 十世纪八十年代起 ， 国外就兴起 了钢铁产业结 构调 整 的浪潮。高炉炼铁是钢铁工业中一个十分重要的环节 ， 提高铁水 的产量和质量是提高企业竞争力 、 提高企业经济效益 的关键所在。 １通钢高炉控制现状 通化钢铁股份公 司炼铁厂现有 的几座 ３ ５ ０立方米高炉 ， 安装的 检测 系统 比较落后 ， 所 能提供的监测数据 不多 ， 而且 由于炉 内一些 传感器 的老化和损坏等原 因， 有些 数据已经不太准确。高炉操作仍 然是依 靠高炉工作者个人 的感觉 、 经验 和知识 ， 对 炉况的判断 和操 作调剂 的主观性很大。由于高炉工作者对当前 炉况 的判定 由于 自身 水平 的差异 ， 所关注 的参数不同 ， 炉况判 断的结果有 时会不一致 ， 甚 至差别很大 。 尤其是对新上岗的高炉工作者 ， 由于缺乏经验 ， 对各种 图 １ 数 据 采集 系统 结 构 图 高炉炉况判定的准确率也 就更低 ， 从而有可能对炉况趋势做 出错误 为了满足本系统对速度的要求 ， 不 采用文件通讯方式 的高层 网 的判断，采取 的高炉操作也就 可能使炉况 向着相反 的方 向发展 ， 造 而采用 自定义的通讯协议。通信协议包括物理层及数 成异常炉况 ， 使高炉炉况进一步恶化 ， 影 响出铁 的产量 和质量 ， 浪费 络通讯协议 ， 据链路层。 炼 铁 的 能源 ， 给企 业 造 成 不 必 要 的 经 济损 失 。 可 以采用多线程技术 ，启动一个 ｗ ｏ ｒ ｋ ｅ ｒ ｔ ｈ ｒ ｅ ａ ｄ处理 串 口通讯。 ２专 家 系统 总体 结 构 在通讯线程 中首先进行 串 口的初 始化时 ， 然后调用 Ｗａ ｉ ｔ Ｃ ｏ ｍｍ Ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ 高炉专 家系统分成炉况判断和热状 态判 断二个子系统 ， 系统 的 等待 串口事件发生 。当串 口事件 Ｅ Ｖ — Ｒ Ｘ Ｃ Ｈ Ａ Ｒ发生 即串 口接收 到 总体结 构主要包括数据采集与处理 、 知识库 、 推理机 、 判断结果 的显 数据时 ，首先调用 Ｃ ｌ ｅ ａ ｒ Ｃ ｏ ｍｍ Ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ 获得所接 收到数据 的字节数 ， 接 示、 解 释 以及 知识 获取 等 。 着调用 Ｒ ｅ ａ ｄ Ｆ ｉ Ｉ ｅ 将所接 收到的数据全部读 出 ，并将数据存 入一个 ３数 据 采集 系统 的 硬 件 方 案 ０ ０ ０字节 的通讯缓冲 区。通讯缓冲 区以循环缓冲 区的形式进行管 无论是对铁水 含硅量进行 预报还是对 高炉炉况进行 预报都要 ８ 定义两个指针 ， 一个是 ｐ Ｂ ｕ ｆ ｅ ｒ Ｗｒ ｉ ｔ ｅ指 向缓 冲区中下次写数据 的 依靠各种高炉过程数据 。没有足够的数据 ， 专家 系统就不能全面反 理 ， 另一个是 ｐ Ｂ ｕ ｆ ｅ ｒ Ｒ ｅ ａ ｄ记录下一次数据处理的起始位置 。 映高炉过程 ，会影响专家推理判断和铁水含硅量预报 的准确性 ， 甚 位置 ， 通讯数据处理软件位 于主要线程 中 ， 运行周期 为 ４秒 。首先从 至会造成错误 的判断结果 ， 造成严重 ａ ｄ 所 指 的位 置 开 始 寻 找 通讯 数据 头标 志 “ Ｓ Ｓ Ｓ Ｓ ” 。 找 到 头标 采集是专家系统进行推理 、 判断和铁水含硅量 预报 的前提 。因此 开 ｐ 志后 ， 判断数据长度是否正确 ， 如不 正确 则认 为通讯数据传输 出错 ， 发专家系统 ， 首先有必要建立完善 的数据采集系统。 忽略此组数据重新寻找下一组数据 。 如正确将此组数据存入实时数 开发通钢高炉专 家系统的数据采集 系统要在原 有的集散 系统 使用上一 次的数 和Ｐ Ｌ Ｃ系统的基础上进行。利用 高炉 的现有的检测仪表收集信号 ， 据库 。当缓冲 区中的数据长度 小于一组数据长度 ， 据作为本次数据。 有 的检测信 号 ， 如送 风流量 、 送风 温度等 已经 由原仪 表系统转换 成 ４ ． ２ Ａ ／ Ｄ转 换 卡 编 程 １ － ５伏 的电压信 号 ， 可以直接通过标准 的 Ａ ／ Ｄ 转换 卡采 集。有的信 数 据 采 集系统 Ａ ／ Ｄ转 换 卡 采用 研 华 工 控 的 Ｐ Ｃ Ｌ 一 ８ １ ３ Ｂ 。 号， 如炉喉温度 、 炉身温度等是 Ｋ型热 电偶信号 ， 必须通过具 有热 电 Ｐ Ｃ Ｌ 一 ８ １ ３ Ｂ是一款 ｌ ２ 位 ３ ２通道 Ａ ／ Ｄ卡 ，它能对每个模拟量输人提 偶信号检测的 Ａ ／ Ｄ卡实现转换。 料尺高度等信号是 自整角机产生的 Ｃ Ｂ板 卡上提 交 流 电压 信 号 ， 采 用 变 送 器 变换 成 标 准 的 ０ — １ ０伏 电压 信 号 ， 再 进 行 供 高电压隔离 。此卡存 其四层并带有大面积地 线的 Ｐ ２个 可 进行 软件 编 程 的 Ａ ／ Ｄ通 道 和两 个 Ｄ Ｃ到 Ｄ Ｃ转 换 器 。 在 Ａ ／ Ｄ转 换 。 由于 炼 铁 厂 还 不 能 做 到 通 过 基 础 网 络 来 共 享 数 据 ， 各 种 供 了 ３ Ｃ之 间的光隔离输入 提供 了直 流 ５ ０ Ｏ Ｖ 的隔离 ， 可 化验数据还要经过化验室传到控制室之后 由高炉工作者人工输入 。 模 拟量输入 和 Ｐ Ｃ及其外设免受输入线 上的高电压损害 。 像加煤量 ／ 小时 、 风 口、 渣 口、 铁 口等的肉眼观测数据也需要 由高炉 以保 护 Ｐ 利用 Ｐ Ｃ Ｌ － ８ １ ３ Ｂ卡采集数据 时， 首先要对设备进行初始化 ， 调用 作 者 人 工 输 入 。有 的 数 据 来 自于 原 系 统 ，将 采 集 数 据 经 Ｄ Ｒ Ｖ — Ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ Ｏ ｐ ｅ ｎ打 开 设 备 ，调 用 Ｄ Ｒ Ｖ — Ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ Ｇ ｅ ｔ Ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ获 得 Ｐ Ｒ Ｏ Ｆ Ｉ Ｂ Ｕ Ｓ — Ｄ Ｐ网送至 ３号操作员站 ，再 由 ３号操作员站每 ２秒经 Ｐ Ｃ ［ 一 ８ １ ３ Ｂ的句柄 ， 调用 Ｄ Ｒ Ｖ — Ｍ Ａ Ｉ Ｃ ｏ ｎ ｉ ｆ ｇ 初始 化 Ｐ Ｃ Ｌ 一 ８ １ ３ Ｂ的采集 串 口发送一批数据至专家系统微机 ， 另一部分 由专家系统微机进行 触发方式 、 增益数组 。接着调 用 Ｄ Ｒ Ｖ — ＭＡ Ｉ Ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｌ ｎ进行多 采集 ， 专家系统微机配有一块研华公 司的 Ｐ Ｃ Ｌ 一 ８ １ ３ Ｂ多通道模拟量 通道数 、 通道 数据 采集 。然 后将 采集 数据 送入 实 时数据 库 中 ，最 后 调用 数据采集卡 。通过 Ｒ Ｓ 一 ２ ３ ２ 串行 口发送到专家系统计算机 。结合高 Ｄ Ｒ Ｖ — Ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ Ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ关闭设备 。 炉现场情况和系统实际需 求 ， 我们设计高炉数据采集系统 。其硬件
高炉热风炉全自动控制专家系统
1 —混风切断阀；2 —热风温度调节阀；3 —烟道阀；4 —冷风切断阀；5 —冷风旁通阀；6 —冷风调节阀； 7 —排风阀；8 —废气阀；9 —助燃空气燃烧阀；10 —助燃空气调节阀；11 —热风阀；12 —煤气燃烧阀； 13 —煤气切断阀；14 —煤气调节阀；15 —煤气放散阀；16 —倒流休风阀；17 —放风阀；18 —烟气进预热器阀； 19 —烟气进烟道阀；20 —助燃空气阀；21 —预热器进口切断阀；22 —预热器出口切断阀；23 —助燃空气旁通阀
2002 年7 月
控制工程
Jul . 2 0 0 2
第9 卷 第4 期
Control engi neeri ng of Chi na
Vol .9 ，No .4
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文章编号：1005- 3662（2002 ）04- 0057- 06
度恒定是借助于控制先行炉和后行炉的风量比例 燃烧预热的高炉煤气和预热空气的热风炉来说将
（控制其冷风调节阀开度）来达到的。
现代高炉都是大型化高炉，如宝钢，高炉容积
超过4 000 m3 ，每昼夜生产生铁达10 000 t ，要求热 风炉稳定地提供规定风温和风量的热风，热风炉也
是耗能大的设备，故其有效操作是至关重要的。
当然，人工控制，不但需要专人操作，且难以 在热风炉整个燃烧时期各个阶段及时设定煤气和 助燃空气流量（鞍钢10 号大型高炉的热风炉在整 个燃烧时期煤气和助燃空气流量均不变），也难以 在预热煤气和空气温度变化时、高炉所需鼓风温 度和流量变化时、助燃空气压力变化时、热风炉蓄 热量尚有富裕时，一一及时修正热风炉加热的煤 气和空气量，因而达不到节能和优化热风炉操作 的目的。故要面对我国的操作和自动化以及维护 水平的实况，而需要开发适合于我国的实际情况 的、且需低成本和便于推广的热风炉全自动化专 家系统。
本钢五号高炉专家系统
国内开发,应用,引进的“高炉专家系统”
• （3）马钢2500m3 高炉炉况诊断专家系统， 这是原冶金部自动化研究院与马钢合作开 发的专家系统。它在原有VAX计算机基础 上，加上工业微机作为人工智能（AI）处 理机，进行模型运算和专家系统推理。系 统ADVANCED GO-STOP系统。该系统仍 在完善调试中。
高炉过程控制技术的发展
• 本世纪以来，尤其是二次大战以后，控 制理论在各工业装置中取得了广泛的应 用，高炉过程也不例外。高炉过程控制 的研究起始于欧洲，六十年代法国钢铁 研究院开始了对炉温控制的研究，七十 年代末，日本对高炉进行了解剖研究， 弄清了高炉中发生的许多现象，大大加 速了人们对高炉过程的认识，从而极大 的促进了高炉过程控制技术的发展，各 种数学模型被建立起来。
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”
• （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” 。
高炉过程控制技术的发展
高炉专家系统设计研究
最佳 实 践 者 的水 平 。 专家 系 统 中 的知 识 由事 实 和产 生 式 规 则 构
成 ， 事实 构 成 了一 个 广 为共 享 且 为 专 家 们认 可 的 信 息 数据 库 ， 其 而产 生 式 规则 是 具 有个 性 和凝 聚 经 验 的专 家 判 断 。 高 炉 专 家 系 统 通 过 网 络 和数 据库 采 集 Ｌ 级 事 实 数 据 以及 １ 有 关 数 据模 型 的计 算 工 艺 数 据 ，经 过 高 炉 冶 金知 识 规 则 库 的推
本 文通 过 研 究 高炉 专 家 系统 的设 计 ，找 到共 同 的规 律 和方
法 ， 而促 进其 他 各 方 面专 家 系 统 的开 发 设 计 ， 到 从 生 产控 制 从 达
中挖 掘 出更 多 的效 益 的 目标 。
１ 概 述
专家 系 统 是一 个 使用 知 识 和 推 理 的智 能 计 算 机 程序 ，它 集
６
高炉 专 家 系统 设计 研 究
高炉专家系统设计研究
罗 志 钢 （ 华菱湘 潭钢铁 公 司设备 管理部 ， 湖南 湘 潭 ４ １ ０ ） １ １ １
摘 要 主 要 介 绍 了 高炉 专 家 系统 的硬 件 网络 ， 软件 系统 结 构和 设 计 方 法。 关 键 词 ： ａ ｌ Ｅ ｐ ￣， Ｏｒｃｅ，ｘ ｅ 高炉 ， 家 系统 ， 生式 规 则 专 产
对 高 炉冶 炼 过 程状 态 的 判 断和 推 理 。系 统 软件 架 构 如 图 ２ 。
统 是人 工 智 能 中最 重要 的也 是 最 活跃 的一 个 应 用领 域 ，它 实 现 了 人工 智 能从 理 论 研究 走 向 实 际应 用 、从 一 般 推理 策 略 探 讨转
智慧高炉专家系统建设方案
数据加密：采用先进的加密技术对系统数据进行加密，确保数据传输和存储的安全性。
访问控制：设置严格的访问控制机制，对不同用户赋予不同的权限，防止未经授权的访问和操 作。
安全审计：建立完善的安全审计机制，对系统操作进行记录和监控，及时发现和处置安全事件。
备份与恢复：定期对系统数据进行备份，确保在意外情况下能够迅速恢复数据和系统运行。
降低生产成本 优化生产流程
数据采集与处理 实时监控与预警 智能分析与优化 远程控制与调度
系统架构：采用分层设计，包括数据采集层、数据处理层、应用层和展示层 数据采集层：负责采集高炉相关数据，包括温度、压力、煤气成分等 数据处理层：对采集到的数据进行处理、分析和挖掘，为上层应用提供支持 应用层：根据业务需求，开发各种应用模块，如智能控制、故障诊断等
数据库设计：采 用关系型数据库 管理系统，设计 合理的表结构和 索引，提高数据 查询效率
接口设计：提供 API接口，方便 与其他系统进行 数据交互和功能 集成
数据采集：实时监 测高炉运行数据
数据存储：高效存 储海量数据
数据处理：利用算 法对数据进行处理 和分析
数据安全：保障数 据的安全性和隐私 性
实时监测高炉运行状态， 预防和减少故障发生
提高生产效率，降低生产 成本，增加企业竞争力
案例名称：钢铁企业高炉智能监测与预警系统
案例简介：通过智慧高炉专家系统，实现对高炉设备的实时监测、预警和诊断，提高生产效 率和安全性。
应用效果：提高设备运行效率、减少故障停机时间、降低维护成本、提升生产效益。
适用范围：适用于钢铁、有色金属、化工等高炉设备密集型行业。
加强与国内外相关企业的合 作，共同推动智慧高炉领域
的进步
汇报人：
高炉专家系统在唐钢新一炉生产中的整合应用
［ 键词 ］ 关 ＯＰＣ通 讯 Ｂ ＮＳ ＦＥ 【 图 分 类 号】 中 ＴＮ４ ２ ０ ［ 献 标识码］ 文 Ａ
［ 章 编 号］０ ７ ４ ６ （ ０ ０）０ －０ ０ －０ 文 ｌ０ －９ ｌ ２ １ ６ １２ １
１前 言
唐 钢 炼 铁 厂 南 区 新 一 炉 引 进 了 芬 兰 的
这 样 就 增 加 了 他们 的 工 作 量 。 在专 家 系统 最 后 的 调 试 中 ， 专 家 系 统 的 出 铁 输 入 画 面 中添 加 了 部分 内容 ，取 消 了原 有 管 理 系统
的 出 铁 输 入 。 并 将 原 来 操 作 日 志 报 表 ２中 的 渣 铁 数 据 改 为 从 专 家 系 统 数 据 库 中 取 出 ， 在 报 表 打 印 的 程 序 中 更 改 了 数 据 库 的 连 接 ， 生 成 新 报 表 ，报 表 样 式 未 做 大 的 改
开 。 同时 ，防 火 墙 为 ＯＰ Ｃｌ ｎ Ｃ ｉ ｔ的 Ｉ ｅ Ｐ留 出
一
变 。 为使 专 家 系统 中不再 输 入 原 料 瓮 析 等
数 据 ， 还 可 以 让 系 统 得 到 这 些 数 据 保 证 它
（ ）技 术计 算 用于 计 算指 标 、平 均 值 、 １ 标 准偏 差 、和 涉及 到高 炉 过 程 控 制 的其 他
（ ２） 知 识 处 理 用 于 诊 断 高 炉 的 状 态 ，
专 家 系 统 将 检 测 高 炉 内各 种 错 综 复 杂 的现 象。
据 输 入 ， 同 时 可 保 证 两 个 系 统 的 正 常 运
部 分组 成 。
通 讯 程 序 ，它 连 接 到 ＯＰＣ ｅ ｖ ｒ ， 读 取 Ｓ ｒ ｅ 上 所 需 的 现 场 数 据 ， 存 入 专 家 系 统 的 数 据 库 。ＢＦＥ ＮＳ有 自 己 的 服 务 器 ， 客 户 端 通 过 网 络 与 服 务 器 连 接 ， 与 ０ｖ ｔｏ 系 统 在 不 ａ ｉｎ 同 的 网 段 上 ， 由 防 火 墙 将 这 两 个 网 络 隔
高炉控制专家系统知识库的设计
专家 系统 可 以通过人 工智 能专用语 言 、 一般 高级语 言和骨 架系 统三 种途 径来 开 发 ， 系 统用 Ｖｓａ 该 ｉ ｌ ｕ Ｂｓ 语 言开 发完成 ， Ｂ的易用 性 、 泛性 、 ａｉ ｃ Ｖ 广 强大 的功 能 ， 于开 发专 家 系统 的领域 专 家来 说 ， 一个 十 对 是 分简便 、 实用 的工具 ． １２ 专家 系统结构设 计 ．
高炉炉况判定专家系统的总体设计结构如图 １ 所示 ， 主要包括知识库管理 系统 、 知识庠 、 动态数据
库 、 息预处 理 和推理机 几部分 ． 信
圈 １ 专 家 系 统 结 构 圈
１ ３ 知识 库管理 系统 ．
本 系统 的知识 库 的管理功 能建立 在 Ａ Ｏ 的数 据 库访 问功 能 基础 上 ． 过 它 的成 员 函数 Ａ ｄ ｅ Ｄ 通 ｄＮ ｗ， Ｄ ｌｅ和 Ｅ ｉ可实现 对记 录的增加 、 除和修改 ． ｅｔ ｅ ｄｔ 删 １ 增加 将一 条规则 加入 到知识 库 中包括在 规则 表 和事 实 表 中添 加记 录． 入规 则 时 ， ） 插 首先 在 规则
维普资讯
第２ ６卷 第 ２期 ２０ ０ ８年 ６月
河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报
ｖ １２ ｏ２ 。．６Ｎ ． Ｊｎ ０ ８ ｕｅ ２０
ＪＵ Ｎ Ｌ Ｆ ＥＥ ＳＩＵＥＯ Ｒ ＨＴ ＣＵ ＥＡ ＤＣＶＬＥ ＧＮ Ｅ ＩＧ Ｏ Ｒ Ａ Ｂ ＩＮＴ Ｔ Ｆ Ｃ ＩＥ ＴＲ Ｎ ＩＩ Ｎ ＩＥ ＲＮ ＯＨ Ｉ Ｔ Ａ
３ 规则库 ． ）
用于描述 相应领域 内的知识 的产 生式集合 称为规则 库． 系统 的知 识库用 于存放炉 热状态判 断 、 本 炉
况判 断及操作 指导 的专 家知识 ． 知识库 的 内容 是决定一 个专家 系统性能 是否优越 的关键 因素 ， 一个 专家 系统 的能力就 取决于其 知识库所 含有 知识 的数 量和质 量 ， 以知 识库 的建 立是 专 家 系统建 造 的核心 工 所 作 ， 是专家 系统建造过 程 中最 为繁琐 和棘手 的工作 ］ 也 ．
攀钢1#高炉专家系统应用实践
研究 、 分析 ， 建立 起反应 高 炉 冶 炼 过 程 的机 理 模 型 和 经 验 模 型 并 结 合 人 工 智 能 技 术 ，使 得 系 统 具 有 一 定 的 自学 习 、 自适 应 能力 。 ４系 统 的 可 扩 充 性 强 ． １ 预 留 模 型 二 次 开 发 的 接 ｆ 。方 便工 艺 程师开发 ＿ ＿ Ｉ 新 的 工 艺 模 型 和 对 现 有 的 模型进行修正 。 奥钢联 高炉专 家系统 主要 由炉料 计 算模 型 、 料 面 分 布 控 制 模 型 、炉 温 预 报模 型 、 缸侵蚀 模型 、 炉 出 铁／ 管 理 、 风 炉 优 化 模 渣 热
火 焰 温 度 模 型 焦 比预 测 模 型 在 线 计 算 火 焰 温 度 预 测 焦 比
９ １ ０
１ ｌ ｌ ２ １ ３ ｌ ４ １ ５ １ ６ １ ７ １ ８ １ ９ ２ ０
喷煤模 型 出铁管理模型 硅、 钛预报模 型 平衡可信模型
对喷煤进行指导 在线 预测炉缸中渣铁量 预测 下一次铁的 Ｓ， 。 ， ｉ ｉ 和炉温 ＴＳ 检测 重要设备错误
统 具 有 一 定 的适 应性 。
５
６ ７ ８
直接 还原 度模型 对直接还 原度、 炉腹煤 气 、 身煤气 和炉顶 煤气 炉 进行连续计算
软熔带模 型 鼓风仿真模型 模拟软熔带位置和形状 给鼓风和喷吹参数的调整提供技术支持
风 口区仿 真模型 对与鼓风和 风口区状态有关 的风 口区参数 进行 在线计算
维普资讯
科技信息
０科教 视野０
Ｓ ＩＮ Ｅ ＩＦ Ｒ ＴＯ ＣＥ Ｃ Ｎ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ
２０ ０６年
第６ 期
攀钢 １ 高炉专家系统应用实践 ｝ ｝
高炉高效长寿监测监控专家系统文件
项目名称高炉高效长寿专家监测监控保障系统2011年技术创新计划项目可行性报告编写单位：上海隆缔电子设备有限责任公司2011年 5月 10 日一：国内相关产品与技术发展水平、现状二：新技术情况“非接触无损检测工具”，像 X 射线摄影一样，能以不同于普通视觉感受的方式提供黑暗中的物体信息，从而揭示黑暗中的设备和物体不能被查觉的或异常的状态，在完成监视功能的同时还可以实现测温功能。
此系统作为一种低温状态下（含高温状态）设备和物体的可视再现及温度检测工具。
使高温炉窑的监测范围从高温可见光谱段及近红外光谱段真正扩展到了低温中红外光和远红外光谱段，实现了高温炉窑内部景物全时空、全天候、不间断可视监控。
称得上是一种全息的红外摄象测温记录系统！三：系统硬件结构的两种型号区别该系统的实际应用产品共开发有LD-RXCW3G型热像测温传感器（固定安装定点使用方式）和LD-RXCW3W型热像测温仪（可携带移动使用方式）两种型号（实物照片分别由图（2）、图（3）示出，其中LD-RXCW3G型热像测温传感器是通过信号电缆传送监测信号，适合对有固定位置切容易缚设电缆的重点目标进行监测监控，例如高炉炉顶内部料面监控、高炉出铁铁水温度检测等；LD-RXCW3W型热像测温仪则是一种可携带的任意选点使用的设备，它通过无线电传输方式传输测温和图象信号，适合应用于有多个分布广泛切分散或零散的监测目标，例如对高炉冷却壁进行多点温度监测等。
插图（1）LD-RXCW3W（无线传输）型热像测温仪侧视照片插图（2）LD-RXCW3W（无线传输）型热像测温仪俯视照片插图（3）LD-RXCW3G(有线传输)型热像测温传感器实物照片四：系统技术性能１＞设备在一定距离外以非接触、非干扰式的感应和摄取炉壁温度分布景象、得到炉壁重要监测部位热像图，计算测量部位温度; 它具有全天候的特点，炉壁温度低至摄氏零度以下时甚至绝对黑暗时也能清晰显现炉壁的温度分布状况。
高炉冶炼专家系统推理知识库的建立
高炉冶炼专家系统推理知识库的建
立
高炉冶炼专家系统推理知识库的建立是一个复杂的过程，需要对系统所涉及各种问题进行详细分析，以便形成一个完整的知识库。
1. 分析高炉冶炼专家系统的特性：首先，需要分析高炉冶炼专家系统的特征，如系统的功能、架构、数据库及计算机语言，等等，以及针对这些特征的知识库的种类，如规则库、经验库、咨询库，等等。
2. 综合高炉冶炼专家系统的推理要素：其次，需要综合考虑高炉冶炼专家系统推理的要素，即决策目标、决策方法、决策原则、决策结果等，并根据不同要素建立相应的知识库，以便支持专家系统的推理。
3. 收集专家知识：最后，需要收集专家的知识，建立专家系统的知识库。
这可以通过收集已有的文献资料、采访专家和实地考察等方式实现。
高炉数学模型和专家系统的研究的开题报告
高炉数学模型和专家系统的研究的开题报告一、选题的背景和意义高炉是冶金行业中最重要的设备之一，其生产过程复杂，涉及多个学科知识。
为了确保高炉的稳定运行和提高冶炼效率，需要借助数学模型和专家系统进行实时监测和控制。
近年来，随着计算机技术、数学方法和控制理论的不断发展，高炉数学模型和专家系统的研究受到了广泛的关注。
二、研究的目的和内容本研究的目的是构建高炉数学模型和专家系统，实现对高炉冶炼过程的实时监测和控制。
具体内容包括：（1）对高炉冶炼的生产过程进行调研和分析，确定数学模型和专家系统需要包含的参数和指标；（2）构建高炉冶炼数学模型，建立高炉冶炼的数学模型，包括物理、化学、传热和流体力学等方面的模型；（3）设计高炉冶炼专家系统，基于数学模型，设计高炉冶炼的专家系统，能够实时监测和控制高炉的冶炼过程；（4）对数学模型和专家系统进行实验验证，以高炉冶炼的实际数据为基础，对构建的数学模型和专家系统进行实验验证。
三、研究的方法和步骤本研究将采用以下方法和步骤：（1）调研和分析：对高炉冶炼的生产过程进行调研和分析，确定数学模型和专家系统需要包含的参数和指标。
（2）数学模型的建立：基于高炉冶炼的物理、化学、传热和流体力学等方面的模型，建立高炉冶炼的数学模型。
（3）专家系统的设计：基于数学模型，设计高炉冶炼的专家系统，实现对高炉冶炼过程的实时监测和控制。
（4）实验验证：以高炉冶炼的实际数据为基础，对构建的数学模型和专家系统进行实验验证，验证其有效性和可靠性。
四、预期结果和意义预期结果为构建出高精度、高可靠性、高自适应性的高炉冶炼数学模型和专家系统，并通过实验验证其有效性和可靠性。
研究成果将大大提高高炉冶炼的生产效率和质量，促进冶金工业的发展。
同时，研究过程也将推动高炉冶炼控制理论和方法的不断完善和发展，具有重要的理论和实践意义。
高炉专家系统介绍
1、高炉专家系统发展概述
1.1 从数学模型到专家系统
高炉冶炼是在所谓“黑匣子”状态下进行的复杂 的冶金物理化学过程，传统的高炉操作主要依赖操作 人员的经验。为了提高高炉冶炼过程的自动控制水平， 提高生产效率，上世纪70-80年代以来工业发达国家对 高炉数学模型和专家系统进行了大量的研究开发工作。
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2、具有代表性的高炉专家系统介绍
2.1 日本川崎Go-Stop系统
川崎公司开发的Go-Stop系统1975年起用
于其千叶厂5号高炉（2584m3），开发和使用
这个系统的目的是为了准确地判断炉况和指导
高炉操作人员的操作。
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2.1.1 Go-Stop系统的开发原理
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2.1.1 Go-Stop系统的开发原理
经验丰富的高炉操作人员可以通过仔细观
察这些参数的变化来预测高炉产生的问题。但 因这些参数数量大、种类多，操作人员很难准
确地判断炉况，进而对高炉进行合理控制。不
同的操作人员对同一炉况还可能有不同的判断。
为了对炉况有较正确的判断，有必要收集并分
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表1 罗塔鲁基拉赫厂1号高炉操作数据
指 标 利用系数（t/d.m3） 作业率（%） 球团/烧结率（%） 焦比（kg/t） 喷油（kg/t） 燃料比（kg/t） 风温（℃） 鼓风氧含量（%） [Si](%) 渣量(kg/t)
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1985 2.8 96.7 15/85 440 30 470 1050 22.1 0.40 290
高炉操作状况易受多种参数变化的影响，如原料、 送风、出铁、休风等。这些外界因素的干扰有以下三 种特性：1）难以预测；2）难以定量地表示；3）难以 和其他参数独立出来进行分析。例如，高炉生产中常 见的崩料、悬料问题，与风压、煤气分布、铁水温度、
高炉专家系统
专家系统的定义
• 专家系统是“一种智能的计算机程序，它运用知识和推理来解决只有 专家才能解决的复杂问题”。
• 一般来说，专家系统具有如下一些特点：
• 1，像人类专家一样甚至比单个人类专家更好地解决困难的问题，因
•
为它除了速度快以外 ，还可以取众(专)家之长。
• 2，根据专家们全凭经验认为是有效的规则进行启发式推理，即以知
• 识为基础。
• 3，以适当的方式与人进行对话，包括使用自然语言，类似于专家的
•
行为。
• 4，基于符号描述进行操作和推理。
• 5，规则能处理有错误的数据和不确定的判断。
• 6，同时考虑多个不同的假设。
• 7，对它们提出的问题做出解释。证明得出的结论。
人工智能的一些领域
机器人
视觉
语言
人规则）
基于规则的专家系统的结构
推理机 议程
工作记忆 （事实）
解析机
知识获取机
用户界面
高炉专家简单演示系统
基于多模型集成的高炉专家系统研究的开题报告
基于多模型集成的高炉专家系统研究的开题报告1. 研究背景高炉是钢铁企业的主要生产工艺设备，其炉内热传输、化学反应等过程复杂，不确定性较大，需要专业的人员进行操作和控制，才能保障生产效率和产品质量。
随着计算机科技的发展，专家系统成为一种有效提高自动化控制和决策支持能力的工具。
多模型集成技术近年来受到越来越多的关注，它通过融合多种模型和算法来提升预测和优化的准确性和稳定性，被广泛运用于工业化自动化和智能化控制领域。
因此，基于多模型集成的高炉专家系统研究具有理论和实践意义。
2. 研究目的本研究旨在开发一种基于多模型集成的高炉专家系统，通过融合物理模型、数据建模、机器学习等多种方法，建立高炉的热力学、冶金等多方面的模型，实现对高炉生产过程的状态监测、预测和优化控制。
具体而言，研究目的分为以下几点：（1）分析高炉生产过程中的关键参数和因素，确定所需的模型和数据来源。
（2）建立高炉的多个子模型，包括温度、化学反应和气流等方面，采用数据驱动建模和物理模型相结合的方法，提高预测和控制精度。
（3）采用多模型集成技术，将各子模型的预测结果融合成最终的预测结果，提高预测的鲁棒性和稳定性。
（4）设计高炉专家系统的人机交互界面和决策支持模块，方便人员进行状态监测、异常预警和优化控制。
3. 研究内容（1）高炉生产过程分析分析高炉生产过程中的关键参数和因素，确定所需的模型和数据来源。
（2）多子模型建立建立多个高炉子模型，包括高炉内部温度、气流速度、化学反应等方面的模型。
采用数据驱动建模和物理模型相结合的方法，提高预测和控制精度。
（3）多模型集成针对高炉生产过程的复杂性和不确定性，采用多模型集成技术，将各子模型的预测结果融合成最终的预测结果，提高预测的鲁棒性和稳定性。
（4）专家系统设计设计高炉专家系统的人机交互界面和决策支持模块，方便人员进行状态监测、异常预警和优化控制。
4. 研究方法本研究采用以下方法：（1）文献研究：通过查阅国内外相关文献，了解高炉生产、专家系统和多模型集成技术的发展现状和理论基础。
高炉炼铁智能控制专家系统
作者： 刘祥官
作者机构： 浙江大学科技处杭州市浙大路38号,310027
出版物刊名： 设备管理与维修
页码： 47-48页
主题词： 高炉炼铁 专家系统 智能控制 故障诊断模型 自动化软件系统 信息化改造 自动化改造 高新技术成果 自主知识产权 控制微分方程
摘要：该系统集信息技术、计算机、自动化与冶金工艺技术，是信息化改造传统高炉炼铁工艺的高新技术成果。
系统具有完全的自主知识产权，构建的数学模型是其技术核心，包括冶炼过程参数最佳化的积分方程及其算法，炉温耦合控制微分方程及其算法。
它由高炉炼铁工艺的基础自动化改造、以高炉主控室为中心的信息网络化改造、建立智能控制自动化软件系统三部分组成。
该系统建立的专家知识库和多层次的实时数据库，给出了炉墙结瘤、管道、悬料、炉缸堆积4种主要异常炉况的诊断和冷却系统故障诊断模型；。
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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
Abstact
This 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 expert 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。
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，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、SAFAIA、YBRID及 G0
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。
2．1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]与铁水温度的预测命中率达 85％一90％。
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 Go—Stop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。
2．4 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，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 Go—Stop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
2O世纪 9O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Go—Stop系统，在消化吸收引进技术的基础上，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。
①以实时控制为目标，具有很高的推理速度
②与传统的控制系统有良好的融合性
③与应用程序有良好的融合性
④具有较强的知识获取及知识库维护功能
⑤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、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)。